培养基及设备的灭菌(编辑修改稿)

培养基及设备的灭菌(编辑修改稿)内容摘要：

198176。 C，压力为。 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地运用于丙酮丁醇、淀粉酶等发酵生产上。 图 71(b)是一个用于石油发酵的无菌空气系统，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。 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，受热不很均匀，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。 图 71 利用空压机所产生的热来进行灭菌 三、静电除菌 近年来一些工厂巳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 Iμm 的微粒去除率达 99％，消耗能量小，每处理 1000m3 的空气每小时只耗电 ~。 空气的压力损失小，一般仅 (3~15)。 但对设备维护和安全技术措施要 求较高。 静电防尘是利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘、除菌的目的。 悬浮于空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷，没有带电荷的微粒进入高压静电场时都会被电离变成带电微粒。 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。 管式静电除尘器如图 72所示。 图 72 静电除尘器 1钢丝（电晕电极）； 2钢管（沉淀电极）；3高压 绝缘瓷瓶； 4钢板； 5空气出口；6封头； 7钢板； 8法兰； 9空气出口。 用静电除菌净化空气有如下优点： (1)阻力小，约 104Pa； (2)染菌率低，平均低于 10~15％； (3)除水、除油的效果好； (4)耗电少。 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，需要采取其它措施。 四、介质过滤 介质过滤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。 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。 由于被过滤的气溶胶中微生物的粒子很小，一般只有 ~2μm，而过滤介质的材料一般孔径都大于微粒直径几倍到几十倍，因此过滤机理比较复杂。 随着工业的发展，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。 第三节 过滤除菌的机理 目前发酵工厂采用的空气过滤设备大多数是深层 过滤器和玻璃纤维过滤纸过滤器，所用的过滤介质一般是棉花、活性炭，也有用玻璃纤维、焦炭和超细玻璃纤维、维尼龙等。 对不同的材料、不同规格、不同填充情况，都会得到不同的过滤效果 空气溶胶的过滤除菌原理与通常的过滤原理不一样，一方面是由于空气溶胶中气体引力较小，且微粒很小，常见悬浮于空气中的微生物粒子在 0． 5~2μm 之间，深层过滤所用的过滤介质 棉花的纤维直径一般为 16~ 20μm，填充系数为 8％时，棉花纤维所形成的孔隙为 20~50μm；超细玻璃纤维滤板因纤维直径很小，为 1~1． 5μm，湿法抄制紧密度较大，所形成的网格孔隙为 0． 5~5μm。 微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流直线前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向，绕过纤维前进。 这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、阻拦、布朗扩散、静电吸引等作用而将微粒滞留在纤维表面上。 图 73 单纤维空气流程图 图 73 为一单纤维的流动模型。 这是带颗粒的气流流过纤维截面的假想模型。 当气流为层流时，气体中的颗粒随气流作平行运动，接近纤维表面的颗粒 (即气流宽度为 b 中的颗粒 )；被纤维捕获，而大于 b 的气流中的颗粒绕过纤维继续前进。 因为过滤层是 无数层单纤维组成的，所以就增朗了捕获的机会。 下面分述颗粒被捕获的作用机理以及它们的大小和关系。 一、惯性捕集作用 在过滤器中的滤层交错着无数的纤维，好像形成层层的网格，随着纤维直径减小，充填密度的增大，所形成的网格就越紧密，网格的层数也就越多，纤维间的间隙就越小。 当带有微生物的空气通过滤层时，无论顺纤维方向流动或是垂直于纤维方向流动，仅能从纤维的间隙通过。 由于纤维交错所阻迫，使空气要不断改变运动方向和速度才能通过滤层。 图 143中的 df为纤维断面的直径，当微粒随气流以一定速度垂直向纤维方向运动时，因障碍物 (介质 )的出现，空气流线由直线变成曲线，即当气流突然改变方向时，沿空气流线运动的微粒由于惯性作用仍然继续以直线前进。 惯性使它离开主导气流；走的是图中虚线的轨迹。 气流宽度 b 以内的粒子，与介质碰撞而被捕集。 这种捕集由于微粒直冲到纤维表面，因摩擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上，这称为惯性冲击滞留作用。 惯性捕集是空气过滤器除菌的重要作用，其大小取决于颗粒的动能和纤维的阻力，也就是取决于气流的流速。 惯性力与气流流速成正比，当流速过低时，惯性捕集作用很小，甚至接近于零；当空气流速增至足够大时，惯性捕集则起主导作用。 纤维能滞留微粒的宽度区间 b 与纤维直径 df之比，称为单纤维的惯性冲击捕集效率 ηl。 b 的大小由微粒的运动惯性所决定。 微粒的运动惯性越大，它受气流换向干扰越小， b值就越大。 同时，实践证明，捕集效率是微粒惯性力的无因次准数 φ的函数： ηl=f（ φ） fdb1准数 φ与纤维的直径、微粒的直径、微粒的运动速度的关系为： 由上式可见，空气流速 v0是影响捕集效率的重要参数。 在一定条件下 (微生物微粒直径、纤维直径、空气温度 )，改变气流的流速就是改变微粒的运动惯性力；当气流速度下降时，微粒的运动速度随之下降，微粒的动量减少，惯性力减弱，微粒脱离主导气流的可能性也减少，相应纤维滞留微粒的宽度 b 减小，即捕集效率下降。 气流速度下降到微粒的惯性力不足以使其脱离主导气流对纤维产生碰撞，即在气流的任一处，微粒也随气流改变运动方向绕过纤维前进，即 b＝ o 时，惯性力无因次准数 φ＝ 1/16，纤维的碰撞滞留效率等于零，这时的气流速度称为惯性碰撞的临界速度 vc。 vc是空气在纤维 网格间隙的真实速度，它与容器空截面时空气速度 vs 的关系受填充密度 α的影响。 临界速度 vc的值随纤维直径和微粒直径而变化。 图 14— 4 表示了几种不同直径的微粒对不同直径纤维的临界速度。 图 74 空气的临界速度 vc 二、拦截捕集作用 气流速度降低到惯性捕集作用接近于零时，此时的气流速度为临界速度。 气流速度在临界速度以下时，微粒不能因惯性滞留于纤维上，捕集效率显著下降。 但实践证明，随着气流sPamkgmdmdsmvcdvdcppffpp：空气粘度，；：微粒密度，；：微粒直径，；：纤维直径，；速，：微粒（即空气）的流：层流滑动修正系数；式中3003//)1(18速度的继续下降，纤维对微粒的捕集效率又回升，说明有另一种机理在起作用，这就是拦截捕集作用。 微生物微粒直径很小，质量很轻 ，它随低速气流流动慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流流线受纤维所阻，从而改变流动方向，绕过纤维前进，而在纤维的周边形成一层边界滞流区。 滞流区的气流速度更慢，进到滞流区的微粒慢惕靠近和接触纤维而被粘附滞留，称为拦截捕集作用。 拦截捕集作用对微粒的捕集效率与气流的雷诺准数和微粒与纤维直径比的关系，可以总结成下面的经验公式： 此公式虽然不能完善地反映各参数变化过程纤维截留微粒的规律，但对气流速度等于或小于临界速度时计算得的单纤维截留效率还是比较接近实际的。 3，扩散捕集作用 直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不 规则的运动，称为布朗扩散。 扩散运动的距离很短，在较大的气流速度和较大热纤维间隙中是不起作用的，但在狠慢的气流速度和较小的纤维间隙中，扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机会，从而被捕集。 设微粒扩散运动的最大距离为 2x，则离纤维 2x处气流中的微粒都可能因扩散运动与纤维接触，滞留在纤维上，这就增加了纤维的捕集效率。 扩散捕集效率的计算可用拦截捕集的经验公式计算，但其中微粒的直径应以扩散距距离代入计算，故得下式： 三、重力沉降作用 微粒虽小，但仍具有重力。 当微粒重力超过空气作用于其上的浮力时，即发生一种沉降加速 度。 当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就发生沉降现象。 就单一重力沉降而言，大颗粒比小颗粒作用显著，一般 50μm 以上的颗粒沉降作用才显著。 对于小颗粒只有气流速度很慢时才起作用。 重力沉降作用一般是与拦截作用相配合，即在纤维的边界滞留vdmdmdddRRRRRRffpfpReRe)2(11)1()1l n ()1(2R e )(212：气流。