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).