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生化工程

绪论

1生化工程或生物化工全称是生物化学工程是为生物技术服务的化学工程,它是利用化学工程原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发，使之成为生物反应过程的一门学科，是生物化学与工程学相互渗透所形成的一门新学科。

2研究内容：

它应用工程学这一实践技术，以生物体细胞（包括微生物细胞、动物细胞、植物细胞）作为研究的主角、生物化学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，广泛而深刻地揭示了生物（化学）工业的过程。

生化工程技术包括生物反应器和传感器设计、生物反应的程序控制、产品分离精制技术等。

3本质：

所以生化工程是化学工程的一个分支，也是生物工程的一个重要组成部分。

生化工程的任务就是要处理与生物学有关的工艺过程中的特殊性工程技术问题。

4最终目标：

如何以较少的原料和能量，高效率地获得产物，以及如何将实验室中新发现的物质和过程迅速而经济地推向工业生产。

5生化工程产生的原因:

1.由于在实验室中获得的生物技术成果着重是在生物学和化学领域中获得突破，并证实其潜在应用价值；2.又因在实验室所采用的是小型以至微型的设备，物料处理量很小，因而很难不经过工艺和工程开发而直接投入生产，也难以进行技术经济的评价；3.生物技术成果在实验室研究获得成功后，必须继以工艺和工程的开发；4.生化工程正是为适应这种需要而诞生。

6生物技术的发展简史:

1）传统生物技术：

（1863年之前）早期的发酵工业以厌氧发酵产品居多，如酒类（公元前4000年的夏朝）。

厌氧发酵由于不大量供应氧气，染杂菌导致生产失败的机会较少，故而深层液体厌氧发酵早就有相当大的规模。

产品：

酿酒、制醋、酱、酱油、泡菜、奶酪。

特点：

地方性、经验性、偶然性.2）巴斯德时期（1863—1940）酿酒等的厌氧发酵的发展及少数的好氧发酵产品采用了深层液体发酵生产，如面包酵母，醋酸。

前者因为酵母的比生长速率较高，后者因为醋酸生长导致发酵液中pH值降低，不易污染杂菌。

3）抗生素时期（1941—1960，近代生物技术产品开始出现于本世纪40年代）,1928年Flenming（英国人弗莱明）发现青霉素；1940年由弗洛里Florey和钱恩Chain提取并经临床证实青霉素具有卓越疗效和低毒1941年英美合作开发青霉素1943年开发青霉素生产工艺成功产品：

抗生素等。

特点：

二次代谢产物，分子结构复杂，纯种深层培养。

4）抗生素后时期（1961—1975）最突出的50年代氨基酸发酵工业、60年代酶制剂工业的发展以及一些原来采用表面培养的产品都改用沉浸培养法进行生产。

特点：

（1）产品类型多。

（初级代谢产物、次级代谢产物、生物转化、酶反应等产品；

（2）技术要求高，主要表现为生产工程要求在纯种或无菌条件下进行，大多数属于好氧发酵，在发酵过程中通入无菌空气.（3）规模巨大。

（搅拌通气罐可大至500m3，该时期技术最高、规模最大的单细胞蛋白工厂的气升式发酵罐的容积已超过2000m3）；（4）技术发展速度快，菌种的活力及性能获得了惊人的提高，以青霉素发酵的菌种为例，40余年来其活力提高了1500倍左右。

产品：

氨基酸，酶制剂，单细胞蛋白（SCP），高果糖浆，细菌多糖（黄原胶），GASCHOL，废水生物处理。

5）现代生物技术时期（1975年以后）1953年美国华生Watson和科里克Crick发现DNA双螺旋结构（为DNA的重组奠定了基础）；1969年日本人发明细胞和酶的固定化技术。

用于DL-氨基酸的拆分；1974年美国波伊尔Boyer和科恩Cohen首次在实验室实现基因转移；1977年美国波伊尔Boyer首先用基因操纵手段获得生长激素抑制基因的克隆；1978年吉尔勃脱Gilbert获得鼠胰岛素的克隆，几年后利用基因工程微生物生产出第一个基因工程产品人胰岛素.基因工程：

按人的意志把外源（目标）基因（特定的DNA片段）在体外与载体DNA（质粒、噬菌体等）嵌合后导入宿主细胞，使之形成能复制和表达外源基因的克隆（clone，无性繁殖系或重组体），通过这种重组体的培养可以“借腹怀胎”地获得所需的目标产品。

7生化工程的产生阶段1.产生背景：

19世纪40年代初，第二次世界大战爆发。

战争造成为数众多的伤员和受伤的居民，医生们急需有一种比磺胺类药物（1908年作为燃料合成，1932年德国人格哈德·多马克证实具有抗菌作用，1939年获诺贝尔生理学及医学奖）更为有效而毒副作用更小的抗细菌感染的药物。

2.3个重要的科学家：

1928年由英国人弗莱明（Fleming）发现而在1940年由弗洛里（Florey，澳大利亚人）及钱恩（Chain，德国）等所提取并经临床证实具有卓越疗效和低毒的青霉素抱有极大的希望。

3.国与国间的合作：

1941年美国和英国合作，一方面在美国用表面培养法小规模生产青霉素，纯度仅20％左右，收率约35％，人力和物力投入较大，当时青霉素非常昂贵（每10万单位即60mg为1美元，而今国产青霉素每40万单位约为人民币1元）。

4.不同学科间的合作：

另一方面，两国科学家与工程师通力合作，在1943年终于产生了崭新的青霉素沉浸培养工艺过程，加速产业化进程，使青霉素的产量和质量大幅度提高，纯度为60％，收率为75％。

5.生化工程应运而生：

青霉素从实验室成果转向产业化的过程，同时酿成了新的交叉学科的建立。

生化工程就是环绕青霉素及其他抗生素等生物技术产品的投产过程中而诞生的。

8关于生物反应器（发酵罐）:

1.生物反应器是生物技术开发中的一个关键设备，它为活细胞或酶提供适宜的反应环境，以达到细胞增殖和产品形成的目的。

其类型现已有适合动植物细胞大量培养、酶反应和微生物发酵的各种类型生物反应器（发酵罐）。

其设计涉及生物化学和微生物学、化学和化学工程学、流体力学、机械工程学、电子学、计算机及自动控制等学科。

9生物生产过程可分为三大部分1）上游加工过程

（1）原材料的预处理包括原材料的选择、必要的物理、化学加工，培养基或底物溶液（指用于酶反应过程中的反应物和必要的缓冲液）的配制和灭菌等。

（2）生物催化剂的制备，在发酵过程中，先应选择菌种，经多次扩大培养后接种至发酵罐；在酶反应过程中，若采用固定化酶或固定化细胞时，应事先通过合适的固定化技术将酶或细胞加以固定，并装入酶反应器。

2）生化反应过程是整个生产过程中的关键工序，它是在生物反应器中完成的。

（1）对发酵过程，一般采用釜式反应器（发酵罐），实行分批或流加一分批发酵；个别情况（菌种稳定性高、杂菌污染影响小）下，也有用多罐串联形式进行连续操作；

（2）对酶反应过程可采用的反应器类型较多，可以根据反应特性决定是采用连续釜式还是连续管式反应器；（3）对动植物细胞培养用反应器，一般都是间歇操作，在要求高密度培养时则可进行灌注培养，即连续注入新鲜培养基排出废液而将细胞留在罐内。

3）下游加工过程，也称产物分离或提取精制工序，包括用适当的方法和手段将含量甚低的目标产物从反应滤液（指胞外产物）或细胞（指胞内产物）中进行初步的提取，并作进一步的精制使之达到最后产品的要求。

用于提取、精制的手段很多，除了在化学工业中常用的单元操作外，尚有一些独特的分离纯化方法，如高压匀浆、冻溶、透析、絮凝、双水相萃取、电泳、亲和层析、免疫层析等。

10生化工程研究的基本内容1）在上游加工过程，最重要的是提供和制备高产、优质和足够数量的生物催化剂。

（1）对于生物催化剂，带有共性的技术有大规模的种子培养、酶或细胞固定化、如何将所制备种子或固定化生物催化剂在无菌情况下移入生物反应器等问题；

（2）对于粗原材料的加工，有关共性技术是加工后作为基质或培养基的标准化问题，以及基质或培养基的灭菌和空气除菌问题。

2）在生物反应过程，有关共性技术问题有适用于大规模细胞培养及产物形成的反应器的选型、设计，操作方式及条件的确定，过程及反应器放大，过程的参数检测和控制等。

3）在下游加工过程，主要是研究和开发各种适用于生物反应产品，特别是作为诊断和治疗用的活性蛋白质、多肽或其他活性物质的提取、精制手段和装备，这些都属生物分离工程的研究内容。

11今后生化工程的重点研究方向1）新型生物反应器的研究开发及相应培养、发酵技术的研究

（1）面对着节约能源以及基因工程、杂交瘤技术和酶工程的产品投产，急需研究开发一些大型节能的发酵罐、适用于重组菌、动植物细胞培养和复杂酶反应的生物反应器；

（2）为了使分批培养（发酵）中获得更多的细胞（产物），应积极开展流加、半连续、灌注等培养（发酵）技术的研究和应用；（3）还应努力开展有关生物反应器合理设计和放大研究。

2）新型分离方法和设备的研究开发，为了适应现代生物技术产品的生产，应加强对蛋白质、多肽产品的提取、纯化的研究开发；目前用于上述产品的提取、纯化方法虽不少，但有的不够有效，有的只能用于实验室规模，对有关提取、纯化的原理还研究得不太深入，影响有关设备的设计放大。

3）各种描述生物反应过程的数学模型的建立，对有关数学模型的建立，将有利于过程的优化控制和计算机的应用。

（1）数学模型的基础应是深入的动力学研究，但也可以结合实际经验或生产数据的回归得到半经验的数学模型；

（2）鉴于一些关键参数如细胞浓度、产物浓度、甚至是基质浓度目前尚难以在生产过程中进行在线检测，因此某些以经典动力学形式表示的数学模型难以直接用于生产实际，为此可先寻找这些不可在线检测参数与某些可在线检测参数之间的关系，然后获得可实际应用的数学模型。

4）生产过程在线检测和控制手段的完善

（1）在线检测主要是解决能及时反映生物反应器内关键参数变化的传感器研制。

（2）控制手段是指计算机控制系统的硬件（检测信息的条件化和显示系统、调节器、计算机、人-机对话系统、执行系统等）及软件（动态自适应控制系统、模糊控制系统、专家控制系统等）的建立和完善。

12生化工程在国民经济中的重要作用：

1）医药工业如激素（调节生理代谢、促进生长繁殖）、胰岛素、抗生素（估计由微生物产生的抗生素超过了1,000种，其中包括青霉素、四环素、链霉素及其它抗生素）、干扰素、维生素、表皮生长因子、纤溶酶原激活物、促红细胞生成素、果糖-1,6-二磷酸三钠盐等。

2）食品工业主要包括以下三方面。

第一，生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等，使产品的产量和质量得到明显的提高。

第二，生产各种食品的添加剂。

第三，帮助解决粮食问题。

3）化工、冶金工业甲醇、乙醇、木糖醇等醇类，乙酸、乳酸、水杨酸（临羟基苯甲酸）、柠檬酸等酸类，丙酮、甘油、丙烯酰胺、环氧乙烷等；冶金业用微生物来萃取矿石中的金、铜。

4）能源、环保利用发酵、生物转化或酶法生产：

烷烃、醇及溶剂、有机酸、多糖等。

第一章培养基灭菌

1在发酵生产中，为什么要进行灭菌操作？

1）由于杂菌的污染，使生物反应中的基质或产物因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降；2）由于杂菌所产生的一些代谢产物，或在染菌后改变了培养液的某些理化性质，使产物的提取和分离变得困难，造成收率降低或使产品的质量下降；3）杂菌会大量繁殖，会改变反应介质的pH值，从而使生物反应发生异常变化；4）杂菌可能会分解产物，从而使生产过程失败；5）发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，而使生产失败，等等

2灭菌的原理和方法消毒与灭菌的区别：

消毒与灭菌在发酵工业中均有广泛应用。

消毒是指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病源微生物。

一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。

例如，用于消牛奶、啤酒和酿酒原汗等的巴氏消毒法，是将物料加热至60维持30min，以杀死不耐高温的物料中的微生物营养细胞。

灭菌是用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。

消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。

理解消毒需要强调二点：

第一，消毒是针对病原微生物，并不要求消除或杀灭所有微生物；第二，消毒是相对的而不是绝对的，它只要求将有害微生物的数量减少到无害的程度，而并不要求把所有有害微生物全部杀灭，一般来说，若能使微生物在消毒过程中的存活概率达到10-3，则认为是可靠的。

消毒和灭菌的区别：

消毒是相对的，而灭菌则是绝对的，意为完全杀灭或去除灭菌物品上的一切微生物，然而事实上要达到这样的水平是不可能的。

灭菌的程度：

目前国际上规定，灭菌过程必须使物品中的微生物的存活概率减少到10-6，换句话说：

若对一百万件物品进行灭菌处理，允许灭菌后仍有一件物品中留有活的微生物。

培养基及设备的灭菌方法:

1、加热灭菌（火焰灭菌法、干热灭菌法、湿热灭菌法）、射线灭菌法、化学试剂灭菌法

3湿热灭菌原理：

由于蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热，容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。

灭菌条件121℃，30min。

灭菌不利方面同时也会破坏培养基中的营养成分，甚至会产生不利于菌体生长的物质。

因此，在工业培养过程中，除了尽可能杀死培养基中的杂菌外，还要尽可能减少培养基中营养成分的损失致死温度：

杀死微生物的最低温度。

致死时间：

在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间。

在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。

由于一般细菌、产芽胞细菌、微生物细胞和微生物孢子对热的抵抗力不同，因此，它们的致死温度和致死时间也有差别。

微生物对热的抵抗力常用“热阻”表示。

1）热阻：

微生物在某一特定条件下（主要是温度和加热方式）下的致死时间。

相对热阻：

某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。

2）微生物的热死规律——对数残留定律

反应速率常数k是微生物耐热性的一种特征，它随微生物的种类和灭菌温度而异。

在相同的温度下，k值愈小，则此微生物愈耐热。

同一种微生物在不同的灭菌温度下，k值不同，灭菌温度愈低，k值愈低。

-dN/dt=KNN——培养基中残留活菌数，个；

t——受热时间，min；k——反应速率常数，或比死亡速率常数，min-1。

灭菌时间取决于污染的程度（N0）、灭菌的程度（残留菌数Nt）和k值。

反应速率常数k是微生物耐热性的一种特征，它随微生物的种类和灭菌温度而异。

在相同的温度下，k值愈小，则此微生物愈耐热。

同一种微生物在不同的灭菌温度下，k值不同，灭菌温度愈低，k值愈低

1/10衰减时间D：

在某一温度中，当N0/Nt=10时的时间称为D（decimalreacgtiontime），D＝2.303/K，D与K成反比。

在培养基灭菌的过程中，除微生物被杀死外，还伴随着营养成分的破坏，如糖液焦化变色、蛋白质变性、维生素失活、醛基和氨基反应、不饱和醛聚合、一些化合物发生水解等。

因此，必须选择一个既能达到灭菌的目的，又能使培养基中营养成分破坏至最小的灭菌工艺条件。

活化能（ΔE）：

基元反应的过渡态与反应物之间的能量差。

在分子碰撞过程中，只有某些分子的碰撞是有效的碰撞，这些分子在碰撞时所具有的内能比在该温度下其他分子所具有的平均内能要大。

正是这种过剩能量，才是分子在所指定条件下进行反应所必须具备的能量，这就是活化能。

在活化能大的反应中，反应速度随温度变化也大。

反之如果某一反应的活化能非常小，那么该反应的速度随温度变化也很小。

由于细菌的ΔE明显高于维生素ΔE，所以当温度升高时，杂菌的死亡速度要比营养成分的破坏速度快得多。

在生产中应用上述理论，将培养基进行高温短时间灭菌的方法，以减少营养成分的破坏。

4T（温度）对K（比热死速率常数）影响

阿累尼乌斯方程K=Ae-E/（RT）A——频率因子；E——反应所需的活化能，J/mol；T——绝对温度，K。

在其它条件相同时，ΔE越高，K值即比热死速率常数越低，细菌抵抗力越强。

在温度（T）相同的条件下，ΔE低的孢子比热死速率常数（K值）不一定比ΔE高的孢子大，即其抵抗力不一定比后者弱，因为K值还取决于A（频率因子，因菌种不同而异）。

反应的ΔE越高，lnK对T的变化率越大，即T的变化对K的影响越大，细菌死亡速率对温度变化敏感。

5影响培养基灭菌的因素

1）营养成分的保持：

在灭菌过程中，既要达到灭菌效果，又要考虑尽量减少营养成分的破坏。

2）微生物的耐热性：

一般无芽孢的细菌在60℃60min或70℃5min即可杀死，霉菌孢子在86～88℃3min也可杀死。

但有些细菌的芽孢热阻较大，100℃30min仍可存活。

灭菌所需要的时间取决于把活的细菌的芽孢减少到所规定数目的时间。

细菌总数＝细菌数＋芽孢数。

3）pH值：

一般微生物在6～8时容易存活，pH<6时氢离子会进入细胞内部导致其易死亡。

4）培养基成分：

油脂、糖类和一定浓度的蛋白质会增加生物的耐热性。

如大肠杆菌在糖水中致死时间延长或热阻增高。

5）泡沫：

泡沫中的空气可以形成隔热层（空气是热的不良导体）。

解决办法可采用加入少量消泡剂。

6）颗粒：

颗粒越大越难灭菌，含有较大颗粒剂粗纤维的培养基可考虑过滤方法去除之。

7）培养基的物理状态：

固体培养基灭菌时间比液体培养基灭菌时间要长，是其的2－3倍。

8）空气排除情况：

由于空气排除不彻底，存在空气分压，而不全是蒸汽压力，使罐内实际温度偏低，造成灭菌不彻底。

9）培养基中微生物的数量:

数量多，时间长。

10）微生物细胞的其他特性：

含水量（含越水多的细胞其蛋白质凝固温度越低）及菌龄等。

Ns（规定灭菌度），即表示灭菌效率，为计算方便取lnN0/Ns（也称为V）做为设计依据。

例：

100m3培养基，含菌（实为芽孢，下同）105个/mL，要求灭菌后Ns＝10-3个，求灭菌效率V。

V＝lnN0/Ns

＝ln100*106*105/10-3

＝ln1016=2.303*16

=36.848

6分批灭菌设备的优缺点 ：

将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵这种叫间歇灭菌或实罐灭菌（实消）。

优点：

不需要专门的灭菌设备，投资少，设备简单，灭菌效果可靠，对蒸汽要求较低。

缺点：

灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。

7连续灭菌的过程：

将配制好的并经预热（60～75℃）的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔，使在短时间内达到灭菌温度（130～140℃）。

然后进入维持罐（或维持管），使在灭菌温度下维持5～15秒钟后再进入冷却管，使其冷却至接种温度并直接进入已事先灭菌（空罐灭菌，即“空消”）过的发酵罐内的灭菌方法。

简称为“连消”。

注意事项：

培养动物细胞的培养基的灭菌一般不能用热灭菌法，因其中有血清、氨基酸等易受热破坏的成分。

这种培养基应采用孔径小于0.22微米（0.45）的滤膜来除菌。

连续灭菌（连消）的优缺点

优点：

比分批灭菌的温度更高，保温时间则比较短，有利于减少营养物质的破坏；灭菌过程中蒸汽用量平稳；不在发酵罐内进行，提高发酵罐利用率。

缺点：

设备比较复杂，投资较大；加热器、维持罐（管）、冷却器以及发酵罐（空消）等均应先进行灭菌。

连消的基本流程

连消塔－喷淋冷却连消流程喷射加热－真空冷却连消流程薄板换热器连消流程

设备构造：

1）连消塔是培养液高温短时间连续灭菌设备，它与维持罐组成连续灭菌系统，分套管式和汽液混合式两类。

2）维持罐，灭菌系统中的维持设备，主要是使加热后的培养基在维持设备中保温一段时间，以达到灭菌的目的，也称保温设备。

3）喷射加热器，可使料液和蒸汽迅速接触，充分混合，加热是在瞬时内完成的。

4）冷却设备，常用喷淋冷却器和套管冷却器。

喷淋冷却器是将冷却水通过喷淋装置均匀的淋在水平的排管上，以冷却管内的培养基。

套管冷却器是一种内管走热培养基，内外管间的管隙中走冷却水的冷却器。

5）补充说明，组成培养基的耐热物质和不耐热物质可考虑在不同温度下分开灭菌，以减少相应营养物质受热的破坏程度；也可将碳源和氮源分开灭菌，以避免醛基与氨基发生反应，防止有害物质的生成

8全混：

完全返混

返混：

将不同停留时间的物料之间的混合。

高径比值与返混程度呈反比,即高/径比↑返混程度↓。

活塞流：

在反应器内反应液象活塞样的流动。

活塞流反应器内的物料停留时间一致。

连续灭菌器（反应器）的流体流动模型：

1）流体在反应器中的平均停留时间

2）活塞流反应器模型（PFR）：

在反应器内与流体流向相垂直的横截面上的径向流速分布是均一的，即物料在反应器内以同一流速和沿同一方向流动，所有的物料质点在反应器内的停留时间都相同，不存在返混（左：

理想；右：

非理想，存在层流和湍流）。

3）连续完全返混型反应器（CSTR），CSTR是连续搅拌型培养罐等一系列生化培养设备为对象抽象的理想反应器。

其主要特征为：

底物连续稳定地流加到CSTR内，同时产物连续稳定地由CSTR排出，使得CSTR内的反应液体积维持恒定；CSTR内的所有质点的物理化学性质是一致的，即各质点的温度等物理性质和化学组成是一致的；CSTR内的反应液中的各组分的浓度不随时间变化。

4）多级全混流釜模型，内部既存在全混流成分又存在活塞流成分，如果n只等容积的CSFTR串连，则n越大，则内部液流愈偏离全混流而向活塞流接近。

τ1＝τ2＝…＝τn＝τ/n

9生化反应器的一般性问题生化反应器：

利用生物催化剂进行生化反应的设备。

简称为反应器，也称为发酵罐。

理想的生化反应器：

为方便研究，将现有的生化反应器进行抽象即为理想的生化反应器。

间歇反应器：

将底物一次加入反应器内，在反应的过程中无底物和产物的输入和输出，底物和产物的浓度随反应时间变化。

连续式反应器：

底物等连续输入反应器，产物连续从反应器输出，反应器的任何部位的各组分均不随反应时间变化（稳定态）。

半间歇（半连续）式反应器：

在一次反应的过程中，底物分次补入的操作。

第二章空气除菌

1空气除菌的意义（参见培养基灭菌）：

1）使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。

2）杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品质量下降。

3）有些杂菌会分解产物，使生产失败。

4）杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应异常。

5）如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。

附：

据日本抗生素生产的统计资料，设备渗漏和空气除菌不彻底是导致染菌的主要原因。

6）好气性发酵对空气除菌的要求：

（1）.工业发酵对空气处理的要求随发酵产品和菌种不同而异。

（2）.半固体制曲和酵母生产中无菌要求不十分严格，一般无需复杂的空气净化处理。

（3）.密闭的深层通气发酵培养需氧微生物需严格的纯净培养。

进入发酵罐前空气必须进行冷却、脱水、脱油和过滤除菌等处理，才能满足生物工程的要求。

（4）.绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。

在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。

（5）.发酵对无菌空气的要求是：

无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标。

2空气中微生物的数量与环境有密切关系，一般干燥寒冷的北方，空气中含微生物量较少，而湿润温暖的南方空气中含微生物较多；一般每升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量级。

城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口稀少的农村多；灰尘粒子的平均大小约0.6μm左右（细菌大小一般在0.3-nμm间），细菌常黏附在灰尘上随风传播，故空气除菌主要是去除空气中的微粒（0.6-1μm）。

3空气除菌的方法1）加热除菌，基于加热后微生物体内的蛋白质（酶）热变性而得以实现。

鉴于空气在进入培养系统之前，一般均需用压缩机压缩，提高压力，所以，空气热灭菌时所需的温度，就不必用蒸汽或其他载热体加热，而可直接利用空气压缩时的温度升高来实现。

空气经压缩后温度可升到200℃以上，保持一定时间后，便可实现干热杀菌。

利用空气压缩时所产生的热量进行灭菌的原理对制备大量无菌空气具有特别重要的意义。

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灭菌以及管道长度等问题都必须加以仔细考虑。

2）静电除菌。

3）介质过滤除菌是使空气通过经无菌介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌目的。

分类：

根据介质间的孔隙分类。

常规介质过