Обеспечение условий асептики в процессе ферментации

Стерильность оборудования и коммуникаций имеет первостепенное значение при проведении процесса ферментации в асептических условиях.

Борьба с посторонними микроорганизмами ведется путем механической чистки, мойки, дезинфекции и стерилизации оборудования и трубопроводов. В качестве дезинфицирующего агента чаще всего используют в производственных условиях 0,1–0,2%-ный раствор каустической соды. Аппаратуру и коммуникации стерилизуют острым паром при температуре 120–140°С.

При массовом развитии инфекции в дополнение к стерилизации оборудования предварительно проводят следующие операции:

– механическая чистка загрязненных мест и мойка холодной водой;

– дезинфекции 0,1–0,2%-ным раствором каустической соды при полном заполнении аппарата и перемешивании при температуре 50–70°С;

– ополаскивание холодной водой (при перемешивании).

При мойке аппаратов особое внимание обращают на гнезда для контрольно-измерительных приборов, фланцевые соединения, пробоотборные краны, тупики. Стерилизации острым паром подвергают как сам ферментатор, так и систему трубопроводов.

Для автоматического контроля параметров и регулирования параметров технологического процесса ферментаторы оборудованы датчиками. Наиболее важное требование к датчикам – способность выдерживать многократную стерилизацию острым паром. Наиболее чувствительны к температурным изменениям датчики рН среды.

Необходимо учитывать, что различные патрубки и люки плохо поддаются стерилизации в связи с образованием в них воздушных пробок, которые резко нарушают условия прогрева стенок. При конструировании аппаратов стремятся к сокращению числа отводящих и подводящих штуцеров, увеличению их диаметра и уменьшению высоты.

Для обеспечения асептических условий ферментации предусматривают, помимо операций по стерилизации воздуха, питательных сред и оборудования, выполнение следующих требований:

– наличие термических (паровых) затворов на коммуникациях;

– ввод добавок в ферментатор и отбор проб без нарушения условий асептики;

– использование сильфонной арматуры и многофункционального сильфон-коллектора;

– герметичность оборудования и коммуникаций.

Термические затворы предусматривают на всех незадействованных в период ферментации коммуникациях. Затворы (рис. 5.5) могут быть тупиковыми (более экономичны по затратам тепловой энергии) или с пролетным паром (более эффективны, но энергозатратны).

а б

Рис. 5.5. Схема термического затвора:

а – тупиковый; б – с пролетным паром

Для эффективной стерилизации арматуры целесообразна врезка паровой трубки непосредственно в корпус вентили (или задвижки).

На шлемовой части ферментатора (рис. 5.6) располагается большое число штуцеров для входных и выходных коммуникаций, что не способствует поддержанию высокого уровня асептики.

Рис. 5.6. Схема обвязки ферментатора:

1 – посевной материал; 2 – воздух; 3 – питательная среда; 4 – пеногаситель;

5 – отработанный воздух; 6 – подпитка; 7 – выдача КЖ; 8 – моющий раствор;

9 – пробоотборник

Число штуцеров на верхней части ферментатора сокращается при использовании сильфон-коллектора (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Сильфон-коллектор

Сильфонная арматура отличается тем, что в задвижках сальниковое уплотнение штока заменено на двойной стальной сильфон (рис. 5.8).

Двойная стальная гофра, сжимаясь и растягиваясь, не препятствует движению штока и исключает проникновение инфекции в коммуникацию через арматуру.

Рис. 5.8.Схема сильфонной арматуры

Наличие во внутренних полостях ферментаторов дополнительных элементов и узлов усложняет достижение требуемых значений температуры при стерилизации, особенно в тупиковых полостях. Такими элементами являются змеевики для охлаждения КЖ, барботеры для воздуха, трубы передавливания, термометры сопротивления, датчики различных КИП и т. д.

В производственных условиях для обеспечения высокого уровня асептики частота ввода добавок в ферментатор и отбора проб культуральной жидкости должна быть сведена к минимуму.

Засев посевного аппарата или производственного ферментатора (объемом до 10 м³) чистой культурой производят из качалочных колб через посевной штуцер, закрытый колпачком и оснащенный кольцевым каналом для размещения смоченного спиртом фитиля. Перед засевом шлемовую часть аппарата обрабатывают раствором антисептика(формалин, хлорная известь, хлорамин), выключают вентиляцию в помещении, уменьшают подачу стерильного воздуха в ферментатор. Кольцевой фитиль поджигают, специальным ключом отвинчивают колпачок и через пламя вводят микробную суспензию из качалочной колбы. Колпачок обжигают в пламени, закрывают им штуцер и гасят пламя.

Ввод добавок или отбор проб КЖ можно осуществлять с помощью аппарата Боброва (рис. 5.9), который подсоединяется к ферментатору. Приемный сосуд с добавкой (или для пробы КЖ) отсоединяется от промежуточной камеры и стерилизуется в лабораторном автоклаве. После подсоединения сосуда промежуточная камера стерилизуется острым паром с контролем температуры по давлению. Содержимое сосуда пережимается стерильным воздухом в ферментатор (при отборе проб в сосуде создают разрежение).

Рис. 5.9. Устройство для отбора проб и введения добавок

в асептических условиях (аппарат Боброва):

1 – приемный сосуд; 2 – бактериальный фильтр; 3 – сильфонный вентиль;

4 – промежуточная камера; 5 – манометр; 6 – стальная диафрагма;

7 – конденсатоотборник; 8 – ферментатор

Для обеспечения стерильного отбора проб и передачи культуральной жидкости из биореактора фирмой NBS (США) разработана конструкция эффективных затворов (рис. 5.10–5.11).