微生物工程(发酵)第四章-无菌空气的制备.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,精品,*,第四章 无菌空气的制备,1,精品,需氧微生物发酵所需氧气来源于空气，且需长时间无间断供应，因此空气的除菌非常重要。,据统计，空气系统的染菌占总染菌数的,20,，居第二位。,需建立确保无菌、简化流程、节约能源的空气除菌系统。,2,精品,4.1,无菌空气的标准,4.1.1,空气中微生物的分布规律,易附着于固体表面或液滴中，含菌量随环境不同而有很大的差别：,潮湿南方多，干燥北方少；,人口稠密处多，人口稀少处少；,低空多，高空少,选择,良好的取风位置,与,提高除菌系统效率,同样重要。,3,精品,4.1.1,空气中微生物的分布规律,城市一般含菌量：,10,3,个,/m,3,或,10,4,个,/m,3,4,精品,结论：由于空气中微生物是依附于尘埃、微粒及微细的水滴上，故净化空气就是要除去悬浮于空气中的尘埃和细微水滴，使之无菌。,4.1.1,空气中微生物的分布规律,5,精品,4.1.2,发酵对空气无菌程度的要求,空气中的微生物多是细菌孢子，以及酵母、霉菌和病毒，常见菌株大小见右表：,菌株,直径,um,长,um,产气杆菌,1.0,1.5,1.0,2.5,蜡状芽孢杆菌,1.3,2.0,8.1,25.8,地衣芽孢杆菌,0.5,0.7,1.8,3.3,变形杆菌,0.5,1.0,1.0,3.0,铜绿假单胞菌,0.3,0.5,0.5,0.8,流感杆菌,0.3,0.5,0.5,1.0,噬菌体,0.02,0.04,6,精品,故认为只要将,0.3um,以上的微粒全部除掉，就可达到无菌,;,生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求是：一般要求,1000,次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为,N=10,-3,。,7,精品,需注意：,不同的发酵过程对空气除菌要求不同：,一般酵母发酵时，,pH,低，周期短，抗杂菌能力强，无菌要求低；,细菌或细胞发酵时，周期长，自身抗感染能力弱，无菌要求高。,8,精品,4.1.3,空气含菌量的测定,光学法与培养法；,粒子计数测定法；,固定膜采样法；,9,精品,4.2空气除菌方法,显然用高热蒸汽来加热保温灭菌不现实,常用方法：过滤法,其它方法：热杀法、射线法、静电除菌法。,10,精品,4.2.1,热杀法,微生物加热后体内蛋白质（酶）的氧化变性而死亡。,原理：利用空气压缩时温度的升高来实现，根据多变压缩公式：,T1,T2,=,P2,P1,m-1,m,m,为多变指数，取,1.2,1.3,11,精品,热杀菌,空气热灭菌流程示意图,1-,空气压缩机,2-,粗过滤器,3-,保温管,4-,贮气罐,5-,保温罐,6-,列管式冷却器,7-,涡轮压缩机,8-,预热器,9-,粗过滤器,10-,空气吸入塔,12,精品,4.2.1,热杀法,优点：产生空气量大，热杀时间短，维持设备不必太庞大。,不足：设备必须耐高压、高温，且需加大冷却器的热负荷。因此从经济角度考虑，实际生产中较少采用。,13,精品,4.2.2,静电除尘法,原理,:,在强度较大的电场中，负极出现电晕现象，使附近的中性分子电离为正负离子，并向两极运动。因负离子的移动距离大，所以使固体和液体微粒向正极运动，而在正极沉淀。,正极为沉淀极，负极为电晕极。,14,精品,静电除菌,电极钢丝,钢管,绝缘瓶,钢板,空气出口,封头,管板,法兰,空气进口,静电除尘器装置图,管式静电除菌器,15,精品,4.2.2,静电除尘法,特点：,除尘效率高（,1um,微尘去除率达,99,以上）,能量消耗少（处理,1000m,3,只需,04-0.8,度电）,空气阻力小,不足：前期投入高、因使用高压电技术，故制造、安装复杂、维修要求严格。,16,精品,4.3,过滤除菌,利用能,定期灭菌的过滤介质,阻截流过的空气中所含有的微生物，从而获得无菌空气。,目前生物工业生产中最常用、适用的空气除菌方法。,17,精品,按过滤介质的空隙大小，可分为绝对过滤介质和深层过滤介质。,绝对过滤介质：空隙小于细菌和孢子，当空气通过时，微生物被阻留在介质的一侧。,深层过滤介质：孔隙大于微生物，为了达到除菌效果，必须具有一定厚度。,18,精品,纤维介质深层过滤除菌的原理,气流通过滤层时基于滤层纤维的层层阻碍，迫使气体在流动中出现无数次改变速度和方向的绕流运动，而导致菌体微粒与滤层纤维间产生,撞击、拦截、布朗扩散、重力沉降和静电引力,作用，把微粒截留、捕集在纤维表面上，达到过滤的目的。,4.3,过滤除菌,19,精品,(c),扩散,(b),拦截,(a),惯性,(d),重力,(e),静电,20,精品,利用惯性、拦截和扩散作用除去颗粒或液滴的纤维工作原理,空气,过滤空气,21,精品,4.4,过滤介质和过滤器结构,22,精品,2.4.1,常用过滤介质,4.4.1,常用过滤介质,过滤介质是过滤除菌过程中的关键，它直接影响除菌的效果，动力的消耗，设备的尺寸以及运行的可靠性。,常见的过滤介质有：棉花，超细玻璃纤维，各种合成纤维，微孔烧结材料和微孔超滤膜等。,23,精品,2.4.1,常用过滤介质,4.4.1,常用过滤介质,棉花,应选用长纤维并疏松的新鲜棉花；,标准：压紧后仍有弹性，长度适中（,2-3cm,），直径,16-21um,，实密度,1520kg/m3,，填充密度,130-150 1520kg/m3,，填充率,8.5-10%,；,为使填充均匀，可先制成棉垫。,24,精品,2.4.1,常用过滤介质,玻璃纤维,8-19um,的无碱玻璃纤维，直径小，过滤效率好，不易吸水，压降小，耐高温，光滑，不易长菌。,静电引力起重要作用；,缺点：体积大，不易填充；换装时纤维有大量碎末；,2.4.1,常用过滤介质,玻璃纤维,8-19um,的无碱玻璃纤维，直径小，过滤效率好，不易吸水，压降小，耐高温，光滑，不易长菌。,静电引力起重要作用；,缺点：体积大，不易填充；换装时纤维有大量碎末；,25,精品,2.4.1,常用过滤介质,活性炭,吸附微生物的能力远低于棉花，故其主要作用是位于两层棉花之间，使气流均匀再分布。,2.4.1,常用过滤介质,活性炭,吸附微生物的能力远低于棉花，故其主要作用是位于两层棉花之间，使气流均匀再分布。,26,精品,2.4.1,常用过滤介质,超细纤维玻璃纸,直径,1-2um,，厚,0.25-1mm,的无碱玻璃纤维纸。,具很高的过滤效率，较低的过滤阻力，坚韧，抗湿；,2.4.1,常用过滤介质,超细纤维玻璃纸,直径,1-2um,，厚,0.25-1mm,的无碱玻璃纤维纸。,具很高的过滤效率，较低的过滤阻力，坚韧，抗湿；,2.4.1,常用过滤介质,27,精品,优点：强度高、寿命长、耐高温，可逆洗再生、使用方便；,不足：填充率高、流量小、压力降大、容易阻塞，实际需要数目多，接点多，易造成泄露污染，很难彻底灭菌。,优点：强度高、寿命长、耐高温，可逆洗再生、使用方便；,不足：填充率高、流量小、压力降大、容易阻塞，实际需要数目多，接点多，易造成泄露污染，很难彻底灭菌。,28,精品,微孔聚合物：,聚乙烯醇过滤板，将聚乙烯醇乙酰化，并涂敷耐热树脂制成；,能高温灭菌，安装方便，微孔多、过滤效率高，压力降小。,微孔聚合物：,聚乙烯醇过滤板，将聚乙烯醇乙酰化，并涂敷耐热树脂制成；,能高温灭菌，安装方便，微孔多、过滤效率高，压力降小。,4.4.1,常用过滤介质,29,精品,4.4.1,常用过滤介质,石棉滤板,用纤维短而直的蓝石棉与纸浆纤维混合打浆而成。,过滤效率较低；,不易穿孔或折断，可耐受蒸汽反复灭菌，抗湿,30,精品,4.4.1,常用过滤介质,新型过滤介质,用四氟乙烯经膨化而制成的过滤介质；,优点：过滤面积大、流量快、阻力小、体积小,31,精品,4.4.2,过滤器的结构,深层棉花过滤器,一般为立式圆筒形，下方为进气口，上方出气口；,介质安装顺序：孔板、铁丝网、麻布、棉花、麻布、活性炭、麻布、棉花、麻布、铁丝网、孔板；,深层纤维介质空气过滤器,进气口,压紧架,出气口,纤维介质,换热夹套,活性炭,32,精品,使用注意事项：,安装后用空气蒸汽吹一段时间，打开检查是否有松动，以补加。,使用一段时间后必须灭菌，由上向下通入,0.2-0.2MPa,干燥蒸汽，约,45min,，然后用压缩空气吹干。,33,精品,4.5,无菌空气的制备流程,空气压缩后，温度不变，相对湿度会增加，易析出水滴，会对过滤介质造成影响，故空气压缩后应进行适当的处理，使除油、降低湿度后再进入空气过滤器。,一般使用冷却再加热法；,34,精品,4.5,无菌空气的制备流程,采风（高度）,预过滤（去除,5m,的微粒）,空气压缩,0.6-0.8MPa,空气储罐（稳定压力，沉降作用）,冷却（去除水分）,油水分离（利用离心力去除油滴、液滴）,35,精品,除雾（填料式除雾器，捕集小液滴）,加热（,50,，空气相对湿度,60%,）,总过滤,80-90%,罐前除雾,99%,预过滤,99.9999%,除菌过滤（精过滤）,36,精品,利用热空气加热冷空气的除菌流程,1-,高空采风,2-,粗过滤器,3-,空压机,4-,热交换器,5-,冷却器,6,、,7-,旋风分离器,8-,空气总过滤器,9-,空气分过滤器,37,精品,空气压缩冷却过滤流程,1-,粗过滤器,2-,空气压缩机,3-,贮罐,4-,冷却器,5-,过滤器,38,精品,39,精品,2.5.3,压缩空气预处理设备,空气气口的高度与位置：,采取,10m,以上的高度，远离废气的排气口。,2.5.3,压缩空气预处理设备,空气气口的高度与位置：,采取,10m,以上的高度，远离废气的排气口。,40,精品,粗过滤器：,在压缩机吸入口之前的过滤器，捕集空气中较大的灰尘以减少对压缩机的磨损。阻力小，容尘量大。,常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。,41,精品,空气压缩机：,往复式空气压缩机由活塞在汽缸中往复运动，完成吸气、压缩、排气；气流不稳定、脉冲大、空气油含量高；,42,精品,涡轮式压缩机,电动机带动涡轮旋转，气体由于离心力向周围蜗壳通道运动，获得较高压强后排出，排气量大、占地小、压力稳定、不含油雾；但噪音过大。,43,精品,螺杆式空压机,目前较理想的空压机，占地小，供气量大，油雾少或无油雾，噪音小。,44,精品,冷却：,空气压缩后温度上升，若直接通入空气过滤器，会损坏过滤介质，影响培养基温度及培养物的生长；因此，必须冷却。,冷却：,空气压缩后温度上升，若直接通入空气过滤器，会损坏过滤介质，影响培养基温度及培养物的生长；因此，必须冷却。,4.5.1,压缩空气预处理原理,45,精品,空气贮罐,作用：消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。,安全阀,压力表,排气管,人孔,进气管,46,精品,47,精品,空气换热设备,常用的类型有：立式列管式热交换器沉浸式热交换器、喷淋式热交换器和板翘式热交换器等。,48,精品,析水设备旋风分离机,作用：将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去的设备。,49,精品,析水设备丝网除沫器,利用各种填料如焦炭、活性炭、磁环、金属丝网、塑料丝网等的惯性拦截作用分离空气中水雾或油雾。,50,精品,具有热交换器的预处理流程：,冷却后的压缩空气与压缩机出口温度较高的空气进行热交换，节省热能和冷却水。,51,精品,析水设备丝网除沫器,利用各种填料如焦炭、活性炭、磁环、金属丝网、塑料丝网等的惯性拦截作用分离空气中水雾或油雾。,52,精品,本章小结,空气除菌的主要原因,发酵对空气无菌程度的要求,空气除菌方法：过滤法、热杀法、射线法、静电除菌法原理,纤维介质深层过滤除菌的原理,常用过滤介质及其优缺点,压缩空气预处理的原因,53,精品,