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1、 第五章 第二节 空气除菌 生物工艺学 1 531 发酵用无菌空气的质量标准 n空气中的微生物主要是细菌、酵母菌、霉菌和病毒，它们大 多附着在空气中的灰尘上。 n离地面近的空气中所含微生物也比离地面高的多。 n工程设计中常以微生物浓度104个/m3作为空气的污染指标。 n一般按染菌机率为10-3来计算，即1000次发酵周期所用的无 菌空气只允许12次染菌。 2 发酵用的无菌空气标准 连续提供一定流量的压缩空气。常以通气比或VVM来计算空 气的用量。VVM的意义是单位时间(min)单位体积(m3)培养 基中通入标准状况下空气的体积(m3)，一般为0.1-2.0。 空气的压强(表压)为0.20.4
2、 MPa。 进入过滤器之前，空气的相对湿度70。 进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10-30。 压缩空气的洁净度，在设计空气过滤器时，一般取失败概率 为10-3为指标。也可以把100级作为无菌空气的洁净指标。 100级指每立方米空气中，尘埃粒子数最大允许值0.5 m的 为3500，5 m的为0；微生物最大允许数为5个浮游菌/ m3 ，1个沉降菌/ m3 。 3 中国药品生产洁净室（区）的空气洁净度标准 洁净度级别 尘尘埃最允许许数/立方米 微生物最大允许许数 0.5um 5um 浮游菌个/立方米 沉降菌个/皿.30min 100 3500 0 5 1 10000 350,000 2,000
3、100 3 100000 3,500,000 20,000 500 10 300000 10,500,000 61,800 NA 15 4 空气除菌方法 一、辐射灭菌 n射线、X射线、射线、射线、紫外线、超声波等。 n应用较广泛的还是紫外线，它在波长为22653287A时杀菌效 力最强。一般要结合甲醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。 二、加热灭菌 n太不经济。 三、静电除菌 n利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘、除菌的目的。 n近年来一些工厂使用静电除尘器除去空气中的水雾、油雾和 尘埃，同时也除去了空气中的微生物。对设备维护和安全技 术措施要求较高。 5 空气除菌方法 四、介质过滤 n介质过滤
4、是目前发酵工业上常使用的空气除菌方法 。它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过的空气中 所含的微生物，从而制得无菌空气。 n常用的过滤介质有棉花；活性炭或玻璃纤维、有机 合成纤维、有机和无机烧结材料等。 n过滤介质逐渐由天然材料棉花过渡到玻璃纤维、超 细玻璃纤维和石棉板、烧结材料(烧结金属、烧结陶 瓷、烧结塑料)、微孔超滤膜等。而且过滤器的形式 也在不断发生变化，出现了一些新的形式和新的结 构，把发酵工业中的染菌控制在极小的范围。 6 过滤除菌的机理 一、惯性捕集作用 二、拦截捕集作用 三、重力沉降作用 四、静电吸附作用 7 532空气过滤除菌的流程 (1)首先将进入空压机的空气粗滤，滤去灰尘、沙
5、土等固体颗粒 。这样还有利于空压机的正常运转，提高空压机的寿命。 (2)将经压缩后的热空气冷却，并将析出的油、水尽可能地除掉 。常采用油水分离器与去雾器相结合的装置。 (3)为防止往复压缩机产生脉动，和一般的空气供给一样，流程 中需设置一个或数个贮气罐。 (4)空气过滤器一般采用二台总过滤器(交叉使用)和每个发酵罐 单独配备分过滤器相结合的方法，以达到无菌。 8 空气过滤除菌的流程 n空气过滤除菌一般是把吸气口吸入的空气先进行压缩前过滤，然后进入 空气压缩机。 n从空气压缩机出来的空气(一般压力在0.2MPa以上，温度120160C)，先 冷却至适当温度(2025C)除去油和水，再加热至303
6、5C，最后通过总 空气过滤器和分过滤器(有的不用分过滤器)除菌，从而获得洁净度、压力 、温度和流量都符合工艺要求的灭菌空气。 9 提高压缩前空气的质量 主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的压缩前过滤。 (1)空气吸气口 n提高空气吸气口的高度可以减少吸入空气的微生物含量。吸气口每提高 3.05m，微生物数量减少一个数量级。一般以离地面510m为好。在吸气 口处需要设置防止颗粒及杂物吸入的筛网(也可以装在粗过滤器上)，以免 损坏空气压缩机。 (2)粗过滤器 n吸入的空气在进入压缩机前先通过粗过滤器过滤，可以减少进入空气压 缩机的灰尘和微生物。常用的粗过滤器有油浸铁丝网、油浸铁环和泡沫
7、塑料等。 10 去除压缩空气中所带的油和水 （1）一级空气冷却器 n用30左右的水，把从压缩机出来的120 或150 的空气冷却到4050 左右。 （2）二级空气冷却器 n用9 冷冻水或1518 地下水，把4050 的空气冷却到2025 。冷却后，其相 对湿度提高到100%，由于温度处于露点以下，油、水即凝结为油滴和水滴。 （3）空气贮罐 n用以沉降大的油滴和水滴及稳定压力。 （4）旋风分离器 n用以分离50m以上的液滴及部分较小的液滴。 （5）丝网除沫器 n用以分离5m以上的液滴。使用丝网除沫器需控制好空气的流速，并不断去掉凝结 下来的油水。在空气压力为0.2Mpa（表压）的情况下，最佳的空
8、气流速应为12m s，在此操作条件下可以去掉较小的雾滴。 （6）空气加热器 n空气的相对湿度仍然为100，温度稍微下降就会析出水来，使介质受潮。因此， 还必须使用加热器来提高空气温度，降低空气的相对湿度(要求在60以下) 。 11 5.4 无菌检测及发酵废气废物的安全处理 5.4.1 无菌检测 n发酵液无菌检测 n无菌试验：无菌试验有肉汤培养法、双蝶法、斜面培养法 等。 n镜检：采用显微镜直接观察取样中有无杂菌，明显的优势 是快速，但染菌初期或杂菌少时无法确定，一般与肉汤法 配合使用。 n试剂盒：近几年出现的快速、高效检测灭菌效果和染菌的 新手段。 12 n空气系统的无菌检测 n主要考察过滤器
9、是否失效。过滤器失效的检测方法一是检 测过滤器两侧的压降，压降大说明过滤介质被堵塞； n二是用粒子计数器测定空气中的粒子数是否超标，有无达 到洁净度要求。 13 5.4.2 发酵废气废物的安全处理 n发酵废气: n排气口接装冷凝器回流部分发酵液，以避免发酵液体积的 大幅下降。 n大型发酵罐的排气处理一般接到车间外经沉积液体后从“ 烟囱”排出。 n发生染菌事故后，尤其发生噬菌体污染后，国内发酵行业 普遍采用的方法是将排气途经碱液处理后排向大气。 n虽经碱液处理，吸风口空气中尚有噬菌体存在，这些噬菌体又难 于籍过滤除去。利用噬菌体对热的耐受力差的特点，在空气预处 理流程中，将贮罐紧靠着空压机。此时的空气温度很高，空气在 贮罐中停留一段时间可达到杀灭噬菌体的作用。 14 n发酵液污染 n发酵液需处理后方可排放否则造成新的污染源。一般是直 接通入蒸汽灭菌处理，也可加入甲醛再用湿热灭菌处理。 15
