空气除菌：加热和深层过滤方法

无菌空气制备的方法很多，但各种方法的除菌效果、设备条件和经济指标各不相同。实际生产中所需的除菌程度要根据具体发酵工艺的要求而定，既要避免染菌，又要尽量简化除菌流程，以减少设备投资和正常运转的动力消耗。

（一）辐射灭菌

α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声波等从理论上讲都能破坏蛋白质，破坏生物活性物质，从而起到杀菌作用。应用比较广泛是紫外线，不过紫外线杀菌效率较低，杀菌时间较长，一般要结合甲醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。辐射灭菌通常用于无菌室和医院手术室的灭菌，无法用于发酵工业中无菌空气的制备。

（二）加热灭菌

虽然空气中的细菌芽孢是耐热的，但温度足够高也能将它破坏。例如，悬浮在空气中的细菌芽孢在218℃下24s就被杀死，不同温度杀死空气中微生物所需时间如表5-2所示。但是如果采用蒸汽或电力来加热大量的空气，达到灭菌目的，这样太不经济。空气在进入培养系统之前，一般需通过空气压缩机来提高压力，因此，空气热灭菌时所需温度的提高，可直接利用空气压缩时的温度升高来实现。利用空气压缩时产生的热进行灭菌对于无菌要求不高的发酵来说则是一个经济合理的方法。

表5-2 不同温度杀死空气中微生物所需时间

利用压缩热进行空气灭菌的流程如图5-1（1）所示。空气进口温度为21℃，出口温度可达187～198℃，压力为0.7MPa。压缩后的空气用管道或贮气罐保温一定时间以增加空气的受热时间，促使有机体死亡。为防止空气在贮罐中走短路，最好在罐内加装导筒。这种灭菌方法已成功运用于α-淀粉酶的发酵生产上。如图5-1（2）所示是一个用于石油发酵的无菌空气制备系统，采用涡轮式空压机，空气进机前利用压缩后的空气进行预热，以提高进气温度并相应提高排气温度，压缩后的空气用保温罐维持一定时间。

图5-1 利用空压机所产生的热来进行灭菌

采用加热灭菌法时，要根据具体情况适当增加一些辅助措施以确保安全。因为空气的导热系数低，受热不均匀，同时在压缩机与发酵罐间的管道难免有泄漏，这些因素很难排除，因此通常在进发酵罐前装一台空气分过滤器。

（三）静电除菌

静电除菌是利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘、除菌的目的。原理：悬浮于空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷，未带电荷的微粒进入高压静电场（＞1000V/cm² ）时会被电离成带电微粒，受静电场作用，向极板移动并吸附在极板上，得到净化的气体排出除尘器外。但对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，当产生的引力等于或小于气流对微粒的拖带力或微粒布朗扩散运动的动量时，则微粒就不能被吸附而沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。

静电除菌装置按其对菌体微粒的作用可分成电离区和捕集区，工作原理如图5-2所示，管式静电除尘灭菌器结构如图5-3和图5-4所示。由于钢管（沉淀电极）为正极，表面积大，可捕集大部分的灰尘和微生物，而钢丝（电晕电极）为负极，吸附的微粒较少。电极上吸附的颗粒要定期清除，以保证除尘效率和除尘器的绝缘性能。(www.xing528.com)

图5-2 静电除菌工作原理示意图

图5-3 静电除尘灭菌器结构图

1—钢丝 2—钢管3—高压绝缘瓷瓶 4—钢板

图5-4 静电除尘灭菌器示意图

近年来，静电除菌在化工、冶金、发酵等工业生产中被广泛用于除去空气中的水雾、油雾、尘埃和微生物，对1μm大小的微粒去除率达99%。在发酵工业上，静电除菌主要应用于超净工作台和无菌室等所需无菌空气的第一次除尘，然后配合高效过滤器使用。用静电除菌装置净化空气具有阻力小，染菌率低，除水、除油的效果好，耗电少等优点。缺点是设备庞大，需要采用高压电技术，且一次性投资较大；对发酵工业来说，其捕集率尚嫌不够，需要采取其他措施。

（四）过滤除菌

过滤除菌是使气体通过经高温灭菌的介质过滤层，将气体中的微生物及颗粒物阻截在介质层中，而获得无菌空气的方法。通过过滤除菌处理的空气可达到无菌要求，并有足够的压力和适宜的温度以供好氧培养之用。按除菌机制不同，可分为绝对过滤和深层介质过滤。

1. 绝对过滤

利用微孔滤膜（空隙小于0.5μm ）作为过滤介质，当空气流过介质后，由于介质之间的空隙小于细菌的直径，可以将空气中的细菌全部滤除。绝对过滤具有易于控制过滤后空气质量，节约时间和能耗，操作简便等优点。由于绝对过滤介质的拦截负荷大，所以滤膜的使用寿命短、处理量小，对预处理的要求高。在空气过滤之前应设预过滤器将空气中的油、水除去，以提高微孔滤膜的过滤效率和使用寿命。

2. 深层介质过滤

深层介质过滤除菌是指介质间空隙大于微生物直径，依靠空气气流与过滤层介质的多种相互作用而截流分离微生物等微粒获得无菌空气的除菌方法。因此，介质滤层必须有一定厚度，才能达到过滤除菌的目的。当空气流过介质过滤层时，借助于惯性碰撞、拦截、静电吸附、布朗扩散等作用，可以将空气中的杂质阻截，从而制备得到无菌空气。深层介质过滤除菌是目前发酵工业大量制备无菌空气经常采用的方法。