從設備角度談發酵染菌的防控

容艷筠

（江門科隆生物技術股份有限公司，廣東 江門529080）

1 發酵染菌及其危害

所謂“發酵染菌”，指在發酵過程中除生產菌以外的其他微生物侵入了發酵系統，從而使發酵過程失去真正意義上的純種培養。

發酵染菌能給生產帶來嚴重危害，防止雜菌污染是所有發酵工廠的一項重要工作內容，也是企業發展最基本的生命線。尤其是無菌程度要求高的液體深層發酵，污染防止工作的重要性更為突出。防染菌必須要確立預防為主的思想，加強生產過程的管理工作，將染菌因素消滅在萌芽狀態。

2 發酵過程中的主要設備及其染菌防控措施

設備是發酵生產的基礎，如今發酵工廠裝備及技術已不斷改進，發酵染菌率也呈下降趨勢，但仍有部分工廠發酵染菌率居高不下，有的仍然高達20%。據有關資料統計，造成發酵染菌的所有因素中，由設備問題引起的發酵染菌占53.8%，主要表現在空氣系統帶菌、發酵攪拌軸密封泄露、夾套穿孔、蛇管穿孔、閥門泄露等方面。因此，要克服染菌問題，必須著重從以上幾方面入手，層層把關，嚴防雜菌污染。

2.1 空氣系統帶菌的預防

絕大多數的發酵產品都是通過好氧微生物的代謝產生的，在發酵過程中要通入大量的"無菌空氣"，例如：一個通氣量為65m3/min 的發酵罐，培養周期為40 小時，則所需要的"無菌空氣" 量高達1.6×105m3。所謂“無菌空氣”是指通過除菌處理后的壓縮空氣中含菌量降低到零或除菌效率達到99.9999%后的潔凈空氣，它已能滿足發酵工業的要求。但是如何才能保證通入的壓縮空氣做到無菌，事關發酵生產的成敗。如果空氣系統得不到保證，則可能導致整個發酵工廠大面積染菌。

一般空氣凈化流程為：空氣粗過濾器→空氣壓縮機→儲罐→冷卻器→旋風分離器→冷卻器→絲網分離器→加熱器→空氣精過濾器。下面我們就結合上面的空氣凈化流程來分析如何確保空氣系統無菌。

2.1.1 吸風口采用高空采風或采用預過濾裝置，盡量減少吸入空氣中的灰塵及雜菌。據文獻資料統計，城市中每立方米空氣中含細菌數就多達103--104 個。吸風口每增加十米，空氣中微生物的數量可降低一個數量級，因此提高吸風口高度可有效提高空氣質量。如果沒有條件增高吸風口，在原有吸風口位置增加預過濾裝置，也可以起到很好的過濾效果，過濾材質采用無紡布和過濾精度為5 微米的超細玻璃纖維紙。

2.1.2 二級空氣冷卻溫度必須降至20℃左右（在炎熱的夏天，空氣濕度大，此時必須將壓縮空氣的溫度降至15℃以下），然后再對壓縮空氣進行加熱以確保總過濾器進口空氣溫度必須比二級空氣冷卻溫度高15--20℃，從而保證進入總過濾器及分過濾器的空氣相對濕度小于60%，提高空氣過濾效率。

2.1.3 總過濾器過濾介質加強檢查并定期消毒、適時更換。

2.1.4 正確使用膜過濾器并定期消毒、定期檢測膜過濾濾芯有無損壞。膜過濾器在滅菌或通氣過程中，必須緩慢開啟閥門，防止氣流沖擊濾芯導致濾芯損壞。此外，必須定期檢測膜過濾器濾芯的完好性，可以通過泡點檢查、空氣肉湯培養、塵埃粒子計數器等方法來檢驗。

2.2 設備死角及滲漏的預防

設備狀況的好壞，直接影響到染菌率。發酵罐在使用之前，需要進行認真檢查，以消除染菌隱患。

2.2.1 設備死角，所謂死角是指滅菌時因某些原因使滅菌溫度達不到或不易達到的局部地區。發酵罐及其管路如有死角存在，則死角內潛伏的雜菌不易殺死，會造成連續染菌，影響生產的正常進行。要杜絕死角的存在，我們就必須明白死角產生的原因，下面列舉幾種容易產生死角的情形：

2.2.1.1 法蘭連接的死角

如果對染菌的概念了解不夠，按照一般化工廠管路的常規加工方法來焊接和安裝管道法蘭就會造成死角。發酵工廠的有關管路要保持光滑、通暢、密封性好，以避免和減少管道染菌的機會。例如法蘭與管子焊接時受熱不勻使法蘭翹曲，密封面發生凹凸不平現象就會造成死角。墊片的內圓比法蘭內徑大或比較小以及安裝時沒有對準中心也會造成死角。

2.2.1.2 積垢在罐底與環式空氣分布管所形成的死角

培養基中如果含有鈣鹽類及固形物，在發酵罐的攪拌功率較小和采用環式空氣分布管的情況下，由于在滅菌時培養基得不到強有力的翻動，罐底會形成一層1—2 毫米甚至更厚的膜層。這種膜層具有一定程度的絕熱作用，膜層下潛伏的耐熱菌不易被殺死。對這種情況的發酵罐必須定期鏟除罐底積垢。大的發酵罐，為了減少攪拌軸的擺動，罐底裝有底軸承，軸承支架處也容易堆積菌體。如果在底軸承下增設一個小型攪拌槳就可以適當改善罐底積垢的情況。環式空氣分布器在整個環管中空氣的速度并不一致，靠近空氣進口處流速最大，遠離進口處的流速減小，當發酵液進入環管內，菌體和固形物就會逐漸堆積在遠離進口處的部分形成死角，嚴重時甚至會堵塞噴孔。

2.2.1.3 不銹鋼襯里的死角

某些有機酸的發酵對碳素鋼有腐蝕時，小型發酵罐通常采用不銹鋼制造。對于大型發酵罐，為了節約不銹鋼材料起見，一般都采用不銹鋼襯里的方法，即在碳鋼制造的殼體內加襯一層薄的不銹鋼板(厚約1—3 毫米)。如果不銹鋼襯里加工焊接不善，在鋼板和焊縫處有裂縫，或在操作時不注意，使不銹鋼皮鼓起后產生裂縫，發酵液就會通過裂縫進入襯里和鋼板之間，窩藏在里面形成死角。不銹鋼襯里怎么會鼓起的呢？因為作為襯里的不銹鋼皮較薄，在培養液分批滅菌或空罐滅菌時，發酵罐經加熱后再行冷卻，如果此時不及時通入無菌空氣保持一定壓力，那么會因蒸汽的突然冷凝體積減小而形成真空將襯里吸出，嚴重者造成破裂。所以對于不銹鋼襯里設備加工時應該盡可能增加襯里的剛度，其辦法是每隔一定距離用點焊增加襯里與鋼制殼體的連接強度，減少鼓起的可能性。操作時要注意避免罐內發生真空現象。發生這種事故后，如襯里鋼板尚未破裂可用罐內加水壓的方法將其恢復原狀(水的壓力不應超過設備的允許使用壓力)，應盡可能避免錘擊，用錘擊的方法使鋼板受力不勻易造成破損。襯里與外殼之間的夾層中可用水壓或氣壓方法檢查其是否滲漏。

采用復合鋼板(將兩種不同材質的鋼板軋合為一體的鋼板)制造發酵罐，因為兩層鋼板緊密結合在一起，中間沒有空隙，所以不會產生上述問題，是一種理想的材料。

發酵罐中除了上述容易造成死角的地區外，其他還有一些容易造成死角的地區，如擋板(或冷卻列管)與罐身固定的支撐板周圍、溫度計接頭等，對于這些地點每次放罐后的清洗工作應注意，經常檢查、仔細清洗才能避免因死角而產生的染菌事故。

2.2.2 設備滲漏

設備滲漏包括閥門滲漏、盤管夾層腐蝕滲漏等。由于發酵罐需要經受溫度的升降變化,使用久了難免會出現夾層盤管的細微腐蝕而出現滲漏,導致染菌的發生。當設備滲漏時,往往每批染菌發生的時間逐漸提前。為預防設備滲漏引起的發酵染菌, 在發酵投料前必須進行設備的保壓檢查。若罐體體積較小,可用工藝水加壓保壓;若罐體體積較大,則使用部分加水以氣保壓。以下兩種方法均可在投料前發現滲漏之處,即可及時檢修,確保發酵的正常進行。

設備試漏方法有兩種：氣壓試驗和水壓試驗。水壓試驗是用手動泵或試壓齒輪泵將水逐漸壓入冷卻管，泵到一定壓力時，觀察管子有否滲漏現象。氣壓法是先在發酵罐內放滿清水，用壓縮空氣通入管子，觀察水面有無氣泡產生以確定管子有否滲漏和滲漏的部位。氣壓法快速方便，但管子下部彎曲處積水不易排盡，有漏孔時不產生氣泡就難以發現。

發酵設備是發酵生產的基礎，若要做好發酵染菌的防控工作，必須從發酵設計、設備制造、安裝及使用等全方位著手，消除一切可能造成染菌的因素，防患于未然。其實，真正做過發酵生產的人都知道，做發酵是一個良心活，我們必須用心去做好發酵中的一點一滴，對待發酵生產中的染菌問題更要如此。

[1]吳思方.發酵工廠工藝設計概論[M].北京：中國輕工業出版社，2006（01）:125～147.

[2]張慧濤，候新強.發酵裝備引起發酵染菌的原因和預防[J].醫藥工程設計,2006，（27）：10～41.