在現(xiàn)代生物發(fā)酵工業(yè)中，過(guò)濾技術(shù)是保障發(fā)酵過(guò)程無(wú)菌、高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。濾芯作為發(fā)酵系統(tǒng)中空氣、液體及蒸汽過(guò)濾的核心部件，其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與性能直接影響發(fā)酵產(chǎn)物的質(zhì)量、收率及生產(chǎn)安全。根據(jù)不同的過(guò)濾對(duì)象和工藝需求，發(fā)酵工藝中常用的濾芯類(lèi)型主要包括空氣濾芯、液體過(guò)濾濾芯和蒸汽過(guò)濾濾芯，其選型需綜合考慮過(guò)濾介質(zhì)、孔徑精度、化學(xué)兼容性、耐溫性及滅菌耐受性等因素。

一、發(fā)酵空氣濾芯：保障無(wú)菌通氣

發(fā)酵過(guò)程中，微生物的生長(zhǎng)依賴于持續(xù)供給的無(wú)菌空氣。若空氣中含有雜菌、顆粒物或噬菌體，極易導(dǎo)致染菌，造成整批發(fā)酵失敗。因此，空氣濾芯是發(fā)酵罐系統(tǒng)中不可或缺的“第一道防線”。

常用材質(zhì)及特點(diǎn)：

1. 聚四氟乙烯（PTFE）濾芯

○ 過(guò)濾精度：可達(dá)0.01–0.2μm，能100%截留0.02μm以上的噬菌體和細(xì)菌。

○ 疏水性強(qiáng)：適用于壓縮空氣、發(fā)酵氣體過(guò)濾，有效防止水分侵入導(dǎo)致濾芯失效。

○ 耐高溫高壓：可在121–125℃下承受多次蒸汽滅菌（≥50次循環(huán)），耐壓可達(dá)4.0MPa。

○ 應(yīng)用場(chǎng)景：廣泛用于制藥、生物工程等高要求領(lǐng)域，適用于生物反應(yīng)器、儲(chǔ)罐排氣等。

2. 聚醚砜（PES）濾膜濾芯

○ 高孔隙率與大納污量：深層過(guò)濾結(jié)構(gòu)可容納更多雜質(zhì)，延長(zhǎng)使用壽命。

○ 親水性設(shè)計(jì)：適合液體預(yù)過(guò)濾，也可用于空氣過(guò)濾的終端精濾。

○ 耐受性強(qiáng)：可反沖再生，支持高溫消毒，適用于pH 2–12的廣泛環(huán)境。

3. 聚偏氟乙烯（PVDF）濾芯

○ 化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異：耐氧化、耐溶劑，適用于含有機(jī)溶劑或強(qiáng)氧化劑的氣體/液體過(guò)濾。

○ 可疏水可親水：膜材料經(jīng)改良后可適應(yīng)不同介質(zhì)，常用于電子工業(yè)高純氣體與發(fā)酵蒸汽過(guò)濾。

4. 尼龍膜濾芯

○ 親水性好、化學(xué)相容性強(qiáng)：適用于食品、飲料及醫(yī)藥行業(yè)，能耐受H?O?和漂白劑清洗。

○ 無(wú)纖維脫落：釋出物極低，符合醫(yī)藥級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)：

● 多層復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)梯度過(guò)濾：外層長(zhǎng)纖維無(wú)紡布增強(qiáng)強(qiáng)度，中間層細(xì)短纖維無(wú)紡布作為預(yù)過(guò)濾，內(nèi)層平面導(dǎo)流網(wǎng)降低流阻，提升流速（可達(dá)4–6m/s）。

● 完整性測(cè)試要求高：起泡點(diǎn)壓力≥0.25MPa，確保無(wú)泄漏。

二、發(fā)酵液過(guò)濾濾芯：實(shí)現(xiàn)澄清與分離

發(fā)酵液成分復(fù)雜，含有菌體、蛋白質(zhì)、多糖、代謝產(chǎn)物等，需通過(guò)微濾或超濾實(shí)現(xiàn)固液分離或目標(biāo)產(chǎn)物富集。

常用類(lèi)型：

1. 醋酸纖維素（CA）微濾膜濾芯

○ 成本低、蛋白吸附少，適用于食品發(fā)酵（如醬油、醋）等對(duì)成本敏感的場(chǎng)景。

○ 過(guò)濾精度通常為0.1–1.0μm，適合菌體去除與初步澄清。

2. 聚砜（PS）超濾膜濾芯

○ 化學(xué)穩(wěn)定性高，耐受寬pH范圍和有機(jī)溶劑。

○ 孔徑0.001–0.1μm，用于分離大分子雜質(zhì)，常作為預(yù)處理步驟，保護(hù)后續(xù)精濾系統(tǒng)。

3. PE燒結(jié)濾芯

○ 以超高分子量聚乙烯（UHMWPE）燒結(jié)而成，耐酸堿、耐溫（0–120℃），可反復(fù)反沖再生。

○ 過(guò)濾精度0.3–50μm，適用于高粘度發(fā)酵液的粗濾或中間過(guò)濾，廣泛用于制藥、釀酒業(yè)。

4. PGA系列折疊濾芯

○ 采用雙層超細(xì)纖維膜與進(jìn)口支架，精度高、流量大、壓降低。

○ 純PP材質(zhì)，化學(xué)兼容性好，適用于發(fā)酵液預(yù)過(guò)濾，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

三、選型建議與應(yīng)用策略

1. 按用途選擇濾芯類(lèi)型：

○ 空氣過(guò)濾優(yōu)先選用PTFE或PES濾芯，確保絕對(duì)除菌；

○ 液體過(guò)濾根據(jù)黏度和成分選擇CA、PS或PE燒結(jié)濾芯；

○ 蒸汽過(guò)濾推薦PVDF或PTFE材質(zhì)，耐高溫且疏水。

2. 關(guān)注關(guān)鍵參數(shù)：

○ 過(guò)濾精度（0.01μm為除菌級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）；

○ 最高工作溫度與壓力；

○ 滅菌耐受次數(shù)（建議≥30次）；

○ 完整性測(cè)試方法（如起泡點(diǎn)、擴(kuò)散流測(cè)試）。

3. 系統(tǒng)集成與維護(hù)：

○ 采用多級(jí)過(guò)濾設(shè)計(jì)（初效+精濾），延長(zhǎng)終端濾芯壽命；

○ 定期更換濾芯，避免壓差過(guò)高導(dǎo)致破損；

○ 優(yōu)先選擇符合ISO標(biāo)準(zhǔn)接口的產(chǎn)品，確保安裝密封性。

四、總結(jié)

發(fā)酵工藝中的濾芯不僅是物理屏障，更是保障產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)安全的核心元件。從空氣除菌到發(fā)酵液澄清，從PTFE的高效截留到PE燒結(jié)濾芯的可再生性，不同材質(zhì)與結(jié)構(gòu)的濾芯各具優(yōu)勢(shì)。合理選型、科學(xué)配置、規(guī)范維護(hù)，才能實(shí)現(xiàn)過(guò)濾效率與生產(chǎn)成本的最優(yōu)平衡，助力發(fā)酵工業(yè)向高效、綠色、智能化方向持續(xù)發(fā)展。