發(fā)酵罐排除設備染菌隱患
發(fā)酵罐排除設備染菌隱患
在發(fā)酵罐及其附屬設備（空氣凈化系統(tǒng)，溫度、壓力流量等控制系統(tǒng)及相應的管道閥門）中，哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能造成發(fā)酵失敗。因此，企業(yè)首先應樹立“預防為主”的觀念，從設備入手杜絕可能引起發(fā)酵染菌的各種隱患。
■保證發(fā)酵罐密封性
發(fā)酵罐是發(fā)酵生產(chǎn)的主要設備。在使用之前，需要對發(fā)酵罐進行認真檢查，如檢查其攪拌系統(tǒng)轉動有無異常，機械密封是否嚴密，罐內的螺絲是否松動，罐內的管道有無堵塞，夾層或罐內盤管是否泄漏，以及罐體連接閥門是否嚴密等。
目前，機械密封在發(fā)酵罐上得到廣泛應用，其取代了以前攪拌軸的填料密封形式，但是如果安裝精度不高或選用的機械密封系統(tǒng)不合適，仍然會發(fā)生軸封泄露，造成染菌。因此，在安裝攪拌軸時要注意對中。據(jù)了解，新疆某發(fā)酵車間采用拉桿固定可調的中間軸承，通過調整中間軸承位置來減少攪拌軸的擺動，并采用多彈簧平衡型機械密封，利用不同方向的彈簧彈力抵消攪拌軸的部分偏移，有效地實現(xiàn)了密封。
■去除視鏡沖洗管道
為了便于觀察發(fā)酵罐內的發(fā)酵情況，在大型發(fā)酵罐內一般都設置了沖洗視鏡的蒸汽管道。但是，蒸汽一旦冷凝在管道中，就無法完全保證冷凝水的無菌，因此應該去除沖洗視鏡的蒸汽管道，減少染菌隱患。如果因罐內霧氣大看不清楚，可以采用更高亮度的視鏡燈。
■PVDF膜凈化效果可靠
傳統(tǒng)的空氣凈化系統(tǒng)使用活性炭、棉花、超細玻璃纖維紙作為過濾芯，其過濾效果差，且操作復雜。目前，國內的膜過濾技術已比較成熟，如用偏二氟乙烯（PVDF）制成的折疊微孔濾膜濾芯不僅過濾精度高，且流量大。使用時技術人員只要注意對過濾器前壓縮空氣進行除濕脫油，并按規(guī)范對過濾器進行滅菌，即可保證空氣無菌。另外，由于PVDF膜對壓縮空氣中的水分不敏感，膜本身的疏水性強，因此可解決以往當空氣濕度過大時棉花過濾器等不能使用的問題。新疆某發(fā)酵車間對10噸發(fā)酵罐采用PVDF過濾器的凈化效果進行了考察。技術人員在過濾器后掛了一個測樣瓶，測樣瓶用滅菌后不接種的LB通用細菌培養(yǎng)基，連續(xù)通入過濾后的壓縮空氣以監(jiān)測過濾器效果（只要LB通用細菌培養(yǎng)基保持清澈，就說明過濾器運行正常）。結果表明，該車間10噸發(fā)酵罐的過濾器在連續(xù)使用3個月后，測樣瓶鏡檢表明LB細菌培養(yǎng)基無菌，因此微孔濾膜（PVDF）的凈化效果是可靠的。
■定期檢測監(jiān)控系統(tǒng)
對發(fā)酵培養(yǎng)基進行徹底的滅菌處理是利用高溫過飽和蒸汽使各種細菌、真菌蛋白質凝固而死亡。在醫(yī)藥工業(yè)滅菌中，對預熱時間、蒸汽閥門的開度、滅菌溫度、滅菌壓力和泡沫控制等都有嚴格要求，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都很容易導致染菌。一般工業(yè)上滅菌溫度在110℃，滅菌壓力在0.5兆帕以上，而保證滅菌溫度和壓力的準確依賴于各種溫度探頭、壓力傳感器等監(jiān)控系統(tǒng)。因此，定期對這類探頭、傳感器等進行檢測十分重要。另外，隨著發(fā)酵罐體積增大，相同罐壓對應的罐溫有所降低，因此當發(fā)現(xiàn)溫度與壓力的相關性發(fā)生變化時，應以溫度為準。
■閥門宜采用軟密封
閥門是在發(fā)酵設備中使用最多的附屬設備，其中使用最多的是截止閥。閥門對介質的密封性可分為4級，即公稱級、低漏級、蒸汽級和原子級。公稱級與低漏級密封適用于關閉要求不嚴密的閥門，例如用于控制流量的閥門。蒸汽級密封適用于蒸汽和大部分其他工業(yè)用閥門的閥座、閥桿和閥體連接部的密封。原子級密封適用于介質密封性要求極高的場合，如宇宙飛船和原子能動力設備等。由于發(fā)酵工業(yè)中使用高溫蒸汽對發(fā)酵設備進行滅菌，因此閥門對介質的密封性要求是蒸汽級密封。
由于在發(fā)酵過程中閥門開啟頻繁，經(jīng)常受介質腐蝕、沖刷和氣蝕的損害，因此對于閥門副結構，即閥座與關閉件互相接觸進行關閉的部分的選擇較為關鍵。閥門副結構的密封分為軟密封和硬密封兩種。硬密封的密封副結構是靠閥座與關閉件互相擠壓發(fā)生微小彈塑性變形而形成一條閉合的圓形密封接觸線。雖然這類閥門在應用初期密封效果良好，但是發(fā)酵閥門開啟比較頻繁，容易磨損先前形成的接觸線，或者由于管道不清潔而使密封面產(chǎn)生壓痕而損壞。而硬密封的密封副結構彈性變形量很小，形成新的密封接觸線很困難，因此長期使用可能導致閥門泄漏，使發(fā)酵失敗。軟密封的閥門關閉件一般采用軟質墊片，利用墊片較大的彈塑性形變形成較寬的環(huán)形密封接觸帶，以添塞密封面上的不平、消除間隙形成密封。其加工精度一般要求不高，如有特殊要求，閥體材料可采用不銹鋼，軟密封關閉件用可更換的聚四氟乙烯墊片，這樣可通過經(jīng)常更換聚四氟乙烯墊片來保證閥門的密封性。
■重視閥門上密封檢查
如果截止閥的閥桿和閥體內孔的加工質量不好，或因長期使用導致磨損而使填料與閥桿的配合間隙增大，都會導致介質由閥桿處泄漏，這種現(xiàn)象被稱為閥門“上密封泄露”。然而，在發(fā)酵生產(chǎn)中，閥門的上密封檢查經(jīng)常被忽視。2003年，閥門的上密封泄漏事故就曾使新疆某蟲草發(fā)酵車間連續(xù)1個月染菌倒罐，企業(yè)經(jīng)濟損失很大。因此，對發(fā)酵用的閥門不僅要重視密封副結構的泄漏，更要重視上密封泄漏。
在發(fā)酵生產(chǎn)中，由于發(fā)酵工藝的要求，一些閥門并不是按流體流向安裝的，如在一些發(fā)酵罐中，取樣閥門是靠近發(fā)酵罐的第一閥門，為了在取樣前對該閥門進行滅菌，閥門的安裝和發(fā)酵液流向是相反的，這樣才能在取樣閥底部加裝一個小的附加閥門使蒸汽流通。該取樣閥的上密封結構的密封要求非常高，否則發(fā)酵液可能滲入該取樣閥的上密封結構中甚至從上密封結構中泄漏，從而造成發(fā)酵染菌。
目前，國產(chǎn)截止閥多為多層填料結構，且填料結構中還附加了硬質隔環(huán)，或密封環(huán)上部具有碟形彈簧，從而提高了密封力自調節(jié)的能力，改善了密封性能。如發(fā)生上密封泄漏，而改動國產(chǎn)閥門的上密封結構比較困難，可以通過更換填料種類來解決泄漏問題。例如，用目前新型膨脹聚四氟乙烯密封填料替代常規(guī)的石棉和膨脹石墨填料，其耐磨、耐腐蝕，密封效果很好。最主要的是空氣系統(tǒng)和罐內死角，其次才是種子、操作和設備系統(tǒng)。如果是芽孢的話多可能是死角，大面積的多為空氣系統(tǒng)。你可以跟蹤無菌檢驗，看染菌時間及菌型關系，最好把種子制備到發(fā)酵罐都有無菌跟蹤。
在發(fā)酵罐及其附屬設備（空氣凈化系統(tǒng)，溫度、壓力流量等控制系統(tǒng)及相應的管道閥門）中，哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能造成發(fā)酵失敗。因此，企業(yè)首先應樹立“預防為主”的觀念，從設備入手杜絕可能引起發(fā)酵染菌的各種隱患。
■保證發(fā)酵罐密封性
發(fā)酵罐是發(fā)酵生產(chǎn)的主要設備。在使用之前，需要對發(fā)酵罐進行認真檢查，如檢查其攪拌系統(tǒng)轉動有無異常，機械密封是否嚴密，罐內的螺絲是否松動，罐內的管道有無堵塞，夾層或罐內盤管是否泄漏，以及罐體連接閥門是否嚴密等。
目前，機械密封在發(fā)酵罐上得到廣泛應用，其取代了以前攪拌軸的填料密封形式，但是如果安裝精度不高或選用的機械密封系統(tǒng)不合適，仍然會發(fā)生軸封泄露，造成染菌。因此，在安裝攪拌軸時要注意對中。據(jù)了解，新疆某發(fā)酵車間采用拉桿固定可調的中間軸承，通過調整中間軸承位置來減少攪拌軸的擺動，并采用多彈簧平衡型機械密封，利用不同方向的彈簧彈力抵消攪拌軸的部分偏移，有效地實現(xiàn)了密封。
■去除視鏡沖洗管道
為了便于觀察發(fā)酵罐內的發(fā)酵情況，在大型發(fā)酵罐內一般都設置了沖洗視鏡的蒸汽管道。但是，蒸汽一旦冷凝在管道中，就無法完全保證冷凝水的無菌，因此應該去除沖洗視鏡的蒸汽管道，減少染菌隱患。如果因罐內霧氣大看不清楚，可以采用更高亮度的視鏡燈。
■PVDF膜凈化效果可靠
傳統(tǒng)的空氣凈化系統(tǒng)使用活性炭、棉花、超細玻璃纖維紙作為過濾芯，其過濾效果差，且操作復雜。目前，國內的膜過濾技術已比較成熟，如用偏二氟乙烯（PVDF）制成的折疊微孔濾膜濾芯不僅過濾精度高，且流量大。使用時技術人員只要注意對過濾器前壓縮空氣進行除濕脫油，并按規(guī)范對過濾器進行滅菌，即可保證空氣無菌。另外，由于PVDF膜對壓縮空氣中的水分不敏感，膜本身的疏水性強，因此可解決以往當空氣濕度過大時棉花過濾器等不能使用的問題。新疆某發(fā)酵車間對10噸發(fā)酵罐采用PVDF過濾器的凈化效果進行了考察。技術人員在過濾器后掛了一個測樣瓶，測樣瓶用滅菌后不接種的LB通用細菌培養(yǎng)基，連續(xù)通入過濾后的壓縮空氣以監(jiān)測過濾器效果（只要LB通用細菌培養(yǎng)基保持清澈，就說明過濾器運行正常）。結果表明，該車間10噸發(fā)酵罐的過濾器在連續(xù)使用3個月后，測樣瓶鏡檢表明LB細菌培養(yǎng)基無菌，因此微孔濾膜（PVDF）的凈化效果是可靠的。
■定期檢測監(jiān)控系統(tǒng)
對發(fā)酵培養(yǎng)基進行徹底的滅菌處理是利用高溫過飽和蒸汽使各種細菌、真菌蛋白質凝固而死亡。在醫(yī)藥工業(yè)滅菌中，對預熱時間、蒸汽閥門的開度、滅菌溫度、滅菌壓力和泡沫控制等都有嚴格要求，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都很容易導致染菌。一般工業(yè)上滅菌溫度在110℃，滅菌壓力在0.5兆帕以上，而保證滅菌溫度和壓力的準確依賴于各種溫度探頭、壓力傳感器等監(jiān)控系統(tǒng)。因此，定期對這類探頭、傳感器等進行檢測十分重要。另外，隨著發(fā)酵罐體積增大，相同罐壓對應的罐溫有所降低，因此當發(fā)現(xiàn)溫度與壓力的相關性發(fā)生變化時，應以溫度為準。
■閥門宜采用軟密封
閥門是在發(fā)酵設備中使用最多的附屬設備，其中使用最多的是截止閥。閥門對介質的密封性可分為4級，即公稱級、低漏級、蒸汽級和原子級。公稱級與低漏級密封適用于關閉要求不嚴密的閥門，例如用于控制流量的閥門。蒸汽級密封適用于蒸汽和大部分其他工業(yè)用閥門的閥座、閥桿和閥體連接部的密封。原子級密封適用于介質密封性要求極高的場合，如宇宙飛船和原子能動力設備等。由于發(fā)酵工業(yè)中使用高溫蒸汽對發(fā)酵設備進行滅菌，因此閥門對介質的密封性要求是蒸汽級密封。
由于在發(fā)酵過程中閥門開啟頻繁，經(jīng)常受介質腐蝕、沖刷和氣蝕的損害，因此對于閥門副結構，即閥座與關閉件互相接觸進行關閉的部分的選擇較為關鍵。閥門副結構的密封分為軟密封和硬密封兩種。硬密封的密封副結構是靠閥座與關閉件互相擠壓發(fā)生微小彈塑性變形而形成一條閉合的圓形密封接觸線。雖然這類閥門在應用初期密封效果良好，但是發(fā)酵閥門開啟比較頻繁，容易磨損先前形成的接觸線，或者由于管道不清潔而使密封面產(chǎn)生壓痕而損壞。而硬密封的密封副結構彈性變形量很小，形成新的密封接觸線很困難，因此長期使用可能導致閥門泄漏，使發(fā)酵失敗。軟密封的閥門關閉件一般采用軟質墊片，利用墊片較大的彈塑性形變形成較寬的環(huán)形密封接觸帶，以添塞密封面上的不平、消除間隙形成密封。其加工精度一般要求不高，如有特殊要求，閥體材料可采用不銹鋼，軟密封關閉件用可更換的聚四氟乙烯墊片，這樣可通過經(jīng)常更換聚四氟乙烯墊片來保證閥門的密封性。
■重視閥門上密封檢查
如果截止閥的閥桿和閥體內孔的加工質量不好，或因長期使用導致磨損而使填料與閥桿的配合間隙增大，都會導致介質由閥桿處泄漏，這種現(xiàn)象被稱為閥門“上密封泄露”。然而，在發(fā)酵生產(chǎn)中，閥門的上密封檢查經(jīng)常被忽視。2003年，閥門的上密封泄漏事故就曾使新疆某蟲草發(fā)酵車間連續(xù)1個月染菌倒罐，企業(yè)經(jīng)濟損失很大。因此，對發(fā)酵用的閥門不僅要重視密封副結構的泄漏，更要重視上密封泄漏。
在發(fā)酵生產(chǎn)中，由于發(fā)酵工藝的要求，一些閥門并不是按流體流向安裝的，如在一些發(fā)酵罐中，取樣閥門是靠近發(fā)酵罐的第一閥門，為了在取樣前對該閥門進行滅菌，閥門的安裝和發(fā)酵液流向是相反的，這樣才能在取樣閥底部加裝一個小的附加閥門使蒸汽流通。該取樣閥的上密封結構的密封要求非常高，否則發(fā)酵液可能滲入該取樣閥的上密封結構中甚至從上密封結構中泄漏，從而造成發(fā)酵染菌。
目前，國產(chǎn)截止閥多為多層填料結構，且填料結構中還附加了硬質隔環(huán)，或密封環(huán)上部具有碟形彈簧，從而提高了密封力自調節(jié)的能力，改善了密封性能。如發(fā)生上密封泄漏，而改動國產(chǎn)閥門的上密封結構比較困難，可以通過更換填料種類來解決泄漏問題。例如，用目前新型膨脹聚四氟乙烯密封填料替代常規(guī)的石棉和膨脹石墨填料，其耐磨、耐腐蝕，密封效果很好。最主要的是空氣系統(tǒng)和罐內死角，其次才是種子、操作和設備系統(tǒng)。如果是芽孢的話多可能是死角，大面積的多為空氣系統(tǒng)。你可以跟蹤無菌檢驗，看染菌時間及菌型關系，最好把種子制備到發(fā)酵罐都有無菌跟蹤。
