【文章內(nèi)容簡介】 3；玻璃纖維是130~180公斤／米3左右。在鋪纖維時分層均勻鋪設是必要的。 過濾器器壁腐蝕形成氧化鐵層，氧化鐵是一種多孔物質(zhì)，空氣會在其中穿過而得不到過濾，因而也會使空氣中帶茵并造成污染。 采用活性炭棉花作為過濾介質(zhì)的空氣過濾器，活性炭受到氣流的沖擊互相碰撞、摩擦而破碎并逐漸灰化，使活性炭的體積減小空間增大，上下兩端的棉花受空氣的頂撞力而逐漸改變位置(見圖714)。之后，灰化的活性炭隨氣流逸出，整個過濾介質(zhì)的體積減小使過濾層傾斜甚至發(fā)生翻身的現(xiàn)象，致使大量未經(jīng)過濾的空氣進入發(fā)酵罐內(nèi)造成嚴重的染菌事故。 在用蒸汽滅菌時，檢查排出蒸汽的情況可以判斷過濾層是否有問題。排出蒸汽均勻并呈青色有力表示情況良好，排出蒸汽呈霧狀無力表明壓得太緊，而當排出蒸汽斷續(xù)不均勻以及進出口兩測的壓力降過小時則就有可能是過濾層有位移現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)不正常的情況應立即予以糾正。不論采用何種過濾介質(zhì)，必須保持其干燥，油水分離的清凈與否是保證過濾效果和延長使用壽命的關鍵因素。要根據(jù)發(fā)酵的特點和要求選用合理的空氣流程并選用高效的氣液分離設備(如氣液過濾網(wǎng))。采用吸濕的辦法不是好辦法，因為吸濕材料使用一定時間后要進行脫濕，增加操作管理費用，而當空氣中濕度增高時就難以保證達到使空氣干燥的要求。 大多數(shù)產(chǎn)品在整個發(fā)酵期間需要改變空氣流量，但油水分離設備、過濾器的過濾面積和長度是根據(jù)空氣流速來設計的，空氣流速的改變就會影響油水分離效果和過濾效率，所以設計時要充分注意這種情況，掌握空氣流量改變的范圍，選擇合適的空氣流速。生產(chǎn)時各罐的發(fā)酵時間要盡量叉開，使空氣流量均勻。 過濾器滅菌用的蒸汽閥的微小滲漏會使蒸汽管路中的冷凝水抽吸到過濾器內(nèi)使過濾介質(zhì)受潮，影響過濾效果，所以最好裝設雙重閥以防滲漏。發(fā)酵罐在滅菌和發(fā)酵時，如操作不當使罐壓高于過濾器中空氣的壓力，就會將冷凝水或發(fā)酵液倒灌至過濾器內(nèi)。如為冷凝水將使介質(zhì)受潮，如為發(fā)酵液則過濾介質(zhì)被浸透結(jié)成硬塊使過濾器失效。當突然停電時，空壓機停止運轉(zhuǎn)也會發(fā)生倒灌的情況。 超細玻璃纖維紙的周圍密封要可靠，空氣閥和蒸汽閥要緩開緩閉，避免因流速突然升高將過濾紙擊穿?？諝庀到y(tǒng)所有的設備要定時打開排液閥排液，避免設備內(nèi)積液太多而帶入空氣中去。進年大部分通風發(fā)酵工程均采用膜過濾器取代傳統(tǒng)的棉花過濾器，上述問題已得到很好的解決。四、滅菌操作中的有關問題1，蒸汽和滅菌操作罐壓1公升/厘米2，料溫120℃并維持一定時間是一般實罐滅菌(即培養(yǎng)基的分批滅菌)的操作規(guī)范。根據(jù)操作經(jīng)驗，能否達到徹底滅菌的目的在于罐內(nèi)壓力能否控制得與應該達到的溫度相對應，例如罐壓已達到1公斤/厘米2而料溫卻并未達到120℃，則某些耐熱的細菌芽孢就難以完全殺死。產(chǎn)生罐壓和料溫不相對應的情況是由于操作不合理所致，例如在滅菌開始時沒有將罐內(nèi)冷空氣排除干凈，蒸汽中摻入了冷空氣使蒸汽的分壓降低，蒸汽壓力實際上沒有達到1公斤/厘米2因而料溫也就達不到120℃。 為了加快加熱時間，凡能進蒸汽的管路在滅菌時都可同時進汽，但各管路的阻力不同，大量蒸汽從阻力小的進汽管中沖入罐內(nèi)，這是一種蒸汽短路現(xiàn)象，使物料受熱不勻，部分培養(yǎng)液過熱而部分培養(yǎng)液則可能滅菌不透，尤其是罐底的空氣分布管是主要的進汽口，但由于液柱壓力較大，阻力就比其他進口大，所以在滅菌操作時應將空氣分布管的進口閥門開得比其他進氣口的閥門大一些，以保證有足夠的蒸汽從空氣分布管進入，促使培養(yǎng)液激烈翻動起攪拌混和作用。 滅菌蒸汽要求采用飽和蒸汽，冷凝水越少越好，冷凝水多，熱量的穿透力就差，在冷凝水較多或蒸汽管道較長的情況下，蒸汽進車間后的總管上要裝設汽水分離裝置將冷凝水分離后再使用?？傊?，滅菌時蒸汽壓力要求平穩(wěn)，在壓力變動較大時，操作人員需靈活掌握加以控制。2，泡沫問題 培養(yǎng)基中含有較多量的黃豆餅粉、花生粉或蛋白胨等成分時，在滅菌時這種培養(yǎng)基就容易產(chǎn)生泡沫，發(fā)生泡沫的溫度約為90℃左右。泡沫嚴重時會上升到罐頂甚至逃液，此時操作就比較困難。實踐證明：滅菌時泡沫嚴重的，就不易滅透。所以在發(fā)生泡沫時應加以清除(加消泡劑和在操作上予以控制)。 發(fā)生泡沫的培養(yǎng)基滅菌不透的原因可能是由于某些耐熱細菌潛伏在泡沫里，泡沫中的空氣和泡沫的薄膜有隔熱作用，熱量不易穿透進去殺死其中潛伏的菌，一旦泡沫破裂，這些菌就被釋出造成污染。3，其他操作問題實罐滅菌時，當經(jīng)過加熱和維持時間后開始冷卻，此時可能因蒸汽冷凝而使罐壓突然降低甚至會形成真空，所以此時必須將無菌空氣通入罐內(nèi)保持一定壓力，并注意壓力變化，隨時進行調(diào)節(jié)。 對于中小型發(fā)酵罐，一般經(jīng)空罐滅菌(，15分鐘)后再將培養(yǎng)基放入罐內(nèi)進行實罐滅菌。有些工廠為了節(jié)約蒸汽，直接進行實罐滅菌而不進行空罐滅菌，他們只有在檢修后或在節(jié)日停工后以及春夏季節(jié)發(fā)酵罐空置了24小時以上時才進行空罐滅菌。這種方法如果操作上注意是完全可行的，也是一種節(jié)約燃料的有效措施。 大型發(fā)酵罐大多采用連續(xù)滅菌，這時空罐需先行滅菌。但也有在發(fā)酵完畢后，將空罐保壓不滅菌就進連消好的培養(yǎng)基，這要根據(jù)各廠的生產(chǎn)菌株特性和生產(chǎn)設備等具體情況而定。對于發(fā)酵周期短的菌株、突變影響小的發(fā)酵，采用保壓不進行空罐滅菌的辦法是可行的，但經(jīng)一定發(fā)酵批數(shù)后仍需定期進行空罐滅菌，否則較難避免雜茵污染與遺傳突變的影響。六、染菌后的挽救措施 為了減少損失，對被污染的發(fā)酵液要根據(jù)具體情況采取不同的挽救措施。 如果種子培養(yǎng)或種子罐中發(fā)現(xiàn)污染，則這批種子就不能再繼續(xù)擴大培養(yǎng)，因為此時的損失畢竟是很小的。 發(fā)酵早期染菌可以適當添加營養(yǎng)物質(zhì)，重新滅菌后再接種發(fā)酵。中后期染菌，如果雜菌的生長將影響發(fā)酵的正常進行或影響產(chǎn)物的提取時，應該提早放罐。但有些發(fā)酵染菌后發(fā)酵液中的碳、氮源還較多，如果提早放罐，這些物質(zhì)會影響后處理提取使產(chǎn)品取不出，此時應先設法使碳、氮源消耗，再放罐提取。 在染菌的發(fā)酵液內(nèi)添加抑菌劑(如小劑量的抗菌素或醛類)用以抑制雜菌的生長也是一種辦法。抑菌劑要事先經(jīng)過試驗，確實證明不妨礙生產(chǎn)菌的生長和發(fā)酵才能使用。 因而不是所有發(fā)酵都能使用抑菌劑。另外，采用加大接種量的辦法，使生產(chǎn)菌的生長占絕對優(yōu)勢排擠和壓倒雜茵的繁殖，也是一個有效的措施。還有將種子罐中種子培養(yǎng)好后，進行冷凍保壓(，10℃左右)，經(jīng)平板檢查證明無雜菌后，再接入發(fā)酵罐發(fā)酵，這一措施在一些谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)工廠取得很好效果。 有時發(fā)酵罐偶而染菌，原因一時又找不出，一般可以采取以下措施： (1)連續(xù)滅菌系統(tǒng)前的料液貯罐在每年4~10月份(雜菌較旺盛生長的時間)%甲醛，加熱至80℃，存放處理4小時，以減少帶入培養(yǎng)液中的雜菌數(shù)。 (2)對染菌的罐，在培養(yǎng)液滅菌前先加甲醛進行空消處理。~。(3)對染菌的種子罐可在罐內(nèi)放水后進行滅菌，滅菌后水量占罐體的三分之二以上。這是因為細菌芽孢較耐干熱而不耐濕熱的緣故。第五節(jié) 噬菌體感染和處理方法利用細菌或放線菌進行的發(fā)酵容易感染噬菌體。噬菌體是病毒的一種，直徑約0．1微米，可以通過細菌過濾器，所以通用的空氣過濾器不易將其除去。設備的滲漏、空氣系統(tǒng)、培養(yǎng)基滅菌不徹底都可能是噬菌體感染的途徑。如果車間環(huán)境中存在噬菌體就很難防止不被感染，只有不讓噬菌體在周圍環(huán)境中繁殖，才是徹底防止它污染的最好辦法。因為噬菌體是專一性的活菌寄生體，不能脫離寄主自行生長繁殖，如果不讓活的生產(chǎn)菌在環(huán)境中生長蔓延也就堵塞了噬茵體的滋生場地和繁殖條件。通常在工廠投入生產(chǎn)的初期噬菌體的危害并不嚴重，在以后生產(chǎn)中，由于人們不注意，在各階段操作中將活的生產(chǎn)菌散失在生產(chǎn)場所和下水道等處，促成噬菌體的繁殖和變異，隨著空氣和塵埃的傳播而潛入生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中。為了不讓活的生產(chǎn)菌逃出，發(fā)酵罐的排氣管要用汽封或引入藥液(如高錳酸鉀、漂白粉或石灰水等溶液)槽中，取樣、洗罐或倒罐的帶菌液體要處理后才允許排入下水道。同時要把好種子關，實現(xiàn)嚴格的無菌操作，搞好生產(chǎn)場地的環(huán)境衛(wèi)生。車間四周要經(jīng)常進行檢查，如發(fā)現(xiàn)噬菌體即時用藥液噴灑。 如已感染噬菌體可采用以下處理方法：1)選育抗性菌株。2)輪換使用專一性不同的菌株。3)加化學藥物(如谷氨酸發(fā)酵可加2~4ppm氯霉素，%三聚磷酸鈉，%檸檬酸鈉或銨等)。4)將培養(yǎng)液重新滅菌再接種(噬菌體不耐熱，70~80℃經(jīng)5分鐘即可殺死)。5)其他方法。如谷氨酸發(fā)酵在初期感染噬茵體，可以利用噬菌體只能在生長階段的細胞(即幼齡細胞)中繁殖的特點，將發(fā)酵正常并已培養(yǎng)了16~18小時(此時菌體己生長好并肯定不染菌)的發(fā)酵液加入感染噬菌體的發(fā)酵液中，以等體積混合后再分開發(fā)酵。實踐證明，在谷氨酸發(fā)酵中，采用這個方法可獲得較好的效果。 第十二章 產(chǎn)物的提取與精制第一節(jié) 概論一、下游加工過程在發(fā)酵工程中的地位1，下游加工過程的定義 發(fā)酵產(chǎn)品系通過微生物發(fā)酵過程、酶反應過程或動植物細胞大量培養(yǎng)獲得。從上述發(fā)酵液、反應液或培養(yǎng)液中分離、精制有關產(chǎn)品的過程稱為下游加工過程(Down stream processing)。它由一些化學工程的單幾操作組成，但由于生物物質(zhì)的特性，有其特殊要求，而且其中某些單元操作一般化學工業(yè)中應用較少。2，地位傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)(如抗生素、乙醇、檸檬酸)，分離和精制部份占整個工廠投資費用的60%。對重組DNA發(fā)酵、精制蛋白質(zhì)的費用可占整個生產(chǎn)費用的80%~90%。二、發(fā)酵下游加工過程的特點培養(yǎng)液(或發(fā)酵液)是復雜的多相系統(tǒng)，含有細胞、代謝產(chǎn)物和末用完的培養(yǎng)基等。分散在其中的固體和膠狀物質(zhì)，具可壓縮性，其密度又和液體相近，加上粘度很大，屬非牛頓性液體，使從培養(yǎng)液中分離固體很困難。培養(yǎng)液中所欲欲提取的生物物質(zhì)濃度很低，但雜質(zhì)含量卻很高，特別是利用基因工程方法產(chǎn)生的蛋白質(zhì)常常伴有大量性質(zhì)相近的雜質(zhì)蛋白質(zhì)。另一個特點是欲提取的生物物質(zhì)通常很不穩(wěn)定、遇熱、極端pH、有機溶劑會引起失活或分解。發(fā)酵或培養(yǎng)都是分批操作、生物變異性大，各批發(fā)酵液不盡相同，要求下游加工有一定的彈性。三、分離過程的機理與分離操作1，物理性質(zhì)（1）力學性質(zhì)：重力、離心力、篩分；（2）熱力學性質(zhì)：狀態(tài)變化、相平衡；（3）傳質(zhì)性質(zhì)：粘度、擴散、熱擴散；（4）電磁性質(zhì)：電泳、電滲析、磁化；2，化學性質(zhì)（1）化學熱力學；化學平衡；（2）反應動力學：反應速率；（3）光化學性質(zhì)：激光激發(fā)、離子化；3，生物學性質(zhì)（1）分子識別：生物親和作用、生物學識別；（2）輸送性質(zhì)：生物膜輸送；（3）反應、響應、控制：酶反應、免疫系統(tǒng)。生物操作機理及其分離機理單元操作分離機理分離對象舉例膜分離 微濾 超濾 反滲透 透析 電滲析 滲透氣化壓力差、篩分壓力差、篩分壓力差、篩分濃度差、篩分電荷、篩分汽液相平衡、篩分菌體、細胞蛋白質(zhì)、多糖、抗生素糖、氨基酸鹽、蛋白質(zhì)氨基酸、有機酸乙醇萃取 有機溶劑萃取 雙水相 液膜萃取 反膠團萃取 超臨界萃取液液相平衡液液相平衡液液相平衡液液相平衡相平衡有機酸、抗生素蛋白質(zhì)、抗生素氨基酸、有機酸、抗生素氨基酸、蛋白質(zhì)香料、脂質(zhì)層析 凝膠過濾層析 反相層析 離子交換層析 親和層析 疏水相互作用 層析聚焦?jié)舛炔?、篩分分配平衡電荷、濃度差生物親和作用疏水作用電荷、濃度差脫鹽、分子分級甾醇、維生素、肽蛋白質(zhì)、氨基酸、抗生素、核酸、有機酸蛋白質(zhì)、核酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)電泳 凝膠電泳 等電點電泳 等速電泳 區(qū)帶電泳篩分、電荷篩分、電荷、濃度差篩分、電荷、濃度差篩分、電荷、濃度差蛋白質(zhì)、核酸蛋白質(zhì)、氨基酸蛋白質(zhì)、氨基酸蛋白質(zhì)、核酸離心 離心過濾 離心沉降 超離心離心力、篩分離心力離心力菌體、菌體碎片菌體、細胞蛋白質(zhì)、核酸、糖類四、發(fā)酵工業(yè)下游技術(shù)的一般工藝過程下游加工過程由各種化工單元操作組成。由于生物產(chǎn)品品種多，性質(zhì)各異，故用到的單元操作很多，其中如蒸餾、萃取、結(jié)晶、吸附、蒸發(fā)和干燥等屬傳統(tǒng)的單元操作，理論比較成熟，而另一些則為新近發(fā)展起來的單元操作，如細胞破碎、膜過程和色層分離等，缺乏完整的理論，介于兩者之間的有離子交換過程等。1， 一般工藝過程一般說來，下游加工過程可分為4個階段：培養(yǎng)液(發(fā)酵液)的預處理和固液分離；初步純化(提取)；高度純化(精制)；成品加工。2，工藝過程的劃分：發(fā)酵的下游加工過程可以下過程：（1）預處理和固液分離 ：目的是除去發(fā)酵液中的菌體細胞和不溶性固體雜質(zhì)。（2）初步分離 ：目的是除去與產(chǎn)物性質(zhì)差異較大的雜質(zhì)，為后道精制工序創(chuàng)造有利條件。（3）高度純化 ：去除與產(chǎn)物的物理化學性質(zhì)比較接近的雜質(zhì)。（4）成品制作 ：成品形式由產(chǎn)品的最終用途決定。 3，選擇下游加工工藝的原則：（1）是胞內(nèi)產(chǎn)物還是胞外產(chǎn)物 （2）原料中產(chǎn)物和主要雜質(zhì)濃度 （3）產(chǎn)物和主要雜質(zhì)的物理化學特性及差異 （4）產(chǎn)品用途和質(zhì)量標準 （5）產(chǎn)品的市場價格 （6）廢液的處理方法等 第二節(jié) 發(fā)酵液的預處理和固液分離發(fā)酵液預處理和固液分離的目的：分離菌體和其他懸浮顆粒(細胞碎片、核酸和蛋白質(zhì)的沉淀物)；除去部分可溶性雜質(zhì)和改變?yōu)V液性質(zhì)，以利于提取和精制的順利進行。一、 發(fā)酵液的預處理采用理化方法設法增大虛浮液中固體粒子的大小、或降低粘度，以利于過濾。去除會影響后續(xù)提取的高價無機離子。（一）預處理的方法①高價無機離子的去除方法；②雜蛋白質(zhì)的去除；③發(fā)酵液的凝聚和絮凝。1，高價無機離子的去除方法（1）鈣離子，可用草酸。草酸溶解度較小，故用量大時，可用其可溶性鹽，如草酸鈉。反應生成的草酸鈣還