Ферментационные емкости являются очень важным и ответственным промышленным оборудованием в области биотехнологии и химического машиностроения. Они широко используются в фармацевтике, молочной промышленности, производстве напитков, здорового питания, биоинженерии, тонкой химии и других отраслях промышленности, поскольку с их помощью можно культивировать и ферментировать микроорганизмы, а также обеспечивать их эффективный рост и выделение целевых продуктов. Ферментационные емкости обычно изготавливаются из нержавеющей стали и имеют цилиндрическую конструкцию. Их объемы варьируются от одного кубического метра до сотен кубических метров, что подходит для производственных нужд различных масштабов.
Процесс производства ферментационных емкостей включает в себя ввод материала, процесс ферментации, разделение жидкости и твердого вещества и очистку. В процессе ферментации микроорганизмы переходят из состояния суспензии с низкой плотностью в состояние прикрепления с высокой плотностью благодаря подходящим условиям окружающей среды и питанию, тем самым осуществляя синтетическую конвергенцию и производя требуемые биологические продукты высокой чистоты.
Технологические параметры ферментационного резервуара включают температуру, давление, значение рН, содержание питательных веществ, кислорода и т.д., которые могут влиять на рост микроорганизмов и, следовательно, на качество и выход производимых биопродуктов. Качество и результаты биологической реакции можно контролировать, контролируя и регулируя эти параметры процесса.
Короче говоря, ферментеры широко используются в области биотехнологии и химической инженерии. Они обладают чрезвычайно высокой эффективностью производства и экономической ценностью и внесли важный вклад в развитие человеческого производства, медицинского обслуживания и охраны здоровья.
Микроорганизмы относятся к очень мелким организмам, которые представляют собой очень разнообразный и многочисленный тип организмов в природе. Они широко распространены в природной среде, включая почву, воду, океан, воздух и другие среды, и играют важную роль в поддержании стабильности экосистемы и циркуляции энергии.
Микроорганизмы из различных источников и окружающей среды отличаются чрезвычайно высоким разнообразием, а их виды и численность очень велики. В то же время различные виды микроорганизмов также демонстрируют очевидную биологическую исключительность по сравнению с другими микроорганизмами, то есть, когда определенный вид бактерий размножается в больших количествах в определенной специфической среде, рост и размножение других видов будет в определенной степени подавлено.
Поэтому при культивировании микроорганизмов и ферментации в ферментере необходимо следить за тем, чтобы другие микроорганизмы не мешали целевому микроорганизму и не оказывали на него влияния. Поэтому ферментер необходимо тщательно стерилизовать и эксплуатировать в асептических условиях, чтобы в нем не было других примесей или микроорганизмов, а присутствовали только необходимые целевые микроорганизмы, что обеспечивает качество и эффективность процесса ферментации.
Стерилизация паром является распространенным методом стерилизации ферментационных емкостей. Для стерилизации внутренних стенок и внутренних материалов ферментационной емкости используется пар высокой температуры и высокого давления. Этот процесс позволяет эффективно уничтожать различные микроорганизмы, такие как бактерии, грибки и вирусы.
3.1 Преимущества стерилизации паром
Эффект стерилизации хороший, скорость работы высокая, а управление простое. Теоретически он может эффективно уничтожать различные бактерии, вирусы и грибки, включая спорообразующие бактерии, которые трудно инактивировать. В то же время, поскольку пар может полностью проникать внутрь предмета или проводить тепло внутрь него, он может стерилизовать предметы различных форм и размеров, включая жидкости, твердые вещества и газы.
3.2 Недостатки стерилизации паром
Для стерилизации паром необходимо, чтобы материал ферментационного резервуара и внутренние материалы выдерживали воздействие пара, обладали определенной степенью эксплуатационной гибкости, минимизировали количество внутренних принадлежностей (избегали мертвых углов), обладали высокой эффективностью передачи материала и энергии и могли регулироваться для облегчения очистки и уменьшения загрязнения. Поэтому, как только возникнут проблемы, связанные с вышеуказанными аспектами, это в определенной степени повлияет на конечный эффект стерилизации. Кроме того, даже если ферментационный резервуар стерилизуется паром при высокой температуре, в процессе производства иногда происходят сбои в стерилизации, особенно из-за термостойких спор.
Необоснованная загрузка, неправильная предварительная обработка стерилизуемых предметов и недостаточное удаление холодного воздуха повлияют на степень завершения стерилизации паром и в определенной степени ухудшат такие параметры, как насыщение паром, проникновение пара и эффективность теплопроводности пара, что сделает невозможным достижение наиболее идеального эффекта. Особенно, когда эти факторы проявляются одновременно с чрезвычайно термостойкими микроорганизмами, существует высокая вероятность того, что стерилизация не удастся.
Бактерии, особенно споры, обладающие повышенной термостойкостью, обладают чрезвычайно высокой устойчивостью к перепадам температур. При образовании спор они синтезируют специальные ферменты, которые обладают более высокой термостойкостью, чем ферменты, содержащиеся в черенках. Сердцевина и корковый слой спор содержат большое количество дипиколиновой кислоты (сокращенно DPA), что составляет 5-15% от сухого веса спор. Это уникальный компонент спор, который не содержится в размножающихся бактериях и других биологических клетках. DPA может сделать ферменты спор чрезвычайно стабильными, что пока не совсем ясно. В процессе спорообразования быстро синтезируется DPA, а также достигается термостойкость.
Таким образом, даже при идеальных условиях пар имеет определенные ограничения в уничтожении спор. Кроме того, для реальных операций стерилизации паром трудно достичь идеального теоретического уровня. Таким образом, в действительности после стерилизации паром в ферментационных емкостях все равно будет происходить микробиологическое загрязнение, наиболее частым из которых является термостойкое споровое загрязнение.
Одним из наиболее эффективных способов уничтожения спор является использование спорицида. Спорицид - это иностранное слово, которое является переводом английского слова Sporicide, означающего средство, способное уничтожать "споры". Поскольку spore представляет собой как споры, так и расселение, а споры также являются распространенным типом высокорезистентных микроорганизмов, слово Sporicide переводится как спорицид, но наиболее разумным его объяснением должен быть спорицид.
Как следует из названия, спорициды могут эффективно уничтожать споры. Поэтому перед стерилизацией ферментационного резервуара паром можно использовать спорицид для предварительной обработки и дезинфекции ферментационного резервуара, чтобы исключить возможное заражение спорами, что значительно повысит эффективность стерилизации паром. Кроме того, использование спорицида может эффективно устранить загрязнение спорами в процессе производства, которое не выдерживает воздействия высокотемпературного пара.
Oxytech производится в Германии. Являясь отличным спорицидом и стерилизатором, он может эффективно уничтожать все виды микроорганизмов, включая термостойкие споры. Oxytech производится с использованием специального комбинированного процесса и имеет несколько механизмов стерилизации. Одним из его уникальных преимуществ является то, что он может полностью уничтожать споры при более низкой концентрации, что также обеспечивает хорошую совместимость с материалами и сохраняет коррозионную активность на чрезвычайно низком уровне. После завершения процесса он разлагается на воду и кислород, что является экологически безопасным и не влияет на последующую ферментацию, тем самым защищая здоровье операторов.
Ферментационные емкости являются очень важным оборудованием в процессе производства ферментации, а стерилизация ферментационных емкостей является ключевым звеном для обеспечения эффективного последующего культивирования микроорганизмов и ферментации. Однако этого недостаточно, чтобы обеспечить разумную эксплуатацию и научно обоснованный дизайн, но это еще не значит, что система способна воздействовать на все микроорганизмы. Некоторые посторонние частицы пыли, споры бактерий или более устойчивые бактерии, такие как термостойкие споры, могут стать серьезным препятствием для стерилизации ферментационных емкостей. В это время необходимо выбрать соответствующие методы стерилизации и инструменты, чтобы обеспечить эффект стерилизации.
Для высокоустойчивых микроорганизмов, таких как споры и неспоровые бактерии, могут быть использованы нетемпературные методы стерилизации, такие как химическая стерилизация и ультрафиолетовое облучение. Среди них наиболее часто используется химическая стерилизация. Его принцип заключается в использовании раствора, содержащего химическое дезинфицирующее средство, для разрушения двухцепочечного синтеза ДНК микроорганизмов, тем самым достигая эффекта стерилизации. Кроме того, необходимо выбрать подходящий метод для устранения стойких загрязнений, таких как термостойкие споры, устранения недостатков и "белых пятен", которые могут возникнуть при стерилизации паром в реальных условиях, и, наконец, для успешной стерилизации ферментационного резервуара.
При обеспечении эффективности стерилизации ферментационных емкостей мы также должны обращать внимание на воздействие на окружающую среду. Выбор подходящих методов стерилизации может снизить потребление энергии и материалов и уменьшить загрязнение окружающей среды. Поэтому в процессе стерилизации следует всесторонне учитывать различные факторы в соответствии с конкретными производственными требованиями и реальными условиями, а также разработать разумный план стерилизации и рабочие процедуры для достижения эффективной, безопасной и экологически безвредной стерилизации ферментера.