生物工程設(shè)備發(fā)酵系統(tǒng)的滅菌操作實訓(xùn)

一、實訓(xùn)目的（1）熟悉空氣中微生物的分布規(guī)律、生物工業(yè)生產(chǎn)對空氣質(zhì)量的要求、空氣除菌方法；（2）掌握空氣管路的滅菌操作；（3）掌握發(fā)酵罐空消、實消的操作。二、空氣除菌方法簡介1.輻射殺菌α-射線、χ-射線、β-射線、γ-射線、紫外線、超聲波等從理論上都能破壞蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)，從而起到殺菌的作用，但應(yīng)用較廣泛的還是紫外線。輻射滅菌目前僅用于一些表面的滅菌及有限空間內(nèi)空氣的滅菌，通常用于無菌室和醫(yī)院手術(shù)室。但殺菌效率較低，殺菌時間較長。一般要結(jié)合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。對于大規(guī)模空氣的滅菌還無法應(yīng)用。2.加熱殺菌雖然空氣中的細(xì)菌芽孢是耐熱的，但溫度足夠高也能將它破壞。例如懸浮在空氣中的細(xì)菌芽孢在218℃下24s就被殺死。但是如果采用蒸汽或電熱來加熱大量的空氣，以達(dá)到滅菌目的，這樣太不經(jīng)濟(jì)。利用空氣壓縮時產(chǎn)生的熱進(jìn)行滅菌對于無菌要求不高的發(fā)酵來說則是一個經(jīng)濟(jì)合理的方法?？諝膺M(jìn)口溫度為21℃，出口溫度為187～198℃，壓力為0.7MPa。壓縮后的空氣用管道或貯氣罐保溫一定時間以增加空氣的受熱時間，促使有機(jī)體死亡。為防止空氣在貯罐中走短路，最好在罐內(nèi)加裝導(dǎo)筒。這種滅菌方法已成功地運(yùn)用于丙酮、丁醇、淀粉酶等發(fā)酵生產(chǎn)上。3.靜電除菌近年來一些工廠巳使用靜電除塵器除去空氣中的水霧、油霧和塵埃，同時也除去了空氣中的微生物。對1μm的微粒去除率達(dá)99％，消耗能量小，每處理1000m3的空氣每小時只耗電0.4～0.8kW?？諝獾膲毫p失小，一般僅（3～15）×133.3Pa。但對設(shè)備維護(hù)和安全技術(shù)措施要求較高。4.介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)過濾是目前發(fā)酵工業(yè)上常使用的空氣除菌方法。它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來阻截流過的空氣中所含的微生物，從而制得無菌空氣。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭或玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、有機(jī)和無機(jī)燒結(jié)材料等。由于被過濾的氣溶膠中微生物的粒子很小，一般只有0.5～2μm，而過濾介質(zhì)的材料一般孔徑都大于微粒直徑幾倍到幾十倍，因此過濾機(jī)理比較復(fù)雜。三、實訓(xùn)內(nèi)容1.發(fā)酵系統(tǒng)安裝好后的初次清洗罐內(nèi)的清洗：酸堿罐、補(bǔ)料罐、種子罐可將罐體上方的法蘭卸開，由操作工采用潔凈布手動清洗，結(jié)束后排盡罐內(nèi)的污水，在多沖洗幾遍即可。發(fā)酵罐的清洗可采用自來水管通過手孔向罐體內(nèi)壁沖洗，當(dāng)水位上升到攪拌軸的第二片葉輪時停止沖洗，開動電機(jī)攪拌清洗。各管路的清洗：可以先采用清水沖洗，再根據(jù)相應(yīng)功能采用相應(yīng)的清洗介質(zhì)（清洗管路時應(yīng)以保護(hù)管路中的各種元件為前提），具體步驟可參考“空氣管路的滅菌”。如果發(fā)酵系統(tǒng)長時間不用或培養(yǎng)的菌體與上一批次的不相同時，可采用2%NaOH清洗，其他各罐也可以采用發(fā)酵罐的清洗方式清洗，清洗結(jié)束后應(yīng)對發(fā)酵系統(tǒng)滅菌。2.空氣管路的滅菌①空氣管路上的除菌過濾器，使用蒸汽通過減壓閥（空氣減壓閥不能進(jìn)行蒸汽滅菌，所以空氣預(yù)過濾器不滅菌）、蒸汽過濾器然后進(jìn)入除菌過濾器。②空氣除菌過濾器的濾芯不能承受高溫高壓，因此，將蒸汽減壓閥調(diào)整在0.13MPa，不得超過0.15MPa。③空消過程中，除菌過濾器下端的排氣閥應(yīng)微微開啟，排除冷凝水。④空消時間應(yīng)持續(xù)30分鐘左右，當(dāng)設(shè)備初次使用或長期不用后啟動時，最好采用間歇空消，即第一次空消后，隔3～5小時再空消一次，以便消除芽孢。⑤經(jīng)空消后的過濾器，應(yīng)通氣吹干，約20～30分鐘，然后將氣路閥門關(guān)閉。保持空氣管道正壓。3.發(fā)酵罐空消發(fā)酵罐空消流程見圖4.4-1。①發(fā)酵罐空消前，應(yīng)將排污閥Q22打開（使夾套內(nèi)的壓力不超壓）。②關(guān)閉Q14，微開Q15,打開蒸汽閥門Q12，打開Q13向罐內(nèi)通蒸汽；打開Q18、Q19通過取樣口向罐內(nèi)通蒸汽。③將罐上的接種口，排氣閥Q9，及排污管路上的閥門Q24、Q25微微打開，使蒸汽通過這些閥門排出，當(dāng)溫度達(dá)到122℃后開始計時，調(diào)整閥門Q9、Q13、Q19的開度，保持罐內(nèi)溫度122～128℃（壓力一般在0.11～0.15Mpa），可根據(jù)工藝調(diào)整空消的溫度與壓力。④當(dāng)時間達(dá)到30～40分鐘后，關(guān)閉Q13、Q15、Q19，然后再關(guān)閉Q12、Q18，打開空氣管路上的閥門Q14、Q13，向罐內(nèi)通空氣冷卻，讓罐內(nèi)保持正壓0.03MPa～0.05MPa之間。⑤需要快速冷卻時則關(guān)閉夾套排污閥門Q22，打開冷卻水閥門Q27/DC1向夾套通水冷卻，到達(dá)常溫后關(guān)閉冷卻水。特殊情況下，可采用間歇空消（隔3～5小時再空消一次，以便消除芽孢）。⑥空消時，溶氧、pH電極取出，妥善保存，以延長其使用壽命。4.發(fā)酵罐實消①空消結(jié)束后，關(guān)閉進(jìn)氣閥門Q13,打開Q9卸去罐內(nèi)壓力，將校正好的PH、DO電極裝好，盡快將配好的培養(yǎng)基從加料口加入罐內(nèi)。②培養(yǎng)基在進(jìn)罐之前，應(yīng)先糊化，一般培養(yǎng)基的配方量應(yīng)根據(jù)工藝要求確定，發(fā)酵液的最終容積為罐體全容積的70％左右計算(泡沫多的培養(yǎng)基為60％左右，泡沫少的培養(yǎng)基可達(dá)75～80％)，考慮到冷凝水和接種量因素，以及是否流加，初定容由生產(chǎn)根據(jù)工藝的要求自行決定，需在實踐中摸索。③開啟機(jī)械攪拌裝置，低速轉(zhuǎn)動，使罐內(nèi)物料均勻混合。④打開夾套排污閥Q22、蒸汽閥Q21，對罐內(nèi)培養(yǎng)基預(yù)熱（采用夾套通汽預(yù)加熱）。當(dāng)罐內(nèi)溫度升到90℃時（具體溫度應(yīng)按蒸汽質(zhì)量而變動），關(guān)閉夾套進(jìn)汽閥Q21，關(guān)閉Q14，全打開進(jìn)汽閥Q12,打開Q13通入蒸汽，全開Q18，微開Q19通過取樣口向罐內(nèi)通蒸汽，關(guān)閉Q25、Q26，全開Q23，微開Q24向罐內(nèi)通蒸汽，微開尾氣閥門Q9（三路通汽滅菌），關(guān)閉電機(jī)攪拌。⑤當(dāng)溫度升到121～123℃，罐壓升至0.12MPa時，控制蒸汽閥門Q9、Q19、Q13、Q24的開度，維持溫度與罐壓，并開始計時，微開火焰接種口向外排蒸汽，當(dāng)時間到達(dá)30分鐘之前，關(guān)緊火焰接種口，關(guān)閉Q24（關(guān)閉前應(yīng)人為地開大蒸汽量幾次，避免培養(yǎng)基殘留于閥門處）,關(guān)閉Q23，關(guān)閉Q19、18，關(guān)閉Q13、Q12停止供汽。⑥關(guān)閉夾套排污閥門Q22，打開冷卻水閥Q27/DC1向夾套通水冷卻，打開電機(jī)攪拌，當(dāng)壓力降到0.05MPa時打開空氣閥門Q14、Q13向罐內(nèi)通空氣，加快冷卻速度，并保持罐壓為0.05MPa，直到罐內(nèi)培養(yǎng)基溫度降至接種溫度。當(dāng)罐內(nèi)溫度降至比發(fā)酵工藝所要求的溫度高2～3℃時，關(guān)閉閥門Q27/DC1停止通冷卻水。5.發(fā)酵罐的空消和實消注意事項①通蒸汽前先關(guān)閉所有閥門。②粗過濾器不空消也不實消，要定期處理，所以必須關(guān)閉通向粗過濾器的閥門。③活蒸汽，滅過頭，即尾汽不能關(guān)死，要保證有活蒸汽放出，但不能太大，以免分壓。④罐體排氣口排汽，并保持罐內(nèi)正壓。⑤空氣過濾系統(tǒng)只空消，不實消，以免罐中物料沖入過濾器內(nèi)。但空消一結(jié)束，即要通入無菌空氣吹干管路并