第六章空氣除菌的工藝及設備

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1、第六章空氣除菌的工藝及設備在發(fā)酵工業(yè)中，絕大多數(shù)是利用好氣性微生物進行純種培養(yǎng)，空氣則是微生物生長和代謝必不可少的條件。但空氣中含有各種各樣的微生物，這些微生物隨著空氣進入培養(yǎng)液，在適宜的條件下，它們會迅速大量繁殖，消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)并產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物；干擾甚至破壞預定發(fā)酵的正常進行，使發(fā)酵產(chǎn)率下降，甚至徹底失敗。因此，無菌空氣的制備就成為發(fā)酵工程中的一個重要環(huán)節(jié)?？諝鈨艋姆椒ê芏?，但各種方法的除菌效果、設備條件和經(jīng)濟指標各不相同。實際生產(chǎn)中所需的除菌程度根據(jù)發(fā)酵工藝要求而定，、既要避免染茵，又要盡量簡化除菌流程，以減少設備投資和正常運轉(zhuǎn)的動力消耗。本章將討論合理選擇除菌方法，決定除菌

2、流程以及選用和設計滿足生產(chǎn)需要的除菌設備等。第一節(jié)空氣中微生物的分布和發(fā)酵工業(yè)對空氣無菌程度的要求一、無菌空氣的概念發(fā)酵工業(yè)應用的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低在一個極低的百分數(shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機會。此種空氣稱為“無菌空氣”。二、空氣中微生物的分布通常微生物在固體或液體培養(yǎng)基中繁殖后，很多細小而輕的菌體、芽孢或孢子會隨水分的蒸發(fā)、物料的轉(zhuǎn)移被氣流帶入空氣中或粘附于灰塵上隨風飄浮，所以空氣中的含菌量隨環(huán)境不同而有很大差異。一般干燥寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕溫暖的南方則含菌量較多；人口稠密的城市比人口少的農(nóng)村含菌量多；地面又比高空的空氣含菌量多。因此，研究

3、空氣中的含菌情況，選擇良好的采風位置和提高空氣系統(tǒng)的除菌效率是保證正常生產(chǎn)的重要內(nèi)容。各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，數(shù)量也隨條件的變化而異，一般設計時以含量為103~104個／m3進行計算。三、發(fā)酵對空氣無菌程度的要求各種不同的發(fā)酵過程，由于所用菌種的生長能力、生長速度、產(chǎn)物性質(zhì)、發(fā)酵周期、基質(zhì)成分及pH值的差異，對空氣無菌程度的要求也不同。如酵母培養(yǎng)過程，其培養(yǎng)基以糖源為主，能利用無機氮，要求的pH值較低，一般細菌較難繁殖，而酵母的繁殖速度又較快，能抵抗少量的雜菌影響，因此對無菌空氣的要求不如氨基酸、抗生素發(fā)酵那樣嚴格。而氨基酸與抗生素發(fā)酵因周期長短不同，對無菌空氣的要求

4、也不同?？偟膩碚f，影響因素是比較復雜的，需要根據(jù)具體情況而訂出具體的工藝要求。一般按染菌機率為10-3。來計算，即1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許1~2次染菌。雖然一般懸浮在空氣中的微生物，大多是能耐惡劣環(huán)境的孢子或芽孢，繁殖時需要較長的調(diào)整期。但是在陰雨天氣或環(huán)境污染比較嚴重時，空氣中也會懸浮大量的活力較強的微生物，它進入培養(yǎng)物的良好環(huán)境后，只要很短的調(diào)整期，即可進入對數(shù)生長期而大量繁殖。一般細菌繁殖一代僅需20~30min，如果進入一個細菌，則繁殖15h后，可達109個。如此大量的雜菌必使發(fā)酵受到嚴重干擾或失敗，所以計算是以進入1、2個雜菌即失敗作為依據(jù)的。四、空氣含菌量的測定

5、空氣是許多氣態(tài)物質(zhì)的混合物，主要成分是氮氣和氧氣，還有惰性氣體及二氧化碳和水蒸汽。除氣體外，尚有懸浮在空氣中的灰塵，而灰塵主要由構(gòu)成地殼的無機物質(zhì)微粒、煙灰和植物花粉等組成。一般城市灰塵多于農(nóng)村，夏天多于冬天，特別是氣候溫和濕潤地區(qū)，空氣中的菌量較多。據(jù)統(tǒng)計，大城市每立方米空氣中的含菌數(shù)約為3000~10000個。要準確測定空氣中的含菌量來決定過濾系統(tǒng)或查定過濾空氣的無菌程度是比較因難的。一般采用培養(yǎng)法和光學法測定其近似值。前者在微生物學中已有介紹，后者系用粒子計數(shù)器通過微粒對光線的散射作用來測量粒子的大小和含量。這種儀器可以測量空氣中直徑為0．3~0.5μm微粒的各種濃度，比較準確，但

6、它只是微粒觀念，不能反映空氣中活菌的數(shù)量。第二節(jié)空氣除菌方法大多數(shù)需氧發(fā)酵是通入空氣進行的。在使用之前必須加以處理以除去其中的有害成分。對空氣的要求隨發(fā)酵類型不同而導，厚層固體曲需要的空氣量大，壓力不高，無菌度不嚴格，一般選用離心式通風并經(jīng)適當?shù)目照{(diào)處理(溫、濕)就可以了。酵母培養(yǎng)消耗空氣量大，無菌度也不十分嚴格，但需要一定壓力以克服發(fā)酵罐的液柱阻力，所以一船采用羅茨鼓風機或高壓離心式鼓風機通風。而對于密閉式深層好氣發(fā)酵則需要嚴格的無菌度，必須經(jīng)過除菌措施，由于空氣中含有水分和油霧雜質(zhì)，又必須經(jīng)過冷卻、脫水、脫油等步驟，因此，無菌空氣的制備須經(jīng)過一個復雜的空氣處理過程。同時，為了克服設備

7、和管道的阻力并維持一定的罐壓，需采用空氣壓縮機。發(fā)酵工業(yè)應用的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低在一個極低的百分數(shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機會。此種空氣稱為“無菌空氣”。生產(chǎn)上使用的空氣量大，要求處理的空氣設備簡單，遠行可靠，操作方便，現(xiàn)就各種除菌方法簡述如下：一、輻射滅菌α射線、X射線、β射線、γ射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質(zhì)，破壞生物活性物質(zhì)，從而起到殺菌作用。但應用較廣泛的還是紫外線，它在波長為2