大型發(fā)酵車間滅菌技術(shù)：解決大腸桿菌發(fā)酵車間噬菌體雜菌污染問題

發(fā)酵工業(yè)雜菌污染的控制技術(shù)

近些年來，發(fā)酵產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。然而在發(fā)酵過程中雜菌的污染問題是其中危害zui大的一種。所謂“雜菌”，是指在發(fā)酵培養(yǎng)中侵入了有礙生產(chǎn)的其他微生物。幾乎所有的發(fā)酵工業(yè)，都有可能遭受雜菌的污染。染菌的結(jié)果非常嚴(yán)重，所以要對發(fā)酵過程中的雜菌進(jìn)行有效的控制。

發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)目前，絕大多數(shù)工業(yè)發(fā)酵都是采用純種培養(yǎng)，要求發(fā)酵全過程只能有生產(chǎn)菌，不允許有“雜菌”污染。如果在培養(yǎng)過程中污染雜菌，它便會在較短的時間內(nèi)大量繁殖，與生產(chǎn)菌爭奪營養(yǎng)成分或分泌代謝產(chǎn)物抑制生產(chǎn)菌的生長和代謝，從而干擾生產(chǎn)菌正常發(fā)酵，甚至造成倒罐，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。因此，為了保證純種發(fā)酵，在生產(chǎn)菌種接種之前，要對發(fā)酵培養(yǎng)基、空氣系統(tǒng)、流加料、發(fā)酵罐及管道系統(tǒng)等進(jìn)行滅菌，還要對環(huán)境進(jìn)行消毒，防止雜菌和噬菌體的大量繁殖。在生產(chǎn)實踐中，為了防止雜菌污染，經(jīng)常要采用消毒與滅菌技術(shù)，統(tǒng)稱為發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)。

一、染菌原因分析

據(jù)國內(nèi)外多年的發(fā)酵生產(chǎn)經(jīng)驗認(rèn)為，染菌的原因或途徑主要有以下幾方面:

種子染菌

2.滅菌不徹底

3.空氣帶菌

4.設(shè)備滲漏

5.操作不合理，管理不善。

二、對雜菌污染問題進(jìn)行技術(shù)控制

2.1 種子帶菌及其防治

嚴(yán)格控制無菌室的污染根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求和特點(diǎn)，建立相應(yīng)的無菌室，交替使用各種滅菌手段對無菌室進(jìn)行處理。除常用的紫外線滅菌外，如發(fā)現(xiàn)無菌室已污染較多的細(xì)菌，可采用石炭酸或土霉素等進(jìn)行滅菌;如發(fā)現(xiàn)無菌室有較多的霉菌，則可采用制霉菌素等進(jìn)行滅菌;如果污染噬菌體，通常就用甲醛、雙氧水或高錳酸鉀等滅菌劑進(jìn)行處理。在制各種子時對沙土管、斜面、三角瓶及搖瓶均嚴(yán)格進(jìn)行管理，防止雜菌進(jìn)入而受到污染。為了防止染菌，種子保存管的棉花塞應(yīng)有一定的緊密度，且有一定的長度，保存溫度盡量保持相對穩(wěn)定，不宜有太大變化。對每一級種子的培養(yǎng)物均應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的無菌檢查，確保任何一級種子均末受雜菌感染后才能使用。對菌種培養(yǎng)基或器具進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理，保證在利用滅菌鍋進(jìn)行滅菌前，先完全排除鍋內(nèi)的空氣，以免造成假壓，使滅菌的溫度達(dá)不到預(yù)定值，造成滅菌不徹底而使種子染菌。

2.2 空氣帶菌及其防治

加強(qiáng)生產(chǎn)環(huán)境的衛(wèi)生管理，減少生產(chǎn)環(huán)境中空氣的含菌量，正確選擇采氣口，如提高采氣口的位置或前置粗過濾器，加強(qiáng)空氣壓縮前的預(yù)處理，如提高空壓機(jī)進(jìn)口空氣的潔凈度。設(shè)計合理的空氣預(yù)處理工藝，盡可能減少生產(chǎn)環(huán)境中空氣帶油、水量，提高進(jìn)入過濾器的空氣溫度，降低空氣的相對濕度，保持過濾介質(zhì)的干燥狀態(tài)，防止空氣冷卻器漏水，防止冷卻水進(jìn)入空氣系統(tǒng)等。設(shè)計和安裝合理的空氣過濾器，防止過濾器失效。選用除菌效率高的過濾介質(zhì)，在過濾器滅菌時要防止過濾介質(zhì)被沖翻而造成短路，避免過濾介質(zhì)烤焦或著火，防止過濾介質(zhì)的裝填不均而使空氣走短路，保證一定的介質(zhì)充填密度。當(dāng)突然停止進(jìn)空氣時，要防止發(fā)酵液倒流入空氣過濾器，在操作過程中要防止空氣壓力的劇變和流速的急增。

2.3 操作失誤導(dǎo)致染菌及其控制

一般來，稀薄的培養(yǎng)基比較容易滅困徹底，而淀粉質(zhì)原料，在升溫過快或混合不均與時容易結(jié)塊，使團(tuán)塊中心部位“夾生”，蒸汽不易進(jìn)入將雜菌殺死，但在發(fā)酵過程中這些團(tuán)塊會散開，而造成染菌。同樣，由于培養(yǎng)基中鼓皮、黃豆餅 一類的固形物含量較多，在投料時濺到罐壁或罐內(nèi)的各種支架上，容易形成堆積，這些堆積物在滅菌過程由于傳熱較慢，一些雜菌也不易被殺滅，一旦滅菌操作完 成后，通過冷卻、攪拌、接種等操作，含有雜菌的堆積物將重新返回培養(yǎng)液中，造成染菌。通常對于淀粉質(zhì)培養(yǎng)基的滅菌采用實罐滅菌較好，一般在升溫前先通過攪拌混合均勻，并加入一定量的淀粉酶進(jìn)行液化;有大顆粒存在時應(yīng)先過篩除去，再行滅菌。對于鼓皮、黃豆餅一類的固形物含量較多的培養(yǎng)基，采用罐外預(yù) 先配料，再轉(zhuǎn)至發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行實罐滅菌較為有效。滅菌時由于操作不合理，未將罐內(nèi)的空氣完全排除，造成壓力表顯示“假壓”，使罐內(nèi)溫度與壓力表指示的不對應(yīng)，培養(yǎng)基的溫度以及罐頂局部空間的溫度達(dá)不到滅菌的要求，導(dǎo)致滅菌不徹底而染菌。

因此，在滅菌升溫時，要打開排氣閥門，使蒸汽能通過并驅(qū)除罐內(nèi)冷空氣，一般可避免此類染菌。培養(yǎng)基在滅菌過程中很容易產(chǎn)生泡沫，發(fā)泡嚴(yán)重時泡沫可上升至罐頂甚至逃逸，以致泡沫頂罐，雜菌很容易藏在泡沫中。由于泡沫的薄膜及泡沫內(nèi)的空氣傳熱差，使泡沫內(nèi)的溫度低于滅菌溫度，一旦滅菌操作結(jié)束并進(jìn)行冷卻時，這些泡沫就會破裂，雜茵就會釋放到培養(yǎng)基中，造成染菌。因此，要嚴(yán)防泡沫升頂，盡可能添加消泡劑防止泡沫的大量產(chǎn)生。在連續(xù)滅菌過程中，培養(yǎng)基滅菌的溫度及其停留時間必須符合滅菌的要求，尤其是在滅菌結(jié)束前的zui后一部分培養(yǎng)基也要善始善終，以確保徹底滅菌。避免蒸汽壓力的波動過大，應(yīng)嚴(yán)格控制滅菌的溫度，過程zui好采用自動控溫。發(fā)酵過程中越來越多地采用了自動控制，一些控制儀器逐漸被應(yīng)用。如用于連續(xù)測定并控制發(fā)酵液pH的復(fù)合玻璃電極、測定溶氧濃度的探頭等，這些探頭或元件如用蒸汽進(jìn)行滅菌，不但容易損壞，還會因反復(fù)經(jīng)受高溫而大大縮短其使 用壽命。因此，一般常采用化學(xué)試劑浸泡等方法來滅菌。

三、提高除菌效率的主要措施

1、減少進(jìn)口空氣的含菌數(shù)量。具體方法有:正確選擇進(jìn)風(fēng)口，壓縮空氣站應(yīng)設(shè)在上風(fēng)向;提高進(jìn)口空氣的采氣位置，減少菌數(shù)和塵埃數(shù)，對壓縮前的空氣采用粗過濾預(yù)處理。

2、設(shè)計和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質(zhì)。

3、針對不同地區(qū)，設(shè)計合理的空氣預(yù)處理工藝流程，以達(dá)到除油、水和雜質(zhì)的目的。

4、降低進(jìn)入空氣過濾器的空氣相對濕度，保證過濾介質(zhì)能在干燥狀態(tài)下工作，方法有:使用無油潤滑的空氣壓縮機(jī);加強(qiáng)空氣冷卻和去油、水;適當(dāng)提高進(jìn)入過濾器的空氣溫度，降低其相對濕度。

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