工业发酵染菌的防治(编辑修改稿)

工业发酵染菌的防治(编辑修改稿)内容摘要：

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714)。 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(，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(，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)%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。 ~。 (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。 第五节 噬菌体感染和处理方法利用细菌或放线菌进行的发酵容易感染噬菌体。 噬菌体是病毒的一种，直径约0．1微米，可以通过细菌过滤器，所以通用的空气过滤器不易将其除去。 设备的渗漏、空气系统、培养基灭菌不彻底都可能是噬菌体感染的途径。 如果车间环境中存在噬菌体就很难防止不被感染，只有不让噬菌体在周围环境中繁殖，才是彻底防止它污染的最好办法。 因为噬菌体是专一性的活菌寄生体，不能脱离寄主自行生长繁殖，如果不让活的生产菌在环境中生长蔓延也就堵塞了噬茵体的滋生场地和繁殖条件。 通常在工厂投入生产的初期噬菌体的危害并不严重，在以后生产中，由于人们不注意，在各阶段操作中将活的生产菌散失在生产场所和下水道等处，促成噬菌体的繁殖和变异，随着空气和尘埃的传播而潜入生产的各个环节中。 为了不让活的生产菌逃出，发酵罐的排气管要用汽封或引入药液(如高锰酸钾、漂白粉或石灰水等溶液)槽中，取样、洗罐或倒罐的带菌液体要处理后才允许排入下水道。 同时要把好种子关，实现严格的无菌操作，搞好生产场地的环境卫生。 车间四周要经常进行检查，如发现噬菌体即时用药液喷洒。 如已感染噬菌体可采用以下处理方法：1)选育抗性菌株。 2)轮换使用专一性不同的菌株。 3)加化学药物(如谷氨酸发酵可加2~4ppm氯霉素，%三聚磷酸钠，%柠檬酸钠或铵等)。 4)将培养液重新灭菌再接种(噬菌体不耐热，70~80℃经5分钟即可杀死)。 5)其他方法。 如谷氨酸发酵在初期感染噬茵体，可以利用噬菌体只能在生长阶段的细胞(即幼龄细胞)中繁殖的特点，将发酵正常并已培养了16~18小时(此时菌体己生长好并肯定不染菌)的发酵液加入感染噬菌体的发酵液中，以等体积混合后再分开发酵。 实践证明，在谷氨酸发酵中，采用这个方法可获得较好的效果。 第十二章 产物的提取与精制第一节 概论一、下游加工过程在发酵工程中的地位1，下游加工过程的定义 发酵产品系通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得。 从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程称为下游加工过程(Down stream processing)。 它由一些化学工程的单几操作组成，但由于生物物质的特性，有其特殊要求，而且其中某些单元操作一般化学工业中应用较少。 2，地位传统发酵工业(如抗生素、乙醇、柠檬酸)，分离和精制部份占整个工厂投资费用的60%。 对重组DNA发酵、精制蛋白质的费用可占整个生产费用的80%~90%。 二、发酵下游加工过程的特点培养液(或发酵液)是复杂的多相系统，含有细胞、代谢产物和末用完的培养基等。 分散在其中的固体和胶状物质，具可压缩性，其密度又和液体相近，加上粘度很大，属非牛顿性液体，使从培养液中分离固体很困难。 培养液中所欲欲提取的生物物质浓度很低，但杂质含量却很高，特别是利用基因工程方法产生的蛋白质常常伴有大量性质相近的杂质蛋白质。 另一个特点是欲提取的生物物质通常很不稳定、遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解。 发酵或培养都是分批操作、生物变异性大，各批发酵液不尽相同，要求下游加工有一定的弹性。 三、分离过程的机理与分离操作1，物理性质（1）力学性质：重力、离心力、筛分；（2）热力学性质：状态变化、相平衡；（3）传质性质：粘度、扩散、热扩散；（4）电磁性质：电泳、电渗析、磁化；2，化学性质（1）化学热力学；化学平衡；（2）反应动力学：反应速率；（3）光化学性质：激光激发、离子化；3，生物学性质（1）分子识别：生物亲和作用、生物学识别；（2）输送性质：生物膜输送；（3）反应、响应、控制：酶反应、免疫系统。 生物操作机理及其分离机理单元操作分离机理分离对象举例膜分离 微滤 超滤 反渗透 透析 电渗析 渗透气化压力差、筛分压力差、筛分压力差、筛分浓度差、筛分电荷、筛分汽液相平衡、筛分菌体、细胞蛋白质、多糖、抗生素糖、氨基酸盐、蛋白质氨基酸、有机酸乙醇萃取 有机溶剂萃取 双水相 液膜萃取 反胶团萃取 超临界萃取液液相平衡液液相平衡液液相平衡液液相平衡相平衡有机酸、抗生素蛋白质、抗生素氨基酸、有机酸、抗生素氨基酸、蛋白质香料、脂质层析 凝胶过滤层析 反相层析 离子交换层析 亲和层析 疏水相互作用 层析聚焦浓度差、筛分分配平衡电荷、浓度差生物亲和作用疏水作用电荷、浓度差脱盐、分子分级甾醇、维生素、肽蛋白质、氨基酸、抗生素、核酸、有机酸蛋白质、核酸蛋白质蛋白质电泳 凝胶电泳 等电点电泳 等速电泳 区带电泳筛分、电荷筛分、电荷、浓度差筛分、电荷、浓度差筛分、电荷、浓度差蛋白质、核酸蛋白质、氨基酸蛋白质、氨基酸蛋白质、核酸离心 离心过滤 离心沉降 超离心离心力、筛分离心力离心力菌体、菌体碎片菌体、细胞蛋白质、核酸、糖类四、发酵工业下游技术的一般工艺过程下游加工过程由各种化工单元操作组成。 由于生物产品品种多，性质各异，故用到的单元操作很多，其中如蒸馏、萃取、结晶、吸附、蒸发和干燥等属传统的单元操作，理论比较成熟，而另一些则为新近发展起来的单元操作，如细胞破碎、膜过程和色层分离等，缺乏完整的理论，介于两者之间的有离子交换过程等。 1， 一般工艺过程一般说来，下游加工过程可分为4个阶段：培养液(发酵液)的预处理和固液分离；初步纯化(提取)；高度纯化(精制)；成品加工。 2，工艺过程的划分：发酵的下游加工过程可以下过程：（1）预处理和固液分离 ：目的是除去发酵液中的菌体细胞和不溶性固体杂质。 （2）初步分离 ：目的是除去与产物性质差异较大的杂质，为后道精制工序创造有利条件。 （3）高度纯化 ：去除与产物的物理化学性质比较接近的杂质。 （4）成品制作 ：成品形式由产品的最终用途决定。 3，选择下游加工工艺的原则：（1）是胞内产物还是胞外产物 （2）原料中产物和主要杂质浓度 （3）产物和主要杂质的物理化学特性及差异 （4）产品用途和质量标准 （5）产品的市场价格 （6）废液的处理方法等 第二节 发酵液的预处理和固液分离发酵液预处理和固液分离的目的：分离菌体和其他悬浮颗粒(细胞碎片、核酸和蛋白质的沉淀物)；除去部分可溶性杂质和改变滤液性质，以利于提取和精制的顺利进行。 一、 发酵液的预处理采用理化方法设法增大虚浮液中固体粒子的大小、或降低粘度，以利于过滤。 去除会影响后续提取的高价无机离子。 （一）预处理的方法①高价无机离子的去除方法；②杂蛋白质的去除；③发酵液的凝聚和絮凝。 1，高价无机离子的去除方法（1）钙离子，可用草酸。 草酸溶解度较小，故用量大时，可用其可溶性盐，如草酸钠。 反应生成的草酸钙还。