【正文】 轉(zhuǎn)次數(shù)為60~300轉(zhuǎn)／分。在通常情況下，搖瓶的氧吸收系數(shù)(亞硫酸氧化值)Kd取決于搖瓶機(jī)的特性和三角瓶的裝料量，見表72。偏心輪上開有不同的偏心孔，以便調(diào)節(jié)偏心距。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，當(dāng)沖程為10厘米、往復(fù)頻率為200次/分，分，大氣壓；當(dāng)沖程為5厘米、往復(fù)頻率240次/分時(shí)，分，大氣壓。 滾輪式搖瓶機(jī)是將搖床置于四個(gè)滾輪上，懸掛式搖瓶機(jī)(圖73)是用四條吊桿將搖床吊在機(jī)架上，結(jié)構(gòu)較為簡單，托盤可裝至三層以上，能放5~10升甚至更大的瓶，動(dòng)力消耗較少。故使用多層懸掛式搖瓶機(jī)時(shí)應(yīng)予注意。托盤由三根呈等邊三角形分布的偏心軸支承，也有用滾動(dòng)軸承作支承的。此種搖瓶機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工安裝要求比往復(fù)式高，造價(jià)也較貴。 有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，采用旋轉(zhuǎn)式搖瓶機(jī)，對(duì)于300毫升或600毫升的三角瓶，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)在500轉(zhuǎn)/分和具有各種擋板條件下，與實(shí)裝培養(yǎng)液10升具有六葉渦輪攪拌器的實(shí)驗(yàn)型發(fā)酵罐（；1000轉(zhuǎn)/分)的Kd值一樣。二、發(fā)酵設(shè)備、管件的滲漏與配置設(shè)備和管件的滲漏一般是指設(shè)備和管件由于腐蝕、內(nèi)應(yīng)力或其他原因形成微小漏孔所發(fā)生的滲漏現(xiàn)象。（一）發(fā)酵罐的滲漏 1，冷卻管的滲漏 由于發(fā)酵液具有一定的酸度和含有某些腐蝕性強(qiáng)的物質(zhì)(如亞硫酸鹽、硫酸銨等)冷卻鋼管很易受到腐蝕。管內(nèi)冷卻介質(zhì)一般為井水或自來水，因水的化學(xué)成分和流動(dòng)時(shí)的沖擊以及加熱時(shí)蒸汽沖擊的影響，管內(nèi)壁也會(huì)引起腐蝕及磨損。 而最易穿孔的部分是冷卻列管的彎曲處，原因是彎曲處外壁減薄和加熱煨彎時(shí)使材料的性質(zhì)有所改變所致。 檢查列管有否滲漏，在漏孔極其微小時(shí)是不易發(fā)現(xiàn)的。管子與罐體的連接方式有兩種：法蘭聯(lián)接和焊接。為了及早發(fā)現(xiàn)漏孔予以排除，冷卻管要定期檢查作滲漏試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)是用手動(dòng)泵或試壓齒輪泵將水逐漸壓入冷卻管，泵到一定壓力時(shí)，觀察管子有否滲漏現(xiàn)象。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(shí)不產(chǎn)生氣泡就難以發(fā)現(xiàn)。但如加工時(shí)不符合不銹鋼材料加工的技術(shù)要求(如熱處理，焊條牌號(hào)的選擇及焊接工藝等)，就會(huì)改變不銹鋼材的結(jié)晶組織，發(fā)生危害較嚴(yán)重的晶間腐蝕現(xiàn)象。每年大修時(shí)需檢查鋼板減簿的程度。 有保溫層的發(fā)酵罐，如果水經(jīng)常滲入保溫層并積聚在里面，罐外壁就產(chǎn)生不均勻的腐蝕現(xiàn)象，所以當(dāng)保溫層有裂縫和損壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。管道的連接方式、按裝方法以及選用的閥門形式對(duì)防止污染有很大的關(guān)系。 1，閥 據(jù)統(tǒng)計(jì)，因閥的滲漏引起的染菌占染菌率的比例很大，值得引起重視。目前使用的大小閥門大多采用截止閥和橡膠隔膜閥。由于截止閥能很方便地調(diào)節(jié)流量，小型發(fā)酵罐上大多采用這種閥門。閥心墊料需定期檢查，損壞后立即調(diào)換。物料中的硬質(zhì)物或焊接施工后的焊渣以及螺釘零件等被帶到閥內(nèi)，當(dāng)關(guān)閉時(shí)，閥心與閥座被上述堅(jiān)硬物軋住，能將緊密面軋成凹凸不平的痕跡，就關(guān)不嚴(yán)密。操作時(shí)用扳手過分關(guān)緊，會(huì)使閥桿彎曲，彎曲后的閥桿不僅啟動(dòng)費(fèi)力，并且使填料部分不緊密而引起滲漏，操作中需要注意。 （2）隔膜閥 隔膜閥的結(jié)構(gòu)見圖76。隔膜閥的制造要求不高，關(guān)鍵在于膜的性能，如采用橡皮隔膜閥，在一般情況下，對(duì)橡膠隔膜的要求是耐壓4公斤/厘米2以上，耐溫160℃以上，在壓緊和放松時(shí)不變形。2)無填料。4)檢修方便。 2，管路的連接 管子的連接有螺紋連接、法蘭連接和焊接三種。螺紋連接簡單，但裝拆較麻煩，為了便于裝拆，要在管路上適當(dāng)位置安裝活接頭(亦稱“由寧”)，接頭平面用石棉橡膠板或橡皮等作墊圈。如在接種輸液時(shí)，因液體快速流動(dòng)造成局部真空，在滲漏處將外界空氣吸入、空氣中的菌就被帶入發(fā)酵罐中而造成危害。 （2）法蘭連接法蘭連接密封可靠，壓力、溫度和管徑的適用范圍大，但費(fèi)用較高。所以空氣滅菌系統(tǒng)、培養(yǎng)液滅菌系統(tǒng)和其他物料管路以焊接連接為好。 管路、管件的試漏一般在管路中通入壓縮空氣并在焊縫和連接處涂以肥皂水，如有肥皂泡發(fā)生，則表示此處有泄漏，需重新焊接或安裝。但在使用中有相互串通，相互干擾的弊病，一只罐染菌往往會(huì)影響其他罐。故對(duì)于排氣和下水管路要考慮發(fā)酵的特點(diǎn)進(jìn)行配置，對(duì)于容易染菌的場合還是以每臺(tái)發(fā)酵罐具有獨(dú)立的排氣、下水管路為宜。 2，發(fā)酵罐的管路圖77表示發(fā)酵罐(帶空氣分過濾器)的水、蒸汽和物料管路的配置。由于罐體和有關(guān)管路均需用蒸汽進(jìn)行滅菌，所以要保證蒸汽能夠達(dá)到所有需要滅菌的地區(qū)，對(duì)于某些蒸汽可能達(dá)不到的死角(如閥)要裝設(shè)與大氣相通的旁路(圖中的小閥門)。接種、取樣和加油等管路要配置單獨(dú)的滅菌系統(tǒng)，使能在發(fā)酵罐滅菌后或在發(fā)酵過程中單獨(dú)進(jìn)行滅菌。發(fā)酵罐及其管路如有死角存在，則死角內(nèi)潛伏的雜菌不易殺死，會(huì)造成連續(xù)染菌，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。發(fā)酵工廠的有關(guān)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(jī)會(huì)。墊片的內(nèi)圓比法蘭內(nèi)徑大或比較小以及安裝時(shí)沒有對(duì)準(zhǔn)中心也會(huì)造成死角(圖78a、b)。這種膜層具有一定程度的絕熱作用，所以膜層下潛伏的耐熱菌不易被殺死。大的發(fā)酵罐，為了減少攪拌軸的擺動(dòng)，罐底裝有底軸承，軸承支架處也容易堆積菌體。環(huán)式空氣分布器在整個(gè)環(huán)管中空氣的速度并不一致，靠近空氣進(jìn)口處流速最大，遠(yuǎn)離進(jìn)口處的流速減小，當(dāng)發(fā)酵液進(jìn)入環(huán)管內(nèi)，菌體和固形物就會(huì)逐漸堆積在遠(yuǎn)離進(jìn)口處的部分形成死角，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)氯麌娍?圖711)。仔細(xì)清洗才能避免因死角而產(chǎn)生的污染事故。對(duì)于大型發(fā)酵罐，為了節(jié)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(nèi)加襯一層薄的不銹鋼板(厚約1~3毫米)。不銹鋼皮怎樣會(huì)鼓起的呢？因?yàn)樽鳛橐r里的不銹鋼皮較薄，在培養(yǎng)液分批滅菌或空罐滅菌時(shí)，發(fā)酵罐經(jīng)加熱后再行冷卻，如果此時(shí)不及時(shí)通入無菌空氣保持一定壓力，那末會(huì)因蒸汽的突然冷凝體積減小而形成真空將襯里吸出，嚴(yán)重者造成破裂。操作時(shí)要注意避免罐內(nèi)發(fā)生真空現(xiàn)象。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。4，接種管路的死角 接種一般采用以下兩種方法： (1)壓差接種法。 (2)微孔接種法。采用種子罐時(shí)是利用壓力差將種子罐中培養(yǎng)好的種子輸入發(fā)酵罐內(nèi)，種子罐與發(fā)酵罐的一段連接管路的滅菌是與發(fā)酵罐的滅菌同時(shí)進(jìn)行的。 5，排氣管的死角 罐頂排氣管彎頭處如有堆積物，其中窩藏的雜菌不容易徹底消滅，而當(dāng)發(fā)酵時(shí)受攪拌的震動(dòng)和排氣的沖擊就會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)地剝落下來造成污染。有的單位曾作過試驗(yàn)，將排氣管做成每節(jié)可拆卸的，滅菌后將各節(jié)拆下分別檢查就發(fā)現(xiàn)某些末被殺死的耐熱菌。6，不合理補(bǔ)料管配置造成的死角不合理的補(bǔ)料管配置 合理的補(bǔ)料管配置7，壓力表安裝不合理形成的死角A：不合理；B：合理三、空氣過濾器 工業(yè)用的空氣除菌系統(tǒng)中的空氣過濾器一般都比較龐大，如果其中的纖維鋪設(shè)不勻，密的部分阻力大，松的部分阻力小，就會(huì)使較多的空氣沿著阻力小的部分流出，從而形成短路。纖維層裝得太松對(duì)過濾不利，太緊同樣也會(huì)影響過濾效率。所以用過分壓實(shí)纖維層的辦法試圖達(dá)到增加過濾效率的目的，實(shí)際上是適得其反。在鋪纖維時(shí)分層均勻鋪設(shè)是必要的。 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)。 在用蒸汽滅菌時(shí)，檢查排出蒸汽的情況可以判斷過濾層是否有問題。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(guān)鍵因素。采用吸濕的辦法不是好辦法，因?yàn)槲鼭癫牧鲜褂靡欢〞r(shí)間后要進(jìn)行脫濕，增加操作管理費(fèi)用，而當(dāng)空氣中濕度增高時(shí)就難以保證達(dá)到使空氣干燥的要求。生產(chǎn)時(shí)各罐的發(fā)酵時(shí)間要盡量叉開，使空氣流量均勻。發(fā)酵罐在滅菌和發(fā)酵時(shí)，如操作不當(dāng)使罐壓高于過濾器中空氣的壓力，就會(huì)將冷凝水或發(fā)酵液倒灌至過濾器內(nèi)。當(dāng)突然停電時(shí)，空壓機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)發(fā)生倒灌的情況?？諝庀到y(tǒng)所有的設(shè)備要定時(shí)打開排液閥排液，避免設(shè)備內(nèi)積液太多而帶入空氣中去。四、滅菌操作中的有關(guān)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(shí)間是一般實(shí)罐滅菌(即培養(yǎng)基的分批滅菌)的操作規(guī)范。產(chǎn)生罐壓和料溫不相對(duì)應(yīng)的情況是由于操作不合理所致，例如在滅菌開始時(shí)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(shí)際上沒有達(dá)到1公斤/厘米2因而料溫也就達(dá)不到120℃。 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(jìn)車間后的總管上要裝設(shè)汽水分離裝置將冷凝水分離后再使用。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(shí)，在滅菌時(shí)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。實(shí)踐證明：滅菌時(shí)泡沫嚴(yán)重的，就不易滅透。 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(xì)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(jìn)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。 對(duì)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(jìn)行實(shí)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。但也有在發(fā)酵完畢后，將空罐保壓不滅菌就進(jìn)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(shè)備等具體情況而定。六、染菌后的挽救措施 為了減少損失，對(duì)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。 發(fā)酵早期染菌可以適當(dāng)添加營養(yǎng)物質(zhì)，重新滅菌后再接種發(fā)酵。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(huì)影響后處理提取使產(chǎn)品取不出，此時(shí)應(yīng)先設(shè)法使碳、氮源消耗，再放罐提取。抑菌劑要事先經(jīng)過試驗(yàn)，確實(shí)證明不妨礙生產(chǎn)菌的生長和發(fā)酵才能使用。另外，采用加大接種量的辦法，使生產(chǎn)菌的生長占絕對(duì)優(yōu)勢排擠和壓倒雜茵的繁殖，也是一個(gè)有效的措施。 有時(shí)發(fā)酵罐偶而染菌，原因一時(shí)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(shí)間)%甲醛，加熱至80℃，存放處理4小時(shí)，以減少帶入培養(yǎng)液中的雜菌數(shù)。~。這是因?yàn)榧?xì)菌芽孢較耐干熱而不耐濕熱的緣故。噬菌體是病毒的一種，直徑約0．1微米，可以通過細(xì)菌過濾器，所以通用的空氣過濾器不易將其除去。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。通常在工廠投入生產(chǎn)的初期噬菌體的危害并不嚴(yán)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(gè)環(huán)節(jié)中。同時(shí)要把好種子關(guān)，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的無菌操作，搞好生產(chǎn)場地的環(huán)境衛(wèi)生。 如已感染噬菌體可采用以下處理方法：1)選育抗性菌株。3)加化學(xué)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)。5)其他方法。實(shí)踐證明，在谷氨酸發(fā)酵中，采用這個(gè)方法可獲得較好的效果。從上述發(fā)酵液、反應(yīng)液或培養(yǎng)液中分離、精制有關(guān)產(chǎn)品的過程稱為下游加工過程(Down stream processing)。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(gè)工廠投資費(fèi)用的60%。二、發(fā)酵下游加工過程的特點(diǎn)培養(yǎng)液(或發(fā)酵液)是復(fù)雜的多相系統(tǒng)，含有細(xì)胞、代謝產(chǎn)物和末用完的培養(yǎng)基等。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)。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。生物操作機(jī)理及其分離機(jī)理單元操作分離機(jī)理分離對(duì)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(xì)胞蛋白質(zhì)、多糖、抗生素糖、氨基酸鹽、蛋白質(zhì)氨基酸、有機(jī)酸乙醇萃取 有機(jī)溶劑萃取 雙水相 液膜萃取 反膠團(tuán)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(jī)酸、抗生素蛋白質(zhì)、抗生素氨基酸、有機(jī)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(jí)甾醇、維生素、肽蛋白質(zhì)、氨基酸、抗生素、核酸、有機(jī)酸蛋白質(zhì)、核酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)電泳 凝膠電泳 等電點(diǎn)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(xì)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。1， 一般工藝過程一般說來，下游加工過程可分為4個(gè)階段：培養(yǎng)液(發(fā)酵液)的預(yù)處理和固液分離；初步純化(提取)；高度純化(精制)；成品加工。（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。（4）成品制作 ：成品形式由產(chǎn)品的最終用途決定。一、 發(fā)酵液的預(yù)處理采用理化方法設(shè)法增大虛浮液中固體粒子的大小、或降低粘度，以利于過濾。（一）預(yù)處理的方法①高價(jià)無機(jī)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。草酸溶解度較小，故用量大