空气的灭菌
时间：2026-09-19 21:46:39
需氧微生物在发酵过程中，需要耗用在大量氧气，这些氧气通常是由空气提供。但是空气中夹有大量的各类杂微生物，这些杂微生物如果随空气一起进入培养系统，在适宜的条件下，就会大量繁殖，并与发酵生产中的生产菌竞争，争夺、消耗营养物质，产生各种无用的代谢物，从而干扰、破坏预定发酵的正常进行，甚至造成发酵生产的彻底失败。因此，空气的除菌是需氧发酵生产中的必要环节。
空气主要是由氮气、氧气、二氧化碳、惰性气体、水蒸汽以及悬浮在空气中的尘埃等组成的混合物。空气中含有大量的微生物，除常见的细菌外，还有酵母真菌和病毒。空气中微生物的数量与环境有密切的关系，一般干燥寒冷的北方，空气中含微生物量较少，而潮湿温暖的南方，空气中含微生物量较多，城市空气中的微生物含量比人口稀少的农村多，地平面空气含微生物量比高空多。
各种不同的培养过程，鉴于其所用菌种的生长能用强弱、生长速度的快慢、培养周期的长短以及培养基中PH值的差异，对空气除菌的要求也不相同。例如，酵母培养过程中，其PH值较低（PH值约为3～4），且酵母的繁殖速度又快，在繁殖过程中能够抵抗杂菌的侵袭，对空气除菌的要求就可以低一些。对氨基酸和抗生素的发酵来说，因其发酵时间长（10天左右），且菌体自身抗染菌能力又弱，对空气除菌的要求就高。对空气除菌的要求，应根据具体情况而定。一般可按10－3的染菌机率（即在1000次培养过程中，只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成染菌）来决定。
空气热灭菌法是基于加热后微生物体内的蛋白质（酶）氧化变性导致死亡而得以实现。它与培养基的加热灭菌相比，虽然都是用加热法把微生物杀死，但湿热灭菌是利用蛋白质的凝固破坏而导致菌体死亡而实现，两者是有本质区别的。
鉴于空气在进入发酵系统之前，一般均需用压缩机压缩以提高压力，所以空气热灭菌时所需要的温度提高，就不必用蒸汽或其它载热体加热，而是可以直接利用空气压缩时的温度升高来实现。欲杀死空气中的微生物，在不同温度下所需时间如下：
利用空气压缩时产生的热量进行灭菌,对制备大量无菌空气具有特别的意义.在实际应用时,对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问题都必须加以仔细考虑.
α—射线、β—射线、γ—射线、紫外线、超声波等从理论上说都能破坏蛋白质等生物活性物质，从而起到杀菌作用。辐射灭菌目前仅用于一些表面的灭菌及有限空间内空气的灭菌，对于大规模空气的灭菌尚有不少问题有待解决。
近年来一些工厂已使用静电除尘除去空气中的水雾、油雾、尘埃，同时也除去空气中的微生物。
静电除菌是利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的。悬浮于空气中的微生物，其孢子大多数带有不同的电荷，没有带电的微粒进入高压静电场时都会被电离成带电微粒，但对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，当所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，所以静电除尘灭菌对很小的微粒效率很低。
介质过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻截空气中所含微生物而取得无菌空气的方法。通过过滤除菌处理的空气可达到无菌，并有足够的压力和适宜的温度以供耗氧培养过程之用。该法是目前广泛用来获得尤其是无菌空气的常规方法。
空气过滤所用介质的间隙一般大于微生物的细胞颗粒，那么悬浮于空气中的微生物体何以能被过滤除去？这是因为，气流通过滤层时，基于滤层纤维网格的层层阻隔，迫使气体在流动过程中出现无数次改变气流大小和方向的绕层运动，从而导致微生物的微粒和滤层纤维间产生撞击、拦截和布朗扩散等作用，而把微粒截流、捕集在纤维表面上，以达到过滤的目的。除此之外，微粒的重力和静电引力也对捕集微粒起到一定作用。
过滤器中的滤层交织着无数的纤维，并形成层层网格，随着纤维直径的减小和填空密度的增大，所形成的网格也就愈益紧密。当含有微生物的空气通过滤层时，气流仅能从纤维的间隙通过。由于纤维纵横交错，层层叠叠，迫使空气不断改变它的运动方向和速度大小。由于微生物的惯性大于空气，当气流遇阻而绕道前进，其结果便是撞击纤维而被截留于纤维的表面。
惯性撞击截留作用的大小取决于颗粒的动能和纤维的阻力，其中尤以气流的流速更为重要，惯性力与气流流速成正比。当空气流速过低时，惯性撞击截留作用很小，甚至接近于零；当空气的流速增大时，惯性撞击截留作用起主导作用。
气速降到临界速度以下后，惯性撞击已经失去其捕集微粒的作用，但此时还有其它的因素起作用，拦截截留作用便是其中之一。
因为微生物微粒直径很小，质量很轻，它随气流流动慢慢靠近纤维时，微粒所在主导气流流线受纤维所阻改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞留区，滞留区的气流流速更慢，进入滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附截留。拦截截留效率与气流的雷诺准数和微粒同纤维的直径比有关。
直径很小的微粒在缓慢运动的气流中，会产生一种不规则的直线运动，这种运动叫做布朗运动。布朗运动的范围一般很小（微米级），故在较大的气速和较大的纤维间是不起作用的。但在缓慢流动的气流和极小的纤维间隙间，布朗运动的作用就大为增加，并使微粒与纤维接触和被捕捉。由于布朗扩散截留作用的存在，大大增加了纤维的截留效率。
重力沉降起到一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就沉降。就单一重力沉降情况来看，大颗粒比小颗粒作用显著，对于小颗粒只有气流的速度很慢才起作用。一般它是配合拦截截留作用而显示出来的。即在纤维的边界滞留区内微粒的沉降提高了拦截截留的效率。
干空气与非导体物质进行相对运动时，由于摩擦会产生诱导电荷，特别是纤维和树脂处理过的纤维更为显著。悬浮在空气中的微生物颗粒大多带有不同的电荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。此外，表面吸附也归属在这个范畴。如活性碳的大部分过滤效能应是表面吸附的作用。
在过滤除菌中，往往很难分辨上述各种机理各自所作贡献的大小。随着参数的变化，各种作用之间有着复杂的关系，但目前还未能作出准确的计算，一般认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗扩散截留的作用较大，而重力沉降和静电吸引的作用则很小。