1. 外源空气的前处理 提高空气压缩前的洁净度对于后续空气过滤除菌十分 重要，主要措施有：提高空气吸气口的位置和加强吸 入空气的前过滤，即空气的粗滤。

  2. 空气压缩及压缩空气的冷却 为克服输送过程中过滤介质等阻力，吸入的空气须 经空压机压缩。目前常用的空压机有涡轮式与往复 式两种，其型号的选择可根据实际生产中的需气量 及压力而定，但一般会用无油的空气压缩机，以减 少后续空气预处理的难度。

  （4）介质过滤除菌 发酵工业真正用于发酵罐制备无菌空气 的方法是介质过滤除菌法。 过滤除菌是让含菌空气通过过滤介质， 以阻截空气中所含微生物而获得无菌空 气的方法。

  （1）绝对过滤 绝对过滤是利用微孔滤膜，其孔隙小于， 甚至小于（一般细菌大小为1μm），当空 气流过介质层后，由于介质之间的孔隙小 于被滤除的微生物，可将空气中的微生物 滤除。绝对过滤具有易于控制过滤后空气 的质量，节约能量和时间，操作简单便捷等优 点

  （2）辐射杀菌 从理论上来说，α射线、X射线、β射线 、γ射线、紫外线、超声波都能破坏蛋白 质等生物活性物质，从而起到杀菌作用 ，可用于空气灭菌，只要有足够长的时 间，能够达到完全灭菌的目的，但在发 酵工业中大规模应用则不经济。

  培养基的分批灭菌是指将配制好的培养基放在发酵 罐或其他贮存容器中，通入蒸汽，将培养基及所用 设备一起灭菌的操作的流程，也称为间歇灭菌或实罐 灭菌（实消）。

  对于好氧发酵，空气除 菌不彻底是引起发酵染 菌的根本原因之一。因 此，空气除菌是好氧发 酵的重要环节。

  （一）空气除菌方法 （二）空气过滤除菌 （三）空气预处理 （四）空气预处理流程设计 （五）空气过滤介质

  绝对过滤具有易于控制过滤后空气的质量节约能量和时间操作简单便捷等优点二空气过滤除菌2深层介质过滤深层介质过滤是以棉花玻璃纤维尼龙等纤维类或活性炭作为介质填充成一定厚度的过滤层或者将玻璃纤维等制成过滤层其介质间的空隙大于被滤除的尘埃和微生物当空气流过这种介质过滤层时借助惯性碰撞阻截静电吸附扩散等作用可将空气中所含的尘埃和微生物截留在介质内进而达到过滤除菌目的的方图49单纤维介质过滤除菌时各种除菌机理示意二空气过滤除菌除菌机理

  3. 压缩空气冷却后的除水除油 由于冷却后的压缩空气相对湿度增大，可能接近饱和 ，会有水滴析出，这样可能使过滤介质受潮而导致空 气除菌失败。

  4. 空气的再加热和稳压 由于除水除油后的压缩空气的相对湿度为100％，若 立即进入空气过滤器，在过滤器压力降存在的条件 下，就非常有可能再次析水，而使过滤介质受潮丧失过 滤效能。

  的细菌外，还有酵母真菌和病毒。据统 计，一般城市空气的含菌量为103～104个 /m3。

  空气中微生物的数量与环境有密切 关系，会因地区、季节和气候的不同而 不同。

  除菌机理：① 当气流速度较小时，惯性冲击滞 留作用不明显，布朗扩散和重力沉降起主要作 用，此时，除菌效率随气流速度的增大而降低 。② 当气流速度较大时，惯性冲击代替布朗运 动和重力沉降而起最大的作用，除菌效率随气流 速度的增加而升高。③ 当气流速度中等时，拦 截滞留起最大的作用；④ 当气流速度很大时，已 被捕集的微粒有被湍动的气流夹带返回气流中 ，除菌效率下降。

  连续灭菌的需要注意的几点 ① 连续灭菌流程中所使用的加热器、维持器、冷却器 等也应先进行清理洗涤和灭菌，然后才能进行培养基连续 灭菌。此外，发酵罐也应在连续灭菌前进行空消，用 于容纳经过灭菌的培养基。 ② 培养基要先进行预热，使一些不溶物糊化，减少加 热时加热器产生的噪声和振动。 ③ 组成培养基的耐热性物料和不耐热性物料可在不同 温度下分开灭菌，即分消，以减少物料受热破坏的程 度，也可将培养基中的碳、氮源分开灭菌，以免醛基 和氨基发生反应，生成有害物质。

  连续灭菌和分批灭菌的比较 无论在理论上或实践上，连续灭菌都比分批灭菌具有 较为显著的优势，尤其在大规模生产中其优点更为显 著，大多数表现在以下几个方面：可采用高温短时灭菌 ，培养基受热时间短，营养成分破坏少，有利于提高 发酵产率；发酵罐利用率高；蒸汽负荷均衡；采用板 式换热器时，可节约大量能源；适宜自动控制，劳动 强度小。因此，连续灭菌慢慢的变多地被用于培养基的 灭菌。但是，当培养基中含有固体颗料或培养基有较 多泡沫时，采用分批灭菌为好，因为连续灭菌容易发 生灭菌不彻底。对于容积小的发酵罐，连续灭菌的优 点不明显，分批灭菌则比较方便。

  1. 空气预处理流程的要求 理想的空气预处理流程：高空采风，装设前过滤器 ，压缩空气要降温及除水除油，压缩机后采用冷却 型的空气贮罐，采用二级冷却二级旋风分离器，使 油水分离较完全；采用旋风金属丝网除雾器，除去 空气中的雾滴。除水除油空气的再加热。流程设备 应尽量简单，设备能耐受蒸汽灭菌，检修和维护 方便。

  空气热灭菌流程示意 （1）淀粉酶和丁二醇发酵的无菌空气制备；（2）石油发酵的无菌空气制备

  培养基的连续灭菌就是将配制好的培养基在向发酵 罐输送的同时加热、保温和冷却而进行灭菌的 过程，也称为连消。

  连续灭菌的优点有：培养基升温、降温都较快，灭 菌时间短，可减少培养基中营养成分的损失；操作 条件恒定，灭菌质量稳定；便于管道化和自动化控 制；可避免反复加热和冷却，热利用率高；发酵设 备利用率高。 连续灭菌的缺点有：设备要求高，需另外设置加热 、冷却装置；操作挺麻烦；染菌机会多；不适合 大量固体物料的灭菌；对蒸汽要求高。

  图 4－12 冷热空气直接混合式空气预处理流程 1－粗过滤器；2－压缩机；3－贮罐；4－冷却器；5－丝网分离器；6－过滤器

  无菌空气是指自然界的空气通过除菌处理使其含 菌量降低到一个极限百分数的净化空气。所谓空 气除菌是指除去或杀死空气中的微生物，使其达 到发酵时对无菌空气要求的过程。获得无菌空气 的方法大致分为两类：一类是利用加热、化学药 剂或射线等，使空气中微生物细胞的蛋白质变性 ，以杀灭各种微生物；另一类是利用过滤介质及 静电除尘捕集空气中的灰尘和各种颗粒，以除去 空气中的各种微生物。

  1. 减少进口空气的含菌量。 2. 设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的 过滤介质。 3. 针对不一样地区，设计合理的空气预处理设备，达到 除水、除油、除杂质的目的。 4. 降低进入空气过滤器的空气的相对湿度，保证过滤 介质能在干燥状态下工作。 5. 稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。

  分批灭菌的需要注意的几点 ① 培养基配置过程中，应注意计量准确。 ② 在给发酵罐注入培养基开始实消之前，须对发 酵罐进行空消。 ③ 不留“死角”，灭菌彻底。 ④ 冷却阶段，应先关闭各排汽阀门，再关闭各进 汽阀门。

  图 4－10 两级冷却、分离、加热的空气预处理流程 1－初过滤器；2－空压机；3－贮罐；4，6－冷却器；5－旋风分离器；7－丝网分离器；8－加热

  图 4－11 高效前置空气预处理流程 1－高效前置过滤器；2－压缩机；3－贮罐；4－冷却器；5－丝网分离器；6－加热器；7－过滤器

  灭菌过程会发生热量传递，微生物细胞内也产生 一系列化学、生理变化，受多种因素的影响。影响 灭菌的因素除了灭菌温度和时间、所污染杂菌的种 类及数量外，培养基成分、pH值、培养基中的颗粒 、泡沫等因素也对灭菌效果有影响。

  2. 空气预处理流程分析与设计 随地区的不同，空气状态也不同，如北方的空气干 燥，相对湿度低，南方空气潮湿，相对湿度大。流 程的制定要考虑到地区的天气特征情况，即使采用同一 流程，其操作条件也应随季节的变化而适当调节。 按照发酵生产对无菌空气的质量发展要求，结合采气环 境的空气条件和所选除菌设备的特性，主要有以下6 种典型流程。

  不同，发酵菌种不同其生长能力的强弱 、生长速率的快慢有异，发酵周期的长 短以及培养基pH的差异，对无菌空气的 要求程度也各不相同，对空气除菌的要 求应根据详细情况而定。

  ① 通过除菌后，空气中含菌量低至零或极低。 ② 空气中除含有大量微生物外，还含有粉尘等 其他污染物。 ③ 连续提供一定流量的压缩空气，发酵用无菌 空气的设计和操作中以通气比或VVM来计算空 气用量。 ④ 无菌空气的压强。 ⑤ 空气温度和湿度的要求依据不同的发酵工艺 有不同的要求。

  3. 影响介质过滤效率的因素 实践证明空气过滤器的过滤除菌效率主要与空 气中微粒的大小，过滤介质的种类、纤维直径 、介质的填充密度、滤层厚度和通过的气流速 度等因素相关。由于介质的理化性质、填充方 法、厚度及空气流速等不同，其过滤效率有较 大差异。

  无菌空气制备的整一个完整的过程包括两部分：一是对进入空 气过滤器的空气进行预处理，达到合适的空气状态（ 温度、湿度），二是对空气进行过滤处理，以除去微 生物颗粒，满足生物细胞培养需要。习惯上把空气净 化系统流程中过滤器以前的部分称为空气预处理过程 。 空气预处理净化的目的是：提高压缩前空气的洁净度 ，降低空气过滤器的负荷；对压缩后的空气进行冷却 、油水分离和加热减湿，去除压缩后空气中所带的油 水，以合适的空气中水分含量和温度进入空气过滤器。

  （2）深层介质过滤 深层介质过滤是以棉花、玻璃纤维、尼龙 等纤维类或活性炭作为介质填充成一定厚 度的过滤层，或者将玻璃纤维等制成过滤 层，其介质间的空隙大于被滤除的尘埃和 微生物，当空气流过这种介质过滤层时， 借助惯性碰撞、阻截、静电吸附、扩散等 作用，可将空气中所含的尘埃和微生物截 留在介质内，进而达到过滤除菌目的的方 法。

  分批灭菌的特点 分批灭菌的优点有：设备要求低，无需另外设置加热冷却 装置；操作要求低，适合手动操作；适合于小批量生产规模 ；适合于含大量固体物质的培养基灭菌。 分批灭菌的缺点有：升温降温较慢，培养基营养的东西损失 较多，灭菌后培养基质量下降；灭菌过程需反复加热和 冷却，能耗较高；发酵罐利用率较低；不适合于大规模生产 的培养基灭菌。