生物发酵连续消毒过程的改进
2009-10-25 20:30:26 来源：本站原创评论：0 点击：

控制培养基料液和蒸汽合理、稳定的流速是连消过程中的基本要求，所以完善过程控制是很有必要的。通过对现有的工艺控制系统及维持罐的改进，保证了连消温度的稳定性和在维持罐维持时间的稳定性，有效地降低了染菌的几率。

生物发酵连续消毒过程的改进

刘守强
(河南天方药业股份有限公司驻马店 463000 )

摘要：控制培养基料液和蒸汽合理、稳定的流速是连消过程中的基本要求，所以完善过程控制是很有必要的。通过对现有的工艺控制系统及维持罐的改进，保证了连消温度的稳定性和在维持罐维持时间的稳定性，有效地降低了染菌的几率。
关键词：培养基连消控制系统维持罐

以发酵工程为核心内容的生物技术在不断发展，当前，借助微生物培养进行产品生产已涉及医药、化工、轻工、能源、环保等领域，随着发酵工程趋向设备大型化、高效和自动化，对规模化的生产工艺操作和装备设计提出了更高的要求。发酵过程技术性强，对设备的要求较高。然而， “染菌”，即在微生物纯种培养过程中，除目的菌以外还有其他微生物存在的现象时有发生，由此给企业造成较大的经济损失。生产实践表明，在造成发酵染菌的原因中，除了人为操作因素，设备造成的发酵染菌占了很大比例。在发酵罐及其附属设备(空气净化系统，温度、压力流量等控制系统及相应的管道阀门)中，哪一个环节出现问题都可能造成发酵失败。因此，企业首先应树立“预防为主”的观念，从设备入手杜绝可能引起发酵染菌的各种隐患。

1 连续灭菌的工艺流程

培养基的灭菌方法一般有实消和连消两种方法，连消即将培养基在发酵罐外，通过专用消毒装置，连续不断的加热维持保温和冷却，然后进入发酵罐的灭菌方法[1]。目前应用最广泛的是低压蒸汽喷射器的连消工艺，该工艺既可以提高培养基的灭菌效果，又可以节约大量的蒸汽和冷凝水。连续灭菌工艺有很多优点。
1.1 采用高温、快速灭菌，物料受热时间短、营养成分破坏少，消后物料质量好。
1.2 灭菌时间短，发酵罐的利用率高。
1.3 蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高。
1.4 适宜采用自动控制。
1.5 减低劳动强度[2]。培养基连续灭菌系统设备由配料罐( 池)、送料泵、预热罐、连消泵、加热器、维持罐和冷却器 7 个关键设备组成。连续灭菌的工艺流程为：配料预热 ——连消泵——连消塔——维持罐——冷却器——发酵罐。
培养基在连消塔中加热达到灭菌温度后，自维持罐的底部进入维持罐，逐渐上升，然后从罐上部侧口处流出罐外。这段培养液的停留时间为维持罐的保温时间，即实际灭菌时间。
连消时如果培养基流速太快，在维持罐内停留时间太短，则会造成灭菌不彻底，而引起染菌，若培养基流速过慢，培养基成分破坏就增加，培养基质量就不能保证，因此，在连消中除温度严格按规定控制外，流速也需稳定。连续灭菌的成败关键在于培养基在维持罐的温度和时间是否符合灭菌的要求，这一点除了必须严格操作控制外，维持罐的设计合理是非常重要的。

2 过程控制方法及维持罐的改进

目前在企业中使用最广泛的维持设备是维持罐。维持罐是一个圆柱形立式容器。高温培养基由进料口管道进入容器的底部，缓慢上升至出料口流出，若无返混，培养基在维持罐中的停留时间就是连续灭菌：工艺要求的保温时间或称灭菌时间。虽然在设计维持罐径高比一般取 2．0∶2．5，以克服维持罐中物料的返混现象。但由于容器直径较大，

培养基在容器内的流速较小，这样在维持罐中物
料的返混现象是不可克服的[3]。
2．1 改进前
2.1.1 原维持罐及阀门情况如图 l 所示。按照常规设计，维持罐的进料管从维持罐的罐顶进入，在维持罐内沿罐壁向下延伸到罐底。在运行过程中经常发现焦化物脱落，堵塞维持罐的罐底压出管路，甚至堵塞整个连消系统造成消毒不彻底，染菌，严重的造成维持罐内进料管的断裂、脱落，失去物料消毒灭菌及保温的作用。分析原因，进料管在维持罐罐内，培养基物料受高温蒸汽烘烤容易焦化结垢腐蚀，且越来越多，越来越厚，积累到一定程度，加上连消系统工作时的震动，很容易造成焦化物脱落，造成管道的堵塞，或消不透，导致染菌的发生。
2.1.2 维持罐罐底的压料管从罐底到阀门的距离以短为宜。消毒塔开始打料后，最初较低温度的物料会积聚在维持罐的罐底管路内，消毒塔工作时间越长，这段罐底管路内物料的温差也越大，是形成灭菌不彻底的死角之一。在连消进料初期，由于罐压较高，容易造成温度的波动，操作不当会出现低温物料喷入维持罐的情况。如果有这种情况，一般采取停进物料，保压适当时间或将低温物料排走的办法进行处理。这样处理比较麻烦，也容易造成染菌。

图 1 维持罐改造前示意图
2．2 改进后
2.2.1 改进后维持罐及阀门情况如图 2 所示。将维持罐进料管由罐内改在维持罐的罐外。从罐外的底封头进入维持罐，维持罐底封头与进料管之间用法兰连接，维持管内接进料套管。
这样以来，进料管的长度减少，结垢相应也少，震动也小。进料管的管口应当向下，使物料在维持罐内形成层流状态，管口方向对着罐底并有一定的距离，避免物料流速的冲击破坏在维持罐内的层流状态。不要因为进料管开口方向不合理，
而造成高温物料在维持罐内的翻腾或者是不规则的混流，达不到维持保温的目的。进料管与维持罐罐底的法兰连接处，在维持罐罐内连接进料套管。这样的连接方式主要为了便于维持罐的清理和避免焦化接垢，在清理、检查维持罐之后，安装进料套管时必须严格注意进料口的方向。

图 2 维持罐改造后示意图
2.2.2 由于维持罐罐底的压料管从罐底到阀门的有一定的距离是不可避免的，尽量以短为宜。
为了避免维持罐底管路形成低温物料的死角，在维持罐罐底压料管至阀门的内侧，安装蒸汽管并加阀门控制。调整维持罐各阀门及连消系统个阀门后，开泵打料。此时维持罐罐底压料管上的蒸汽必须打开，当打料 10min 左右以后，物料充满维持罐，消毒塔温度控制平稳，此时关闭维持罐罐底压料管蒸汽阀门。打料前 10min 左右压料管蒸汽阀门要打开，是要增强开始打料后因流速和温度的不平稳而造成的安全系数。当全部打料结束之后，一般要维持 10min 左右再压料，所以当打料结束后立即打开维持罐压料上的蒸汽进行再次维持并进行罐底罐路灭菌，开始压料时即可关闭压料管蒸汽阀门。