发酵系统

抗生素发酵系统工艺配管设计1 　简述 大多数抗生素初级原料药的生产均是通过生物发酵,然后经分离精制而成。提炼生产与一般的化学制药以至化工生产在管路配置的工艺要求是一致的:即保证工艺物料流程顺畅。发酵生产由于生产过程是连续的,且需满足菌种的正常生长、生产要求的环境条件如温度、PH、溶解氧及限制杂菌生长等,因而其管路系统配置有其特殊性,本文将就工艺物料管道、无菌空气系统、灭菌蒸汽系统及阀门选用谈一下自己的设计体会2 　工艺物料管路 微生物发酵是抗生素生产的龙头。目前,抗生素发酵生产的基本工艺一般为:冷冻孢子→斜面培养→摇瓶培养→种子罐种子培养(一般1～3 级) →发酵罐发酵。发酵终了,放罐至提炼。从菌种分离培养开始至发酵放罐的整个生产过程中应始终保持在最适宜的生成环境中,杂菌的存在不利于抗生素菌种生长及整个发酵的生产,因而,发酵系统的无菌保证成了该部分管路设计的基本要求之一。发酵厂房的工艺物料管路按其用途分为培养基进料系统管路、移种系统管路和补料系统管路三种。下面对以上三种管路基本要求分别加以说明。2. 1 　培养基进料管路 第一级种子罐培养基量较少时有时直接在罐内配制培养基。当种子罐和发酵罐培养基量较大一些,一般在配料罐内配制好后用泵输送至罐内。由于培养基消毒灭菌分为连消和实消两种,因而决定了进料管道的配置不同。所谓连消,是指培养基连续进入消毒塔与饱和蒸汽直接混合,瞬时加热至130 ℃左右,经维持罐保温5～8 分钟即达灭菌效果,再经冷却后进而已空罐消毒的种子罐或发酵罐。实消是指将培养基直接打入罐内,然后通入饱和蒸汽使罐内物料温度升到121 ℃左右,罐内保温保压约30 分钟,使培养基连同罐体一起被灭菌。此种方法所需蒸汽负荷较大,但流程较短,操作也较简单,现抗生素行业实消较为常用。不过,许多厂家采取先于配料池中预热物料,再进入罐内实消的做法,以降低较为集中的蒸汽负荷。然而,由于输料离心泵汽蚀现象的存在使得配料池升温不可能太高,这对于降低蒸汽高峰负荷作用有限。若在输料泵后设预热器,可使物料温度升至85～90 ℃再进入罐内实消,这不仅降低了蒸汽负荷,而且由于取消了配料池内的蒸汽系统,改善了配料室环境。早期的进料方式实罐消毒时多为人工手持软管通过人孔加料,近年来随着抗生素发酵罐容积的增大,培养基量也较大,且一般为预热后物料,故多采用固定管路进料。进料管路有时配在罐体上封头,有时位于罐体下部与放料管路共用一个管口,但不论从上部还是下部接管,实罐消毒时的培养基进料管道与罐体连接部分应能保证与罐体同时消毒为无菌状态。2. 2 　移种管路 一级种子罐一般在罐体上封头开接种口接种,该接种口设计时一般为带盖管口,接种时将盖打开,用酒精擦拭消毒或用火焰灭菌后将摇瓶种子液直接倒入罐内。从一级种子罐至次级种子罐及至发酵罐间移种管道,其配置方式一般为管路两端均设置双阀,并于两阀之间接入灭菌蒸汽和放净口,接种管路靠近罐体的阀门与罐体内物料同时灭菌,操作时,灭菌蒸汽从双阀之间进入罐体。每一次种子罐间及种子罐至发酵罐移种操作前,均需对移种管路进行灭菌。2. 3 　补料管路 多数抗生素发酵过程中需向发酵罐中补充培养基或对生产过程影响较大的物料,以满足菌种生产所需的碳源、氮源、葡萄糖等养分及维持PH 恒定和消除泡沫等。由于发酵生产是连续的,多个发酵罐的补料管道一般由补料主管道上接出,而系统主管不可能随每一个发酵罐放罐终止运行,一般在几个罐批后定期灭菌或根据生产情况需要消毒灭菌时才进行补料管道灭菌。因而,补料管道配管时设计时一般采用分支管路设隔断阀的方式进行分割,这样既保证管道能随罐体一起灭菌,又要保证管道单独灭菌操作时不至影响发酵罐的正常生产。

一、灭菌操作1. 关闭所有供水管路及空气管路。开启蒸汽管路阀门。同时稍开启发酵罐夹套的排气阀门，排放夹套剩水。2. 开启发酵罐搅拌电机，转速至200rpm，使发酵液受热均匀。当温度升到95℃以上时，即可停止搅拌。然后待温度升至121℃（罐压在0.1～0.12Mpa）时即可计时开始。3. 当计时开始后，发酵时间一般为20-30分钟。在此时间内应保证温度不低于120℃.同时可进行空气过滤器及空气管道的灭菌。4. 空气过滤器及空气管道的灭菌：稍开过滤器的排水阀门，及空气管道的隔膜阀，保证空气管道的蒸汽灭菌。但不能开的太大，以免蒸汽大量进入罐内，而稀释培养基。5. 出料、采样阀的蒸汽阀门及出口阀稍开，保证该管路灭菌。在发酵罐的盖上的接种口，同样需要放气，使其达到灭菌要求。6. 当保温结束时，应先把空气管路中的隔膜阀关闭。把空气过滤器排水阀关闭，以及关闭取样阀出口阀门和接种口螺帽。然后再关闭各路蒸汽阀门。7. 打开冷却水阀门及排水阀门，同时打开空气流量计和空气放空阀门，把空气过滤器吹干。此时必须注意罐压的变化。绝对不能让罐压低于0.02Mpa。及当罐压达到0.05Mpa时，立即将空气管路打开，保证发酵罐的罐压在0.05Mpa左右。8. 当温度降到95℃时，即可打开搅拌。当温度低于50℃后，即可切入自动控温状态，使培养基达到接种温度，灭菌过程即告结束。二、发酵过程的操作1. 接种：接种方法可采用火焰接种法或差压接种法。（1）火焰接种法：在接种口用酒精火圈消毒，然后打开接种口盖，迅速将接种液倒入罐内，在把盖拧紧。（2）差压法：在灭菌前放入垫片，接种时把接种口盖打开，先倒入一定量的酒精消毒。待片刻后把种液瓶的针头插入接种口的垫片。利用罐内压力和种液瓶内的压力差，将种液引入罐内，拧紧盖子。2. 罐压 发酵过程中须手动控制罐压，即用出口阀控制罐内压力。调节空气流量的，须同时调节出口阀，应保持罐内压力恒定大于0.03Mpa。3. 溶解氧（DO）的测量和控制（1）溶解氧的标定：在接种前，在恒定的发酵温度下，将转速及空气量开到最大值时的溶解氧DO值作为100%。（2）发酵过程的溶解氧DO测量和控制：DO的控制可采用调节空气流量和调节转速来达到。最简单是转速和溶氧的关联控制。其次则必须同时调节进气量（手动）控制。有时需要通入纯氧（如在某些基因工程菌的高密度培养中）才能达到要求的DO值。4. pH 的测量与控制（1） pH值的校正：在灭菌前应对PH电极进行PH值的校正。（2）在发酵过程中PH值的控制使用蠕动泵的加酸加碱来达到的，酸瓶或碱瓶须先在灭菌锅中灭菌。三、控制器的操作1. 控制器的启动：打开电源，先按一下薄膜键盘上的“S/E”键，再按一下“确认”键，发酵控制程序启动；这时，如果加热器中水没有加满，程序会自动进行进水操作；待水加满后，用户可以按照上述的下位机控制器的操作方法进行对各个执行机构进行控制。2. 控制器的操作：使用F1～F6按键将液晶屏中的界面切换到用户需要控制的界面中，使用方向键将界面中的光标移动到需要控制的变量上，如果是改变运行模式，直接按确认键即可，如果需要键盘输入数字，在输入数字后按确认键即可。如：（1）温度控制：在手动方式中，对温度进行手动操作是比较简单，只需要改变手动状态的控制量即可。通过选择快捷键（F1～F5）进入到温度控制界面，然后移动光标使它指向到“手动方式”，按下“确认”键，即进入温度控制的手动方式中。此时，“手动方式”后面会出现一个小手来指示当前的选择是手动方式。将光标移动到手动设置区域, 通过上下移动光标选择到“控制量”。通过按数字键输入所需要设定的控制量输出值，如80，并按“确认”键确认；（注：控制量范围为0～100，当输入控制量大于50时为加热状态，反之为冷却状态）。（2）转速的控制：使用光标移动键，移动光标到“设定值”处。在数字键盘上输入 300, 此时的“设定值”后应该出现“300”的数值；然后按下“确认”键确定输入。若输入有错误，可以按“清除”键清除数据。四、蒸汽发生器的操作1. 打开进水管开关，使蓄水箱水位至最高，保持进水状态2. 连接发生器电源，向锅内供水至正常水位（液位管的50-80％），不得超过最高水位，且不得低于最低水位，关闭蒸汽出汽阀门3. 插上电源，打开电源开关工作指示灯亮，开始加热锅水4. 将蒸汽管连接至发酵罐体夹层管路系统，打开相关阀门，保持管路通畅，同时关闭发酵罐体出气阀。当压力升至工作压力后（2kg/cm2）打开蒸汽出汽阀，即可供汽5．使用完毕，先关闭电源，后关闭进水管，待发生器适当降温后，排掉锅体中污水。【注 意 事 项】1. 安全阀的调定压力已由厂家调整好，不得随意调整，若发现安全阀失灵，应更换新的安全阀。严禁私自改 变压力自动控制功能和参数。2. 在正常运行期间，至少每8小时排污一次，并及时用砂纸给水位探针除垢3. 在使用过程中，严禁关闭安全阀门，严禁私自改装或用堵头堵死4. 压力表存水弯管应定期拆下清洗五、空气压缩机的操作1. 插上空压机电源，开启空压机，使机器在无负荷状态下启动运转15分钟。2. 启动后若无异音，关闭空气出口，并将空压机出气管与空气净化器相连，一并联至发酵罐空气进气管路。3. 当气压升至2kg/cm2打开供气阀，开启空气开关，向已灭菌的发酵罐提供无菌空气。空气压力达到设定压力之后，压力开关自动切断电源，电机停止运转。4. 空气压缩机的使用压力不得高于额定工作压力，若需调整，必须有专门业务员进行，不得自行调整。