项目4灭菌与空气净化工艺 在生物化学反应中，特别是对各种微生物的培养过程中，要求在没有任何杂 菌污染的情况下进行，而生物反应系统中又常常有比较丰富的营养物质，极易滋 生杂菌，从而使生物反应受到破坏，产生的不良后果一般为： 1.使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。 2.杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品 质量下降。 3.有些杂菌会分解产物，使生产失败 4.杂菌大量繁殖后，会改变反应液的p州值，使反应异常。 5.如发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。 正因如此，大多数培养过程要求必须在严格无菌的条件下培养，必须对生产设 备及参与反应的所有介质（生产菌除外）进行灭菌处理。 第一节灭菌的方法 灭菌，是指用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中所有生命物质的过 程。常用方法如下： (1)化学药剂灭菌： 某些化学药剂能与微生物细胞物质发生反应而具有杀菌作用。如甲醛、氯（或 次氯酸钠)、高锰酸钾、环氧乙烷、季铵盐（如新洁尔灭）等。因化学药剂也会 与培养基中的一些成分产生作用，而且加入培养基中后不易去除，所以化学药剂 灭菌不用于培养基灭菌。 (2)射线灭菌 紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子能起到灭菌的作用。波长 为2.537×10的紫外线有灭菌效果。但由于其穿透力低，所以只用于表面消毒 和空气消毒。X射线和由Co产生的Y射线也可灭菌。 (3)干热灭菌 160℃保温1h。主要针对必须保持干燥的实验器具或材料（培养皿、接种 针、固定化细胞用的载体材料等)。 (4)湿热灭菌 湿热灭菌为最基本的灭菌方法，因为蒸汽穿透能力强，且在冷凝时放出大量
项目 4 灭菌与空气净化工艺 在生物化学反应中，特别是对各种微生物的培养过程中，要求在没有任何杂 菌污染的情况下进行，而生物反应系统中又常常有比较丰富的营养物质，极易滋 生杂菌，从而使生物反应受到破坏，产生的不良后果一般为： 1. 使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。 2. 杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品 质量下降。 3. 有些杂菌会分解产物，使生产失败。 4. 杂菌大量繁殖后，会改变反应液的 pH 值，使反应异常。 5. 如发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。 正因如此，大多数培养过程要求必须在严格无菌的条件下培养，必须对生产设 备及参与反应的所有介质（生产菌除外）进行灭菌处理。 第一节 灭菌的方法 灭菌，是指用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中所有生命物质的过 程。常用方法如下： （1） 化学药剂灭菌： 某些化学药剂能与微生物细胞物质发生反应而具有杀菌作用。如甲醛、氯（或 次氯酸钠）、高锰酸钾、环氧乙烷、季铵盐（如新洁尔灭）等。因化学药剂也会 与培养基中的一些成分产生作用，而且加入培养基中后不易去除，所以化学药剂 灭菌不用于培养基灭菌。 （2） 射线灭菌 紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子能起到灭菌的作用。波长 为 2.537×10-7 的紫外线有灭菌效果。但由于其穿透力低，所以只用于表面消毒 和空气消毒。X 射线和由 Co60产生的γ射线也可灭菌。 （3） 干热灭菌 160℃保温 1 h。主要针对必须保持干燥的实验器具或材料（培养皿、接种 针、固定化细胞用的载体材料等）。 （4） 湿热灭菌 湿热灭菌为最基本的灭菌方法，因为蒸汽穿透能力强，且在冷凝时放出大量
的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀灭微生物。但如果利用蒸汽直接通入培养基 中加热灭菌，应考虑扣除冷凝水的体积，否则会降低培养基的浓度。湿热灭菌一 般是在120℃维持20~30min. (5)过滤除菌 这是利用过滤方法阻拦微生物达到除菌的目的。工业上利用此方法制备无菌 空气。在产品的提取中，也可用过滤的方法（如超滤）处理料液，以得到无菌产 品。 第二节培养基灭菌 1.微生物的死亡速率 在培养基湿热灭菌时，其中微生物受热死亡的速率是与残存的微生物数量成 正比的。即 其中N:培养基中的活菌个数 1:时间 k:比死亡速率 开始灭菌时，即1=0时，培养基中活菌数为N。 积分上式：八N=-k灿 h效=如或N-e N为经过时间1残留的活菌数 若以心为数坐标。为横坐标作图，结果为一直线，其斜率为-太，如下图 为大肠杆菌在不同温度下的残留曲线
的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀灭微生物。但如果利用蒸汽直接通入培养基 中加热灭菌，应考虑扣除冷凝水的体积，否则会降低培养基的浓度。湿热灭菌一 般是在 120℃维持 20～30 min。 （5） 过滤除菌 这是利用过滤方法阻拦微生物达到除菌的目的。工业上利用此方法制备无菌 空气。在产品的提取中，也可用过滤的方法（如超滤）处理料液，以得到无菌产 品。 第二节 培养基灭菌 1. 微生物的死亡速率 在培养基湿热灭菌时，其中微生物受热死亡的速率是与残存的微生物数量成 正比的。即 kN dt dN − = 其中 N ：培养基中的活菌个数 t ：时间 k ：比死亡速率 开始灭菌时，即 t = 0 时，培养基中活菌数为 N0 。 积分上式： dN N N N0 1 ＝－ t kdt 0 kt N N = − 0 ln 或 kt N N e − = 0 N 为经过时间 t 残留的活菌数。 若以 N0 N 为纵坐标， t 为横坐标作图，结果为一直线，其斜率为− k 。如下图 为大肠杆菌在不同温度下的残留曲线
1而 101 54℃ N %103 560C 58 10-3 10 0246 810 t(min) k值越大，表明微生物越容易死亡。 2.培养基灭菌 培养基的灭菌有分批法和连续法两种。分批灭菌是将配制好的培养基放入发 酵罐中，通入蒸汽，使培养基和所有设备一起灭菌。这一过程也称为实罐灭菌。 连续灭菌是在配制好的培养基向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却，完成整个 灭菌过程。连续灭菌时间短，灭菌温度一般高于分批灭菌，所以可减少对营养物 质的破坏，灭菌效果优于分批式，但灭菌设备较复杂，投资大，而且所有设备须 事先进行空罐灭菌，如发酵罐、加热器、维持罐、冷却器等。 第三节空气除菌 微生物在繁殖和好氧性发酵过程中都需要氧，而用纯氧是没有必要的。一般 是以空气作为氧源，被通入发酵系统。但空气中含有多种微生物，这些微生物 旦随着空气进入发酵系统，它们也会大量繁殖，不仅消耗大量的营养成分，还可 能产生各种各样的代谢产物，影响和破坏发酵的正常进行，危害极大。因此，空 气必须经过除菌后才能通入发酵液。空气除茵过程是需氧发酵过程的一项十分重 要的环节。除菌的方法很多，这里着重介绍过滤除菌。 一，空气过滤除菌流程 空气过滤除菌流程是按生产对无菌空气的要求，根据空气的性质制定的。此 外，也要从吸气环境的空气条件和所采用设备的特性综合考虑后设计。 对一般要求的低压无菌空气，可直接采用鼓风机增压后进入过滤器，经过一 至二次过滤除菌制得。如无菌室、超净工作台等的无菌空气就是采用这一简单流 程。一般深层通风发酵，除了要求无菌空气具有必要的无菌程度外，还需具有
0 2 4 6 8 10 10-4 10-3 10-2 10-1 1 54oC 56oC 58 60 oC oC N No t(min) k 值越大，表明微生物越容易死亡。 2. 培养基灭菌 培养基的灭菌有分批法和连续法两种。分批灭菌是将配制好的培养基放入发 酵罐中，通入蒸汽，使培养基和所有设备一起灭菌。这一过程也称为实罐灭菌。 连续灭菌是在配制好的培养基向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却，完成整个 灭菌过程。连续灭菌时间短，灭菌温度一般高于分批灭菌，所以可减少对营养物 质的破坏，灭菌效果优于分批式，但灭菌设备较复杂，投资大，而且所有设备须 事先进行空罐灭菌，如发酵罐、加热器、维持罐、冷却器等。 第三节 空气除菌 微生物在繁殖和好氧性发酵过程中都需要氧，而用纯氧是没有必要的。一般 是以空气作为氧源，被通入发酵系统。但空气中含有多种微生物，这些微生物一 旦随着空气进入发酵系统，它们也会大量繁殖，不仅消耗大量的营养成分，还可 能产生各种各样的代谢产物，影响和破坏发酵的正常进行，危害极大。因此，空 气必须经过除菌后才能通入发酵液。空气除菌过程是需氧发酵过程的一项十分重 要的环节。除菌的方法很多，这里着重介绍过滤除菌。 一． 空气过滤除菌流程 空气过滤除菌流程是按生产对无菌空气的要求，根据空气的性质制定的。此 外，也要从吸气环境的空气条件和所采用设备的特性综合考虑后设计。 对一般要求的低压无菌空气，可直接采用鼓风机增压后进入过滤器，经过一 至二次过滤除菌制得。如无菌室、超净工作台等的无菌空气就是采用这一简单流 程。一般深层通风发酵，除了要求无菌空气具有必要的无菌程度外，还需具有一
定的压力，这即是比较复杂的空气除菌流程。 1.空气除菌流程的要求 空气应具有一定的压力，过滤器要高效，设备尽量采用新技术，流程尽可能 简化，降低动力消耗，工人操作简便，运转费用低。设备中要用无油润滑，否则 有油雾，影响过滤效率。 2.流程分析 空压机一冷却一分油水一总过滤器一分过滤器 由于不同地区气候条件不同，发酵工厂使用的空气除菌流程有所不同。过滤 器要达到高效率，就应该维持一定的气流速度，并且不能受空气中油、水的干扰。 气流速度可以控制，但要除去油分和水分，则需要一系列的冷却、分离、加热等 设备来保证空气的相对湿度在50一60%。 一般的过滤器用棉花和活性炭制成，活性炭夹在棉花中间。 以下为典型的设备流程 (1)高空采风、两次冷却、两次分油水、适当加热流程（如图） 这是比较完善的空气除菌流程，对各种气候环境条件都能适应。分离水分效 率较高，并能使空气在达到较低的相对湿度时进行过滤，提高了过滤效率。此流 程的特点是：两次冷却、两次分油水、适当加热。空气第一次冷却到30~35℃， 第二级冷却至20~25℃，经分水后加热到30~35℃，因为温度升高，相对湿度 下降。 空气中的水蒸汽分压与同温度下的饱和水蒸汽压之比为相对湿度或相对湿 含量： o=B. P一空气中水蒸汽分压(Pa) P p,一同温下水的饱和蒸汽压(Pa)
定的压力，这即是比较复杂的空气除菌流程。 1．空气除菌流程的要求 空气应具有一定的压力，过滤器要高效，设备尽量采用新技术，流程尽可能 简化，降低动力消耗，工人操作简便，运转费用低。设备中要用无油润滑，否则 有油雾，影响过滤效率。 2．流程分析 空压机→冷却→分油水→总过滤器→分过滤器 由于不同地区气候条件不同，发酵工厂使用的空气除菌流程有所不同。过滤 器要达到高效率，就应该维持一定的气流速度，并且不能受空气中油、水的干扰。 气流速度可以控制，但要除去油分和水分，则需要一系列的冷却、分离、加热等 设备来保证空气的相对湿度在 50～60%。 一般的过滤器用棉花和活性炭制成，活性炭夹在棉花中间。 以下为典型的设备流程 （1） 高空采风、两次冷却、两次分油水、适当加热流程（如图） 这是比较完善的空气除菌流程，对各种气候环境条件都能适应。分离水分效 率较高，并能使空气在达到较低的相对湿度时进行过滤，提高了过滤效率。此流 程的特点是：两次冷却、两次分油水、适当加热。空气第一次冷却到 30～35℃， 第二级冷却至 20～25℃，经分水后加热到 30～35℃，因为温度升高，相对湿度 下降。 空气中的水蒸汽分压与同温度下的饱和水蒸汽压之比为相对湿度或相对湿 含量： s w p p = w p —空气中水蒸汽分压（Pa） s p —同温下水的饱和蒸汽压（Pa）
每1kg干空气中可含有水蒸汽的kg数为空气的湿含量或绝对湿含量。若 Gkg干空气含有G.kg水蒸汽，则其湿含量为 -是数总n0品n（%e P一空气总压强 P,一干空气的分压强 此式与上式合并得 X=06220p, P-op, 例1：某除菌流程，空气压力为4atm(表压)，要求空气加热到35℃时，相对 湿度？，=60%，问第二级冷却器应至少把空气冷却到多少度？（假设冷却后的空 气中不含水雾) 解：查表得35℃时空气中的饱和水蒸汽分压P,=5619Pa,加热前冷空气的相对 湿度%，=100%，加热前后空气湿含量没有发生变化，X=X2,加热前后压力不 变。 0.622× 9P4=06220P2 P-Pa P-02Pa PaP=PaP .P=P 9P1=02P2 9,=100% p1=p2P2=0.6×5619=3371(Pa) 查水蒸汽分压表得知26℃水的蒸汽压力为3371P,即第二级冷却器至 少应把空气冷却到26℃。 (2)冷热空气直接混合式空气除菌流程（如图） 此流程适用于中等湿含量的地区。它的特点是：可省去一级冷却和分离
每 1 kg 干空气中可含有水蒸汽的 kg 数为空气的湿含量或绝对湿含量。若 Gg kg 干空气含有 Gw kg 水蒸汽，则其湿含量为 − = − = = = Kg干空气 Kg P p p P p p M M M p M p G G X w w w w g w g g w w g w 0.622 P—空气总压强 g p —干空气的分压强 此式与上式合并得 s s P p p X − = 0.622 例 1：某除菌流程，空气压力为 4 atm（表压），要求空气加热到 35℃时，相对 湿度 2 =60%，问第二级冷却器应至少把空气冷却到多少度？（假设冷却后的空 气中不含水雾） 解：查表得 35℃时空气中的饱和水蒸汽分压 Ps2 =5619Pa，加热前冷空气的相对 湿度 1 =100%，加热前后空气湿含量没有发生变化， X1 = X2 ，加热前后压力不 变。 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 0.622 0.622 s s s s P p p P p p − = − 1 ps1P2 = 2 ps2P1 P1 = P2 1 ps1 = 2 ps2 1 =100% ps1 = 2 ps2 = 0.65619 = 3371 (Pa) 查水蒸汽分压表得知 26℃水的蒸汽压力为 3371Pa，即第二级冷却器至 少应把空气冷却到 26℃。 (2) 冷热空气直接混合式空气除菌流程（如图） 此流程适用于中等湿含量的地区。它的特点是：可省去一级冷却和分离
设备及空气再加热设备，简化了流程，使冷却水用量也降低了。压缩空气从 贮罐出来分两路，一部分进冷却器，经分离器分离水、油雾后与另一部分未 处理过的高温压缩空气混合，使混合后的空气温度为30一35℃，相对湿度为 5060%。 例2.吸入的空气1=25℃，9，=80%，冷却后12=25℃，92=100%，混合后 1,=35℃，p,=60%,计算混合比(P=1kg/m2,P=P=4kg/cm)。 解：吸入空气的湿含量 X1=0.622× 20=06212060035-0165水蒸六s干字 0.8×00323 P-9P1 气) 冷却分水后空气湿含量 X2=0.622×P -=0.622× 1×0.0323 =0.051(kg水蒸汽/kg干空气) -p2P 4-1×0.0323 混合空气的湿含量： X=0.622× 9P3=0.622× 0.6×0.0573 =0.0054(kg水蒸汽/kg干空 -03P3 4-0.6×0.0573 气) 设未处理的空气百分比为】 则 XY+(I-Y)X:=X: y=-X=3% X,-X2 (3)高效前置过滤除菌流程 上述的流程都能降低低空气的相对湿度，改善过滤器的过滤条件。为了提高 空气的无菌程度，也可以采用高空采风，因为高度越高，空气中微生物含量越少。 一般情况下，每升高10米，空气中微生物含量减少一个数量级。所以一方面可 进行高空吸风，另一方面也可以采用高效的前置过滤方法，即在压缩机前设置 台高效过滤器，这样便可降低过滤器负荷（即多次过滤），达到空气除菌的要求
设备及空气再加热设备，简化了流程，使冷却水用量也降低了。压缩空气从 贮罐出来分两路，一部分进冷却器，经分离器分离水、油雾后与另一部分未 处理过的高温压缩空气混合，使混合后的空气温度为 30～35℃，相对湿度为 50～60%。 例 2． 吸入的空气 t 1 = 25 ℃， 1 =80%，冷却后 2 t =25℃， 2 =100%，混合后 3 t =35℃， 3 =60%，计算混合比（ P1 =1 kg/㎝ 2， P2 = P3 =4 kg/㎝ 2）。 解：吸入空气的湿含量 1 1 1 1 1 1 P 0.622 s s p p X − = 0.0165 1 0.8 0.0323 0.8 0.0323 0.622 = − = （kg 水蒸汽/kg 干空 气） 冷却分水后空气湿含量 2 2 2 2 s2 2 p 0.622 P ps X − = 0.051 4 1 0.0323 1 0.0323 0.622 = − = (kg 水蒸汽/kg 干空气) 混合空气的湿含量： 3 3 3 3 3 3 0.622 s s P p p X − = 0.0054 4 0.6 0.0573 0.6 0.0573 0.622 = − = (kg 水蒸汽/kg 干空 气) 设未处理的空气百分比为 Y 则 ( ) X1Y + 1−Y X2 = X3 3% 1 2 3 2 = − − = X X X X Y (3) 高效前置过滤除菌流程 上述的流程都能降低低空气的相对湿度，改善过滤器的过滤条件。为了提高 空气的无菌程度，也可以采用高空采风，因为高度越高，空气中微生物含量越少。 一般情况下，每升高 10 米，空气中微生物含量减少一个数量级。所以一方面可 进行高空吸风，另一方面也可以采用高效的前置过滤方法，即在压缩机前设置一 台高效过滤器，这样便可降低过滤器负荷（即多次过滤），达到空气除菌的要求
前置过滤器可采用泡沫塑料（即静电除菌）、超细纤维纸为过滤介质，并串 联试用。 二.对数穿透定律 1.对数穿透定律 通过滤层杂质数是随滤层厚度的增加而减少的，即 -KN K:过滤常数或除菌常数。 心aN=-kdl 六-K2 是 N。和N:一定体积的空气在除菌前后的总菌数（个） L:过滤介质厚度(m) 滤层不能太厚，否则过滤阻力太大：过滤器直径不能太大，否则棉花添料不 易填均匀，容易在某一地方形成短路。 字适率：P一之为穿透滤层的微拉数与限有微粒数的比值。 如果要求每1000次使用周期中只允许有一个杂菌通过，即经过滤后要求无 菌度N=10-3,则 10-3 3.33×10- P=500x60x0 其中 假设原有颗粒数为5000（个/m) O为分批发酵的时间或过滤器的无菌周期(h) y为通风量(m)
前置过滤器可采用泡沫塑料（即静电除菌）、超细纤维纸为过滤介质，并串 联试用。 二． 对数穿透定律 1． 对数穿透定律 通过滤层杂质数是随滤层厚度的增加而减少的，即 K N dl dN − = 1 K1 ：过滤常数或除菌常数。 N N0 N 1 dN =- K1 L dl 0 0 ln N N =- K1L N0 N = K L e − 1 N0 和 N ：一定体积的空气在除菌前后的总菌数（个） L ：过滤介质厚度（m） 滤层不能太厚，否则过滤阻力太大；过滤器直径不能太大，否则棉花添料不 易填均匀，容易在某一地方形成短路。 穿透率： No N P = 为穿透滤层的微粒数与原有微粒数的比值。 如果要求每 1000 次使用周期中只允许有一个杂菌通过，即经过滤后要求无 菌度 3 10− N = ，则 1 9 1 3 3.33 10 5000 60 10 V V P − − = = 其中 假设原有颗粒数为 5000 (个/ 3 m ) 为分批发酵的时间或过滤器的无菌周期（h） V1 为通风量（ min 3 m ）
7=W=1-P=1-Y N。 n一除茵效率 光*a一瓷紧 一般a=8% 空隙率s=1-a 般采用过滤效率为90%时的滤层厚度作为对比基准。 7=N-=1-X=09 即微粒的90%被捕获 N。 N。 总 =-KL0=0g0.1=-1 2303 假设：。空气中微粒在滤层中为均匀递减，即每一纤维薄层除去同样百分率的 杂菌。 b.空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附。 c.过滤器的过滤效率与空气中的微粒浓度无关。 d.过滤介质每根纤维的空气流态，不因其它邻近纤维的存在而受影响。 2.对数穿透定律的校正 对数穿透定律是以上面提到的四点假设为前提推导出来的。这只符合滤层 较薄的情况。但在实际中，当滤层加厚时，K值不是常数。也就是说，空气在 过滤时微粒含量沿滤层不是均匀递减，所以以上推出的对数穿透定律就不适合 于较厚滤层的情况，需要进行校正。这里从略。 三.过滤介质 1.棉花：品种不同，要求新鲜，纤维长而疏松，贮存时间长的话，纤维易断
K L е N N P N N N 1 1 1 1 0 0 0 − = − = − = − − = —除菌效率 填充率 视体积 实体积 = 一般 = 8% 空隙率 =1− 一般采用过滤效率为 90%时的滤层厚度作为对比基准。 1 0.9 0 0 0 90 = − = − = N N N N N 即微粒的 90％被捕获 0.1 0 = N N ∴ log 90 log 0.1 1 0 90 = − = = − KL N N 90 1 L K = 90 1 2.303 L K = 假设： a. 空气中微粒在滤层中为均匀递减，即每一纤维薄层除去同样百分率的 杂菌。 b. 空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附。 c. 过滤器的过滤效率与空气中的微粒浓度无关。 d. 过滤介质每根纤维的空气流态，不因其它邻近纤维的存在而受影响。 2．对数穿透定律的校正 对数穿透定律是以上面提到的四点假设为前提推导出来的。这只符合滤层 较薄的情况。但在实际中，当滤层加厚时， K 值不是常数。也就是说，空气在 过滤时微粒含量沿滤层不是均匀递减，所以以上推出的对数穿透定律就不适合 于较厚滤层的情况，需要进行校正。这里从略。 三． 过滤介质 1．棉花：品种不同，要求新鲜，纤维长而疏松，贮存时间长的话，纤维易断
易堵塞。一般d,=16-214,装填密度150~200kg/m 2.玻璃纤维：d,=-8~194,a=6~10%,它的阻力损失小 3.活性炭：D=3m, 1=5~10m 此种介质强度高，表面积大，空隙大，阻力小，只有棉花阻力的九2。 4.超细玻璃纤维纸：d,=1~1.54 超细玻璃纤维纸是上好的无碱玻璃，喷吹成丝状纤维，再以造纸法做 成。该过滤为高气速过滤，气流速度越高，效率越高。但超细玻璃纤维纸 强度小，易断，多用于分过滤器。为了增加强度，可添加： ①木浆纤维。但效率较低： ②环氧树脂： ③多层复合使用。可增加强度，厚度0.25m。 5.石棉滤板：20%石棉，80%其它纤维，厚度3~5mm,纤维短，d,粗，效 率高。特点：不怕水，受潮不易穿孔和折断。 四。深层过滤器除菌机理 空气中的微生物粒子大小在0.5~2μ，而棉花的纤维直径d,=16~20u, 形成的网孔为20~50μ，滤层纤维阻碍气流前进，使其无数次改变速度和方 向，绕道前进，从而引起微粒过滤层纤维产生惯性冲击，阻拦，重力沉降， 布朗扩散，静电吸引等作用而使其留在纤维上。 1.惯性冲击滞留作用机理 当气流前进时遇到前面的阻碍物而突然改变方向，但颗粒由于惯性力的 作用仍然沿直线运动与纤维碰撞而附着在纤维表面，此颗粒就被捕集了。 2。拦截滞留作用机理 当气速降至'以下时，惯性冲击作用己不存在，然而存在着另一种作用， 即拦截作用来捕集微粒。这是因为颗粒紧紧地随着气流流动，气流改变流向时 颗粒也跟着改变方向，当颗粒与纤维表面接触时就捕集了。 3.布朗扩散滞留作用机理
易堵塞。一般 d f = 16 ~ 21 ，装填密度 150 ~ 200 kg/m3。 2．玻璃纤维： d f = 8 ~ 19 , = 6 ~10 ％，它的阻力损失小 3．活性炭： D = 3 mm， l = 5 ~10 mm 此种介质强度高，表面积大，空隙大，阻力小，只有棉花阻力的 12 1 。 4．超细玻璃纤维纸： d f = 1 ~ 1.5 超细玻璃纤维纸是上好的无碱玻璃，喷吹成丝状纤维，再以造纸法做 成。该过滤为高气速过滤，气流速度越高，效率越高。但超细玻璃纤维纸 强度小，易断，多用于分过滤器。为了增加强度，可添加： ① 木浆纤维。但效率较低； ② 环氧树脂； ③ 多层复合使用。可增加强度，厚度 0.25mm。 5．石棉滤板：20％石棉，80％其它纤维，厚度 3～5mm，纤维短， f d 粗，效 率高。特点：不怕水，受潮不易穿孔和折断。 四． 深层过滤器除菌机理 空气中的微生物粒子大小在 0.5 ~ 2 ，而棉花的纤维直径 d f = 16 ~ 20 ， 形成的网孔为 20 ~ 50 ，滤层纤维阻碍气流前进，使其无数次改变速度和方 向，绕道前进，从而引起微粒过滤层纤维产生惯性冲击，阻拦，重力沉降， 布朗扩散，静电吸引等作用而使其留在纤维上。 1．惯性冲击滞留作用机理 当气流前进时遇到前面的阻碍物而突然改变方向，但颗粒由于惯性力的 作用仍然沿直线运动与纤维碰撞而附着在纤维表面，此颗粒就被捕集了。 2． 拦截滞留作用机理 当气速降至 Vc 以下时，惯性冲击作用已不存在，然而存在着另一种作用， 即拦截作用来捕集微粒。这是因为颗粒紧紧地随着气流流动，气流改变流向时 颗粒也跟着改变方向，当颗粒与纤维表面接触时就捕集了。 3． 布朗扩散滞留作用机理
有些直径微小的微粒在很慢的气速下作不规则的直线运动，这就是布朗扩 散。小颗粒呈布朗运动而发生位移，当它与纤维接触就附着于纤维表面而被捕 集了。前提是d。<lμ。 当气流速度较高时，以惯性冲击为主，而当气流速度低于一定限度时，以 阻拦和扩散为主，并可认为惯性冲击不起作用。此时的气流速度称为临界速度厂。 第十五章空气除渊 15.1空气中的微生物与除菌方法 空气中的微生物的含量和种类随地区、高低、季节、空气中尘埃多少和人们活 动情况而异。空气中的微生物一般附着在尘埃和雾沫上。 空气灭菌的方法很多，但是能够适用于供给发酵需要的大量空气的灭菌和除闲 方法主要有加热灭菌、电除尘和介质过滤除菌。 热灭菌 原理：基于加热后微生物体内的蛋白（酶）热变性而得以实现。加热灭菌可以 杀死难以用过滤除去的噬菌体。加热方法可用蒸汽、电和空气压缩机产生的热量。 但用蒸汽或电加热费用昂贵，无法用于处理大量空气。 利用空气压缩热灭菌，由于是干热灭菌，必须维持一定时间的高温（约220℃）， 则需要维持一定的压力，压缩空气的压力愈高，消耗的动力愈大。热空气进入培 养系统之前，一般均需用压缩机压缩，提高压力。空气压缩后温度能达到200 度以上，保持一定时间后，便可实行干热杀菌。 利用空气压缩时所产生的热量进行灭菌的原理对制备大量无菌空气有特别意 义。 实际应用中需考虑培养装置与空气压缩机的相对位置，连接压缩机与培养装置 的管道的灭菌以及管道长度等。 静电除菌 静电除尘器可除去空气中的水雾、油雾、尘埃，同时也除去微生物。 原理：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌目的。 电除尘一般只能作为初步除菌，因为除菌效率达不到无菌要求。对于一些直径 小的微粒，所带电荷小，不能被吸附而沉降。 介质过滤除菌
有些直径微小的微粒在很慢的气速下作不规则的直线运动，这就是布朗扩 散。小颗粒呈布朗运动而发生位移，当它与纤维接触就附着于纤维表面而被捕 集了。前提是 d p 1 。 当气流速度较高时，以惯性冲击为主，而当气流速度低于一定限度时，以 阻拦和扩散为主，并可认为惯性冲击不起作用。此时的气流速度称为临界速度 Vc 。 第十五章 空气除菌 15.1 空气中的微生物与除菌方法 空气中的微生物的含量和种类随地区、高低、季节、空气中尘埃多少和人们活 动情况而异。空气中的微生物一般附着在尘埃和雾沫上。 空气灭菌的方法很多，但是能够适用于供给发酵需要的大量空气的灭菌和除菌 方法主要有加热灭菌、电除尘和介质过滤除菌。 热灭菌 原理：基于加热后微生物体内的蛋白（酶）热变性而得以实现。加热灭菌可以 杀死难以用过滤除去的噬菌体。加热方法可用蒸汽、电和空气压缩机产生的热量。 但用蒸汽或电加热费用昂贵，无法用于处理大量空气。 利用空气压缩热灭菌，由于是干热灭菌，必须维持一定时间的高温（约 220℃）， 则需要维持一定的压力，压缩空气的压力愈高，消耗的动力愈大。热空气进入培 养系统之前，一般均需用压缩机压缩，提高压力。空气压缩后温度能达到 200 度以上，保持一定时间后，便可实行干热杀菌。 利用空气压缩时所产生的热量进行灭菌的原理对制备大量无菌空气有特别意 义。 实际应用中需考虑培养装置与空气压缩机的相对位置，连接压缩机与培养装置 的管道的灭菌以及管道长度等。 静电除菌 静电除尘器可除去空气中的水雾、油雾、尘埃，同时也除去微生物。 原理：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌目的。 电除尘一般只能作为初步除菌，因为除菌效率达不到无菌要求。对于一些直径 小的微粒，所带电荷小，不能被吸附而沉降。 介质过滤除菌