在现代生物发酵工业中，过滤技术是保障发酵过程无菌、高效、稳定运行的关键环节之一。滤芯作为发酵系统中空气、液体及蒸汽过滤的核心部件，其材质、结构与性能直接影响发酵产物的质量、收率及生产安全。根据不同的过滤对象和工艺需求，发酵工艺中常用的滤芯类型主要包括空气滤芯、液体过滤滤芯和蒸汽过滤滤芯，其选型需综合考虑过滤介质、孔径精度、化学兼容性、耐温性及灭菌耐受性等因素。

一、发酵空气滤芯：保障无菌通气

发酵过程中，微生物的生长依赖于持续供给的无菌空气。若空气中含有杂菌、颗粒物或噬菌体，极易导致染菌，造成整批发酵失败。因此，空气滤芯是发酵罐系统中不可或缺的“第一道防线”。

常用材质及特点：

1. 聚四氟乙烯（PTFE）滤芯

○ 过滤精度：可达0.01–0.2μm，能100%截留0.02μm以上的噬菌体和细菌。

○ 疏水性强：适用于压缩空气、发酵气体过滤，有效防止水分侵入导致滤芯失效。

○ 耐高温高压：可在121–125℃下承受多次蒸汽灭菌（≥50次循环），耐压可达4.0MPa。

○ 应用场景：广泛用于制药、生物工程等高要求领域，适用于生物反应器、储罐排气等。

2. 聚醚砜（PES）滤膜滤芯

○ 高孔隙率与大纳污量：深层过滤结构可容纳更多杂质，延长使用寿命。

○ 亲水性设计：适合液体预过滤，也可用于空气过滤的终端精滤。

○ 耐受性强：可反冲再生，支持高温消毒，适用于pH 2–12的广泛环境。

3. 聚偏氟乙烯（PVDF）滤芯

○ 化学稳定性优异：耐氧化、耐溶剂，适用于含有机溶剂或强氧化剂的气体/液体过滤。

○ 可疏水可亲水：膜材料经改良后可适应不同介质，常用于电子工业高纯气体与发酵蒸汽过滤。

4. 尼龙膜滤芯

○ 亲水性好、化学相容性强：适用于食品、饮料及医药行业，能耐受H₂O₂和漂白剂清洗。

○ 无纤维脱落：释出物极低，符合医药级标准。

结构设计优势：

● 多层复合结构实现梯度过滤：外层长纤维无纺布增强强度，中间层细短纤维无纺布作为预过滤，内层平面导流网降低流阻，提升流速（可达4–6m/s）。

● 完整性测试要求高：起泡点压力≥0.25MPa，确保无泄漏。

二、发酵液过滤滤芯：实现澄清与分离

发酵液成分复杂，含有菌体、蛋白质、多糖、代谢产物等，需通过微滤或超滤实现固液分离或目标产物富集。

常用类型：

1. 醋酸纤维素（CA）微滤膜滤芯

○ 成本低、蛋白吸附少，适用于食品发酵（如酱油、醋）等对成本敏感的场景。

○ 过滤精度通常为0.1–1.0μm，适合菌体去除与初步澄清。

2. 聚砜（PS）超滤膜滤芯

○ 化学稳定性高，耐受宽pH范围和有机溶剂。

○ 孔径0.001–0.1μm，用于分离大分子杂质，常作为预处理步骤，保护后续精滤系统。

3. PE烧结滤芯

○ 以超高分子量聚乙烯（UHMWPE）烧结而成，耐酸碱、耐温（0–120℃），可反复反冲再生。

○ 过滤精度0.3–50μm，适用于高粘度发酵液的粗滤或中间过滤，广泛用于制药、酿酒业。

4. PGA系列折叠滤芯

○ 采用双层超细纤维膜与进口支架，精度高、流量大、压降低。

○ 纯PP材质，化学兼容性好，适用于发酵液预过滤，经济实用。

三、选型建议与应用策略

1. 按用途选择滤芯类型：

○ 空气过滤优先选用PTFE或PES滤芯，确保绝对除菌；

○ 液体过滤根据黏度和成分选择CA、PS或PE烧结滤芯；

○ 蒸汽过滤推荐PVDF或PTFE材质，耐高温且疏水。

2. 关注关键参数：

○ 过滤精度（0.01μm为除菌级标准）；

○ 最高工作温度与压力；

○ 灭菌耐受次数（建议≥30次）；

○ 完整性测试方法（如起泡点、扩散流测试）。

3. 系统集成与维护：

○ 采用多级过滤设计（初效+精滤），延长终端滤芯寿命；

○ 定期更换滤芯，避免压差过高导致破损；

○ 优先选择符合ISO标准接口的产品，确保安装密封性。

四、总结

发酵工艺中的滤芯不仅是物理屏障，更是保障产品质量与生产安全的核心元件。从空气除菌到发酵液澄清，从PTFE的高效截留到PE烧结滤芯的可再生性，不同材质与结构的滤芯各具优势。合理选型、科学配置、规范维护，才能实现过滤效率与生产成本的最优平衡，助力发酵工业向高效、绿色、智能化方向持续发展。