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发酵工艺解决发酵罐的芽孢污染的方案

更新时间:2023-11-21   点击次数:336次

文章作者-奥克泰士赵工

一.什么是发酵罐

发酵罐是指用来进行微生物培养和发酵的装置,其主体一般是采用不锈钢材料制成的圆筒结构,其容积在一立方米至数百立方米。发酵罐广泛应用于制药、乳制品、饮料、保健食品、生物工程、精细化工等行业,被用来培养微生物,令微生物高效生长和分泌目标产物等,是一个非常重要和关键的工业设备。


浅谈解决发酵罐的芽孢污染的方法 编辑



二.微生物的排他性

自然环境中微生物种类众多,且基本上都具有某种性质的生物排他性,即在某种菌大量繁殖的地方,其他微生物的数量和种类都会受到一定程度的抑制。发酵罐是用来培养类型的微生物(目标微生物),为了目标微生物的生长不受其他微生物影响,所以发酵罐在接种前需要进行灭菌。

三.发酵罐蒸汽灭菌

蒸汽灭菌是一种常见的发酵罐灭菌方法,它利用高温高压的蒸汽对发酵罐内壁和内部物料进行灭菌处理,这个过程可以有效杀灭各种细菌、真菌、病毒等微生物。

(1)蒸汽灭菌优点:

灭菌效果好、速度快、操作简单。理论上,它可以有效杀灭各种细菌、病毒和真菌,包括难以灭活的芽孢菌。同时,由于蒸汽可以充分地渗透或热传导到物品内部,因此可以对各种形状和大小的物品进行灭菌处理,包括液体、固体和气体等。

(2)蒸汽灭菌缺点:

蒸汽灭菌要求发酵罐材质和内部物料能耐受蒸汽,有一定操作弹性、内部附件尽量减少(避免死角)、物料与能量传递性能强,并可进行一定调节以便于清洗、减少污染,所以一旦上述方面出现问题就会在一定程度上影响最终的灭菌效果。另外,即使是发酵罐是采用蒸汽高温杀菌,但在实际生产中也偶尔出现灭菌失败的情况——尤其是常出现耐热芽孢导致的灭菌失败。


发酵罐蒸汽灭菌失败的常见原因 编辑



四.发酵罐蒸汽灭菌失败的常见原因

不合理的装载、灭菌物的预处理不当、未充分排除冷空气等因素会影响蒸汽灭菌的完成程度,会在一定程度上削弱蒸汽饱和程度、蒸汽的穿透能力、蒸汽的热传导效力等参数,使其达不到理想的效力,尤其当这些因素与极度耐热微生物同时出现时,就会在极大几率上会出现灭菌失败的情况。

芽孢杆菌,尤其是超级耐热芽孢对温度有着较高的抗性。芽孢在形成时会合成一些特殊的酶,这些酶比繁殖体中的酶具有更强的耐热性。芽孢核心和皮质层中含有大量吡啶二羧酸(简称DPA),占芽孢干重的5%-15%,是芽孢的成分,在细菌繁殖体和其他生物细胞中都没有。DPA能以一种目前尚不明确的方式,使芽孢的酶类具有高的稳定性。芽孢形成过程中会很快合成DPA,同时也获得耐热性。

所以,即使在理想情况下,蒸汽对芽孢的杀灭也有一定局限,更何况实际蒸汽灭菌操很难达到理想的理论程度,所以在现实中发酵罐经蒸汽灭菌后仍然会出现微生物污染的情况,其中最频繁的情况是耐热芽孢污染。

五.解决发酵罐的芽孢污染的方法

杀灭芽孢有效的方式之一采用杀孢子剂(Sporicide)处理。杀孢子剂是个舶来词,是英文Sporicide的翻译,意思是能够杀灭“spore"的药剂,由于spore同时代表芽孢和孢子,孢子也是一种常见的高抗性微生物种类,所以Sporicide被译为杀孢子剂,但其合理的解释应该是杀芽孢剂。

从名称上就可以看出,杀孢子剂能够有效杀灭芽孢。所以在发酵罐进行蒸汽灭菌前,可以使用杀孢子剂对发酵罐进行预处理消毒,消除可能存在的芽孢污染,这将有效保障蒸汽灭菌的成功率。另外,使用杀孢子剂可有效解决无法耐受高温蒸汽的环节中的芽孢污染。

奥克泰士Oxytech来自德国,作为一款杀孢子剂和灭菌剂,能够有效杀灭包括耐热芽孢在内的所有类型微生物。奥克泰士Oxytech采用特殊的复合工艺制造,具备多重机理杀菌作用,所以其优势之一就是可以在较低的药剂浓度下实现对芽孢的杀灭,这样就同时具备了良好的材料相容性,将腐蚀性控制在了极低的水平之内。其作用完毕后分解为水和氧气,生态安全,不会对后续的发酵工作产生影响,保护操作人员的职业健康。

六.多种方式综合保障灭菌效果

对于发酵罐灭菌,一方面要优化设计和科学合理操作,尽量减少死角,保障蒸汽能力传导覆盖全部的表面和物料,使实际操作效果接近理论灭菌。另外,要选择合适的方式来解决耐热芽孢等高抗性污染,弥补蒸汽灭菌在现实操作中可能存在的不足和盲区,最终实现对发酵罐的成功灭菌。

撰稿人:奥克泰士技术工程师-赵工

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