1　無菌下游工藝問題
    發(fā)酵產(chǎn)品的下游工藝通常要求所用的設備能滿足特殊的需要,尤其是在濃縮和洗滌病原微生物或對感染敏感的微生物的過程中,要求所使用的工藝是密閉的和絕對安全的。
    一方面,工藝必須確保產(chǎn)品不被外部的細菌感染;另一方面,工藝必須保證病原微生物不致釋放出來。
    食品工業(yè)所需細菌、放線菌培養(yǎng)物的大規(guī)模生產(chǎn),以及類毒素或活病毒疫苗的工業(yè)化提取都是密閉蒸汽滅菌分離系統(tǒng)的實例。這類系統(tǒng)近年來已越來越廣泛被應用,這就對離心機提出了更嚴格的要求。[1～3]
    離心機對于分離和濃縮微生物的優(yōu)點在于它有緊湊的結構,能連續(xù)地、完全自動化地操作,可以適應安全、可靠、迅速地處理變化多端的產(chǎn)品。圖1列舉了可用離心分離的發(fā)酵產(chǎn)品,包括飼料酵母、胞內(nèi)酶、胞外酶和抗生素等。這些大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)品,對于離心機的要求僅局限在操作簡便快捷上,如無需拆開機器清洗就能再投入使用(僅需“在位清洗”),但對于生產(chǎn)那些經(jīng)過基因改造而得到的產(chǎn)品,要求要復雜得多,無菌離心機就因此而投入使用。
    在提取這些培養(yǎng)物時,需要系統(tǒng)完全密閉,并經(jīng)121℃蒸汽滅菌以確保無外界細菌污染。最新設計的離心機成套系統(tǒng)可以滿足疫苗等產(chǎn)品生產(chǎn)的這些需求,它由自動控制的在位清洗(ＣＩＰ)清除殘液,隨后自動進行的蒸汽滅菌組成。

2　無菌分離機系統(tǒng)的設計
     用于密閉無菌處理的離心分離機設計是以現(xiàn)有自動操作的高性能碟片式轉鼓離心機為基礎的。圖2是該離心機的機構剖面圖。
    進料方式有兩種:Ａ型是非氣密性的,它帶有出口向心泵將清液帶壓排出;Ｂ型為氣密型或機械式密封型。Ａ型沒有機械密封帶來的磨損現(xiàn)象,并能依靠清液帶壓排出來阻止或減少泡沫的產(chǎn)生;Ｂ型機可在高氣密壓力下(0 588～0 686ＭＰａ)運行,因此可隔絕任何氣體排出。兩種進料方式均能保證物料處理時與外界隔絕。
     離心機轉鼓有一組為數(shù)眾多的錐型碟片,每個碟片上有0 3～0 5ｍｍ厚的隔片。轉鼓以一定的轉速旋轉時,體積為1～20Ｌ的轉鼓可提供相當于1000～20000ｍ2的澄清面積。這樣連續(xù)分離微生物的處理能力可以達到30～8000Ｌ/ｈ(以大腸桿菌為參考標準)。
    轉鼓底部有一水壓操縱的滑動活塞,可周期性地開啟關閉,收集分離出來的沉淀物從儲存腔排出轉鼓。這樣的排渣可以不停進料,僅是作部分排渣,即不會破壞固液分離界面,液體不會被排出。
    由于進料中的固體含量不可避免地會有所波動,使用定時排渣可能有局限性,因此在清液出口加裝一光電管進行監(jiān)測,利用該裝置來控制轉鼓的開啟排渣可確保排渣及時合理。
     無菌操作離心機除了要滿足壓力設計外,其驅動軸上還設計有雙效機械密封,利用它提供安全保證,將齒輪傳動室(即動力區(qū))和轉鼓外圍的沉淀物收集器以及其它與物料接觸部件(即物料區(qū))完全隔開。兩個滑動環(huán)間的間隙同時起到冷卻和密封室的作用。因此在分離機運行時,每小時約需要有200Ｌ左右的無菌水通過該間隙室,該水流有自動監(jiān)測報警裝置,防止其泄漏或發(fā)生故障。
    使用無菌水的目的是一旦上部滑動環(huán)密封損壞,也不會有細菌進入系統(tǒng)。
    離心分離機所有與物料接觸的部位均由高合金鉻鎳不銹鋼制作,并精拋光處理以防止物料黏結。
    由于分離機是高速運行的,難免與空氣摩擦而使處理的物料溫度升高,因此分離機的機殼和沉淀物收集器作雙層夾套設計,可通冷卻水或保溫液,這樣能直接冷卻沉淀物或間接冷卻轉鼓至5～10℃,保證熱敏性物料的性能。
    為了確�？煽康牟僮骱凸苈钒踩�驗收程序,無菌分離機的正常設計生產(chǎn)過程中都有嚴格的驗收和測試,出廠帶有相應的安全、衛(wèi)生、無菌證書。以下為模塊化設計的分離機實例。

3　無菌分離機系統(tǒng)工藝特征
    為保證在可靠的無菌條件下操作分離機,在工藝流程系統(tǒng)中設有生產(chǎn)結束后進行的在位清洗和不必拆卸該系統(tǒng)(ＳＩＰ)的情況下進行的有效蒸汽殺菌。因此除了分離機外,該系統(tǒng)還需添加許多輔助設備,以便能用飽和蒸汽對所有的進出料管路、閥門、設備進行可靠的消毒,當然包括機械密封的所有部件。為了消除死角,所有管路連接時要有排汽口,以便冷凝水和蒸汽自由排出系統(tǒng),同時要確保在正常操作下,物料、控制介質、冷卻液及密封液能進入和排出。
    為了配合不同的蒸汽滅菌階段,該系統(tǒng)配備有大約40個手動或自動隔膜閥,使用0 196ＭＰａ左右的飽和蒸汽。管路諸如冷凝液和冷卻介質在流過蒸汽閥進入殺菌裝置前安裝安全視鏡。當離心機運轉時,進出機器的空氣都需經(jīng)過一滅菌過濾器。第一階段排氣約15ｍｉｎ,之后升溫使系統(tǒng)在127℃,0 147ＭＰａ壓力進行滅菌,維持60～90ｍｉｎ,然后進入冷卻階段。此時用0 049ＭＰａ壓縮無菌空氣導入系統(tǒng)吹掃,避免形成真空防止外部細菌進入,這時分離機已完成無菌處理。
    分離機的操作間與外界空氣交換時也必須經(jīng)過無菌過濾器。
    與分離機系統(tǒng)所有的管路連接件和系統(tǒng)內(nèi)的連接件一樣,都必須用無菌接頭。無菌接頭可避免與產(chǎn)品接觸部位產(chǎn)生縫隙和死角,將感染機率降到最低。所有管路管件均需牢固固定。

4　放大設計
    當圍繞所用的不同規(guī)模的離心機設計一個流程時,必須考慮下列指標:所需流程的流量,微生物的類別及性質,相應的培養(yǎng)介質連同固型物含量和與此相關聯(lián)的轉鼓排渣頻率。
    一般來講很難了解發(fā)酵物料的物理特性,需要設計專用裝置,首先需要進行小試來積累經(jīng)驗。
    一臺碟片離心機的澄清能力主要參數(shù)是通常所說的等效沉降面積。等效沉降面與轉鼓分離因數(shù)和碟片數(shù)等有關。若已知物料參數(shù),在小規(guī)模試驗的結果基礎上很容易利用等效沉降面積計算出放大參數(shù)。等效沉降面積參數(shù)也能用于比較不同類型和尺寸的離心機。選擇按比例放大離心機時還需注意轉鼓沉淀物貯存腔的大小。該空間的大小決定了每小時30～60次部分排渣情況下分離機能處理的最大固含量。
    如果部分排渣太頻繁,則轉鼓中固渣不能充分壓緊,而且轉鼓頻繁開啟也影響澄清效果和使用壽命。
    發(fā)酵罐清空通常限制在3～4ｈ,無菌離心機的處理量一般在5～3000Ｌ/ｈ。
    以試驗室規(guī)模設備所做的研究處理工作為基礎,按比例放大不存在任何問題。

5　分離機無菌操作實例
    分離機無菌操作實例主要在疫苗生產(chǎn)上比較多。表1例舉了一些細菌濃縮凈化的實例[4]。指定的分離機規(guī)模得到200～300Ｌ/ｈ的處理能力和97%～99%的分離機效果。

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