工业发酵染菌的防治
2007-06-26 16:59:00   来源：本站原创   评论：0 点击：

如果对染菌的概念了解不够，按照一般化工厂管路的常规加工方法来焊接和安装管道法兰就会造成死角。发酵工厂的有关管路要保持光滑、通畅、密封性好，以避免和减少管道染菌的机会。例如法兰与管子焊接时受热不匀使法兰翘曲密封面发生凹凸不平现象就会造成死角(图7-8c)。垫片的内圆比法兰内径大或比较小以及安装时没有对准中心也会造成死角(图7-8a、b)。  
  
2，渣滓在罐底与用环式空气分布管所形成的死角
  培养基中如果含有钙盐类及固形物，在发酵罐的搅拌功率较小和采用环式空气分布管的情况下，由于在灭菌时培养基得不到强有力的翻动，罐底会形成一层1—2毫米甚至更厚的膜层(图7-9)。这种膜层具有一定程度的绝热作用，所以膜层下潜伏的耐热菌不易被杀死。对这种情况的发酵罐必须定期铲除罐底积垢。大的发酵罐，为了减少搅拌轴的摆动，罐底装有底轴承，轴承支架处也容易堆积菌体。如果在底轴承下增设一个小型搅拌桨就可以适当改善罐底积垢的情况(图7-10)。环式空气分布器在整个环管中空气的速度并不一致，靠近空气进口处流速最大，远离进口处的流速减小，当发酵液进入环管内，菌体和固形物就会逐渐堆积在远离进口处的部分形成死角，严重时甚至会堵塞喷孔(图7-11)。   
  发酵罐中除了上述容易造成死角的地区外，其他还有一些容易造成死角的地区，如挡板(或冷却列管)与罐身固定的支撑板周围和不能在灭菌时排气的百肠管，温度计接头等，对于这些地区每次放罐后的清洗工作应注意，经常检查。仔细清洗才能避免因死角而产生的污染事故。

3，不锈钢衬里的死角  
  某些有机酸的发酵对碳素钢有腐蚀时，小型发酵罐通常采用不锈钢制造。对于大型发酵罐，为了节约不锈钢材料起见，一般都采用不锈钢衬里的方法，即在碳钢制造的壳体内加衬一层薄的不锈钢板(厚约1~3毫米)。如果不锈钢衬里加工焊接不善，在钢板和焊缝处有裂缝，或在操作时不注意，使不锈钢皮鼓起后产生裂缝，发酵液就会通过裂缝进入衬里和钢板之间，窝藏在里面形成死角(图7~12)。不锈钢皮怎样会鼓起的呢？因为作为衬里的不锈钢皮较薄，在培养液分批灭菌或空罐灭菌时，发酵罐经加热后再行冷却，如果此时不及时通入无菌空气保持一定压力，那末会因蒸汽的突然冷凝体积减小而形成真空将衬里吸出，严重者造成破裂。所以对于不锈钢衬里设备加工时应该尽可能增加衬里的刚度，其办法是每隔一定距离用点焊增加衬里与钢制壳体的连接强度，减少鼓起的可能性。操作时要注意避免罐内发生真空现象。发生这种事故后，如衬里钢板尚未破裂可用罐内加水压的方法将其恢复原状(水的压力不应超过设备的允许使用压力)，应尽可能避免锤击，用锤击的方法使钢板受力不匀易造成破损。衬里与外壳之间的夹层中可用水压或气压方法检查其是否渗漏。  
  采用复合钢板(将两种不同材质的钢板轧合为一体的钢板)制造发酵罐，因为两层钢板紧密结合在一起，中间没有空隙，所以不会产生上述问题，是一种理想的材料。

4，接种管路的死角 

  接种一般采用以下两种方法：
  (1)压差接种法。存种子的血清瓶上装有橡皮管，在火封下与罐的接种口相连接，利用两者的压力差使种子进入罐内，要求瓶与橡皮管的连接不漏，橡皮管与接种口的大小一致。   
  (2)微孔接种法。利用注射器在罐的接种口橡皮膜上注入罐内进行接种，在操作时要注意防止注射器针孔堵塞。   

采用种子罐时是利用压力差将种子罐中培养好的种子输入发酵罐内，种子罐与发酵罐的一段连接管路的灭菌是与发酵罐的灭菌同时进行的。如图7-13a所示有一小段管路存在蒸汽不流通的死角，所以应在阀2的半截上装设旁通，焊上一个小的放气阀，如图7-13b所示，此段管路即可得到蒸汽的充分灭菌。
  5，排气管的死角
  罐顶排气管弯头处如有堆积物，其中窝藏的杂菌不容易彻底消灭，而当发酵时受搅拌的震动和排气的冲击就会一点点地剥落下来造成污染。另外排气管的直径太大，灭菌时蒸汽流速小也会使管中部分耐热菌不能全部杀死。有的单位曾作过试验，将排气管做成每节可拆卸的，灭菌后将各节拆下分别检查就发现某些末被杀死的耐热菌。所以排气管要与罐的尺寸有一定比例，不宜过大或过小。  
6，不合理补料管配置造成的死角 

不合理的补料管配置                 合理的补料管配置   
7，压力表安装不合理形成的死角  
A：不合理；B：合理  
三、空气过滤器 

  工业用的空气除菌系统中的空气过滤器一般都比较庞大，如果其中的纤维铺设不匀，密的部分阻力大，松的部分阻力小，就会使较多的空气沿着阻力小的部分流出，从而形成短路。走短路的那部分空气没有经过充分过滤而带菌，进入发酵罐将使发酵染菌。纤维层装得太松对过滤不利，太紧同样也会影响过滤效率。同时，在过滤介质用蒸汽灭菌时，太紧则蒸汽穿透力差，穿透力差灭菌效果也差。所以用过分压实纤维层的办法试图达到增加过滤效率的目的，实际上是适得其反。对于棉花过滤器最合适的充填密度是160~180公斤／米3；玻璃纤维是130~180公斤／米3左右。在铺纤维时分层均匀铺设是必要的。 

  过滤器器壁腐蚀形成氧化铁层，氧化铁是一种多孔物质，空气会在其中穿过而得不到过滤，因而也会使空气中带茵并造成污染。  
  采用活性炭棉花作为过滤介质的空气过滤器，活性炭受到气流的冲击互相碰撞、摩擦而破碎并逐渐灰化，使活性炭的体积减小空间增大，上下两端的棉花受空气的顶撞力而逐渐改变位置(见图7-14)。之后，灰化的活性炭随气流逸出，整个过滤介质的体积减小使过滤层倾斜甚至发生翻身的现象，致使大量未经过滤的空气进入发酵罐内造成严重的染菌事故。 在用蒸汽灭菌时，检查排出蒸汽的情况可以判断过滤层是否有问题。排出蒸汽均匀并呈青色有力表示情况良好，排出蒸汽呈雾状无力表明压得太紧，而当排出蒸汽断续不均匀以及进出口两测的压力降过小时则就有可能是过滤层有位移现象，发现不正常的情况应立即予以纠正。

不论采用何种过滤介质，必须保持其干燥，油水分离的清净与否是保证过滤效果和延长使用寿命的关键因素。要根据发酵的特点和要求选用合理的空气流程并选用高效的气液分离设备(如气液过滤网)。采用吸湿的办法不是好办法，因为吸湿材料使用一定时间后要进行脱湿，增加操作管理费用，而当空气中湿度增高时就难以保证达到使空气干燥的要求。 

  大多数产品在整个发酵期间需要改变空气流量，但油水分离设备、过滤器的过滤面积和长度是根据空气流速来设计的，空气流速的改变就会影响油水分离效果和过滤效率，所以设计时要充分注意这种情况，掌握空气流量改变的范围，选择合适的空气流速。生产时各罐的发酵时间要尽量叉开，使空气流量均匀。 
  过滤器灭菌用的蒸汽阀的微小渗漏会使蒸汽管路中的冷凝水抽吸到过滤器内使过滤介质受潮，影响过滤效果，所以最好装设双重阀以防渗漏。
发酵罐在灭菌和发酵时，如操作不当使罐压高于过滤器中空气的压力，就会将冷凝水或发酵液倒灌至过滤器内。如为冷凝水将使介质受潮，如为发酵液则过滤介质被浸透结成硬块使过滤器失效。当突然停电时，空压机停止运转也会发生倒灌的情况。 
  超细玻璃纤维纸的周围密封要可靠，空气阀和蒸汽阀要缓开缓闭，避免因流速突然升高将过滤纸击穿。

空气系统所有的设备要定时打开排液阀排液，避免设备内积液太多而带入空气中去。
进年大部分通风发酵工程均采用膜过滤器取代传统的棉花过滤器，上述问题已得到很好的解决。

四、灭菌操作中的有关问题
1，蒸汽和灭菌操作   
罐压1公升/厘米2，料温120℃并维持一定时间是一般实罐灭菌(即培养基的分批灭菌)的操作规范。根据操作经验，能否达到彻底灭菌的目的在于罐内压力能否控制得与应该达到的温度相对应，例如罐压已达到1公斤/厘米2而料温却并未达到120℃，则某些耐热的细菌芽孢就难以完全杀死。产生罐压和料温不相对应的情况是由于操作不合理所致，例如在灭菌开始时没有将罐内冷空气排除干净，蒸汽中掺入了冷空气使蒸汽的分压降低，蒸汽压力实际上没有达到1公斤/厘米2因而料温也就达不到120℃。 
  为了加快加热时间，凡能进蒸汽的管路在灭菌时都可同时进汽，但各管路的阻力不同，大量蒸汽从阻力小的进汽管中冲入罐内，这是一种蒸汽短路现象，使物料受热不匀，部分培养液过热而部分培养液则可能灭菌不透，尤其是罐底的空气分布管是主要的进汽口，但由于液柱压力较大，阻力就比其他进口大，所以在灭菌操作时应将空气分布管的进口阀门开得比其他进气口的阀门大一些，以保证有足够的蒸汽从空气分布管进入，促使培养液激烈翻动起搅拌混和作用。 
  灭菌蒸汽要求采用饱和蒸汽，冷凝水越少越好，冷凝水多，热量的穿透力就差，在冷凝水较多或蒸汽管道较长的情况下，蒸汽进车间后的总管上要装设汽水分离装置将冷凝水分离后再使用。总之，灭菌时蒸汽压力要求平稳，在压力变动较大时，操作人员需灵活掌握加以控制。
2，泡沫问题 
  培养基中含有较多量的黄豆饼粉、花生粉或蛋白胨等成分时，在灭菌时这种培养基就容易产生泡沫，发生泡沫的温度约为90℃左右。泡沫严重时会上升到罐顶甚至逃液，此时操作就比较困难。实践证明：灭菌时泡沫严重的，就不易灭透。所以在发生泡沫时应加以清除(加消泡剂和在操作上予以控制)。 
  发生泡沫的培养基灭菌不透的原因可能是由于某些耐热细菌潜伏在泡沫里，泡沫中的空气和泡沫的薄膜有隔热作用，热量不易穿透进去杀死其中潜伏的菌，一旦泡沫破裂，这些菌就被释出造成污染。 
3，其他操作问题 
实罐灭菌时，当经过加热和维持时间后开始冷却，此时可能因蒸汽冷凝而使罐压突然降低甚至会形成真空，所以此时必须将无菌空气通入罐内保持一定压力，并注意压力变化，随时进行调节。 

  对于中小型发酵罐，一般经空罐灭菌(1.5公斤/厘米2，15分钟)后再将培养基放入罐内进行实罐灭菌。有些工厂为了节约蒸汽，直接进行实罐灭菌而不进行空罐灭菌，他们只有在检修后或在节日停工后以及春夏季节发酵罐空置了24小时以上时才进行空罐灭菌。这种方法如果操作上注意是完全可行的，也是一种节约燃料的有效措施。   
  大型发酵罐大多采用连续灭菌，这时空罐需先行灭菌。但也有在发酵完毕后，将空罐保压不灭菌就进连消好的培养基，这要根据各厂的生产菌株特性和生产设备等具体情况而定。对于发酵周期短的菌株、突变影响小的发酵，采用保压不进行空罐灭菌的办法是可行的，但经一定发酵批数后仍需定期进行空罐灭菌，否则较难避免杂茵污染与遗传突变的影响。
六、染菌后的挽救措施 
为了减少损失，对被污染的发酵液要根据具体情况采取不同的挽救措施。 
  如果种子培养或种子罐中发现污染，则这批种子就不能再继续扩大培养，因为此时的损失毕竟是很小的。   
  发酵早期染菌可以适当添加营养物质，重新灭菌后再接种发酵。中后期染菌，如果杂菌的生长将影响发酵的正常进行或影响产物的提取时，应该提早放罐。但有些发酵染菌后发酵液中的碳、氮源还较多，如果提早放罐，这些物质会影响后处理提取使产品取不出，此时应先设法使碳、氮源消耗，再放罐提取。 
  在染菌的发酵液内添加抑菌剂(如小剂量的抗菌素或醛类)用以抑制杂菌的生长也是一种办法。抑菌剂要事先经过试验，确实证明不妨碍生产菌的生长和发酵才能使用。 因而不是所有发酵都能使用抑菌剂。另外，采用加大接种量的办法，使生产菌的生长占绝对优势排挤和压倒杂茵的繁殖，也是一个有效的措施。还有将种子罐中种子培养好后，进行冷冻保压(1.5公斤/厘米2，10℃左右)，经平板检查证明无杂菌后，再接入发酵罐发酵，这一措施在一些谷氨酸发酵生产工厂取得很好效果。  有时发酵罐偶而染菌，原因一时又找不出，一般可以采取以下措施：  
  (1)连续灭菌系统前的料液贮罐在每年4~10月份(杂菌较旺盛生长的时间)加入0.2%甲醛，加热至80℃，存放处理4小时，以减少带入培养液中的杂菌数。  
  (2)对染菌的罐，在培养液灭菌前先加甲醛进行空消处理。甲醛用量每立方米罐的体积0.12~0.17升。   
(3)对染菌的种子罐可在罐内放水后进行灭菌，灭菌后水量占罐体的三分之二以上。这是因为细菌芽孢较耐干热而不耐湿热的缘故。