CN102416186B - 单胞藻连续培养系统的定期消毒方法及其蒸汽消毒系统 - Google Patents

Abstract

单胞藻连续培养系统的定期消毒方法及其蒸汽消毒系统，该方法包括以下步骤：在每批次单胞藻培养结束后，首先用U形玻璃管将培养液加注管道与藻液收集管道相连通，形成待消毒的管路；再用经加热消毒后的水对待消毒的管路进行第一次冲洗；然后将软化后的水输入蒸汽发生装置而产生蒸汽；然后经鼓汽装置将蒸汽经管道输入上述需要蒸汽消毒的管路以进行蒸汽消毒。其蒸汽消毒系统安全性好，产生蒸汽的效率高，消毒的范围大，对水电蒸汽都有控制，水位、蒸汽压力和运行情况都可实时掌握。本发明解决了现有技术无相关消毒方法和设备的难题，可在每批次单胞藻培养间对系统进行有效的消毒，保证了连续培养过程中的无菌环境，极大地提高了单胞藻的成功率。

Description

单胞藻连续培养系统的定期消毒方法及其蒸汽消毒系统

技术领域

本发明涉及一种消毒方法和系统，具体地说涉及一种单胞藻连续培养系统的定期消毒方法及其蒸汽消毒系统，适用于对单胞藻连续培养系统进行消毒。

背景技术

单胞藻的生长对于水体环境有一定的要求，而在进行单胞藻的高密度连续培养时，这种要求更高，需要很严格的无菌环境。培养单胞藻的环境是否适宜，不仅与所培养的水体是否经严格消毒，空间是否与外界隔离有关，还与每批次培养后对系统管道的消毒有着紧密的联系。为了实现单胞藻的高密度连续培养，在每批次连续培养单胞藻之间对系统进行严格的消毒至关重要，甚至直接关系到单胞藻连续培养的成功与否。

现有的单胞藻培养方式相对落后，与之有关的培养器皿和消毒方法也简单粗糙。如实验室培养时，采用烧瓶，培养后是在洗净后放入高压锅和烘箱中消毒。扩种培养时，采用塑料桶或塑料罐，培养后用化学试剂如漂白粉等进行化学消毒。生产性培养时，采用水泥池、土池或玻璃钢水槽，有的也用跑道池进行培养，但消毒方式都是采用化学试剂如漂白粉等进行化学消毒。

现有的单胞藻培养容器和方法以及与之相适应的消毒方法都存在一些不足。实验室对烧瓶的消毒虽然彻底，也快捷，但只适用于少量而且体积较小的容器的消毒，无法放大，且消耗的动力能源较大。扩种培养和生产性培养时，对于容器的消毒，采用的是化学方法，虽然有效，但较为简单，在单胞藻的粗放培养时，可以满足需要，一旦要应用于高密度集约化的连续培养，这种消毒方法就无法满足需要。

更重要的是，现有的消毒方法，无论是针对实验室培养、扩种培养还是生产性培养，一旦运用于单胞藻连续培养系统时，相应的消毒方法就有其无法克服的缺陷。因为新建立的单胞藻连续培养系统需要消毒的管路复杂，占地面积大，放入高压锅或蒸箱中消毒是不现实的，也无法在生产实际中实现。即使将所有玻璃管路进行拆卸，运用煮沸或放入高压锅或蒸箱中消毒，同样无法实现，因为玻璃管路众多，拆卸后依然会占有很大的空间，即使分批消毒也是很难的。而且拆卸后又需组装，工作量巨大，在实际生产过程中不具有可行性。利用化学试剂进行消毒的方法虽然能满足大范围消毒的需要，但该消毒方法会引入新的化学成分，需要进一步的清洗，且消毒后的效果不太理想。一旦运用于单胞藻的连续培养时，连续培养的单胞藻的密度大，效率高，消毒稍有不彻底，就可能导致整个培养的单胞藻密度不够，单胞藻培养结果不理想，甚至可能完全实施不了。

综上所述，现有的与单胞藻培养有关的消毒方法都不能满足新建立的单胞藻连续培养系统的消毒要求。

出现以上问题的原因在于，实验室采用烧瓶培养时，培养的单胞藻的量少，烧瓶体积小，只需洗净后放入高压锅和烘箱中消毒即可。而扩种培养时，培养的单胞藻的量较大，塑料桶或塑料罐体积较大，不能放入高压锅和烘箱中消毒，只能在洗净后用化学试剂如漂白粉等进行消毒。而生产性培养时，培养的水体很大，所采用的装置或容器也很大，更不能用实验室的消毒方法消毒了，而只能选择化学试剂消毒。

当单胞藻连续培养系统和方法建立后，对于现有技术是一个重大的突破，所建立的连续培养系统和方法与现有的培养容器和方法有着很大的差别，与之有关的消毒方法也面临着进一步变革的需要。因此，建立一种针对单胞藻连续培养系统和方法的消毒方法和系统，没有可供借鉴的技术路线和方法，而必须有开拓性的构思，根据所建立的培养系统的特点，有针对性地设计一种快速有效，切近单胞藻连续培养系统特性且节省人力、时间和成本的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种单胞藻连续培养系统的定期消毒方法及其蒸汽消毒系统，能够对单胞藻连续培养系统进行有效消毒，以克服现有技术无相关消毒方法和设备的不足。

本发明是建立在已有的单胞藻连续培养系统和方法的基础上而提出的一种定期消毒方法，该方法首次结合单胞藻连续培养系统的特点，将清洗、物理消毒、化学消毒结合起来，使之成为一种足以满足现有系统和技术需要的高效快捷彻底的消毒方法，该方法的建立，为单胞藻连续培养的成功提供了技术支持，且在建立该消毒方法之时，结合消毒需要满足的要求，设计制作出了一套蒸汽消毒系统，该系统运用于对单胞藻连续培养系统的消毒时发挥了很大的有益效果。

为了达到这种目的，本发明的单胞藻连续培养系统的定期消毒方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

在每批次单胞藻培养结束后，首先用U形玻璃管将单胞藻连续培养系统中的连续加注培养液管道与藻液连续收集管道相连通；并通过旋紧连续加注培养液管道或藻液连续收集管道上的阀门将连续加注培养液管道与藻液连续收集管道的支路关闭，形成待消毒的管路；

再用经加热消毒后的水对上述待消毒的管路进行第一次冲洗；

然后将水依次进行过滤与软化处理，并将软化后的水输入蒸汽发生装置而产生蒸汽，再将产生的蒸汽暂存于蒸汽存储装置中；然后经鼓汽装置将产生的蒸汽经管道输入上述需要蒸汽消毒的管路以进行蒸汽消毒；消毒过程中，控制蒸汽压力在0.2MPa～0.8MPa之间，蒸汽消毒的时间在20分钟～2小时之间。

进一步，上述用经加热消毒后的水对所述待消毒的管路进行冲洗之后，先将洗涤液灌入所述管路，再用无离子水冲刷该管路，然后用70％～100％的酒精冲刷该管路进行消毒，之后再用无离子水对该管路进行冲刷。

而上述洗涤液可以是以如下方法配制：称取30～120g二水重铬酸钠溶于300～500mL水中，然后注入600～1000mL硫酸。

上述蒸汽存储装置是连接于连续加注培养液管道的输入端或藻液连续收集管道的输出端，然后经鼓汽装置将产生的蒸汽经管道输入上述相互连通的连续加注培养液管道与藻液连续收集管道进行蒸汽消毒；这样既方便了鼓汽装置与管道的连接，又能不至于使蒸汽在管道中产生分流或回路。

一种单胞藻连续培养系统的定期蒸汽消毒系统，包括带有进水管道的壳体，和壳体上的仪表盘，其特征在于还包括壳体内的与所述进水管道顺序连接的供水动力装置、过滤装置、储水箱和内含加热元件的蒸汽发生装置，该蒸汽发生装置上方连接有带鼓汽装置的蒸汽存储装置，蒸汽存储装置上方设有伸出壳体的蒸汽供给管道；该蒸汽供给管道还连接有经由U形玻璃管与连续加注培养液管道相连通的藻液连续收集管道，或者连接有经由U形玻璃管与藻液连续收集管道相连通的连续加注培养液管道；上述蒸汽发生装置内还设有与仪表盘相连的高水位控制和低水位控制，上述蒸汽存储装置内设有与仪表盘相连的压力感应装置。

上述过滤装置可以是反渗透装置。

上述储水箱与蒸汽发生装置之间还设有蠕动泵。

上述鼓汽装置可以是分气缸。

本发明是建立在新兴的单胞藻连续培养系统和方法的基础上，针对系统的特点专门设计的消毒方法，并在该消毒方法的要求下设计制作了蒸汽发生系统。是首次将蒸汽消毒运用于单胞藻连续培养系统的消毒，也是首次在单胞藻的培养过程中将蒸汽在管道内部进行有效的消毒。

所建立的消毒方法，首先将清洗和消毒有机地结合在了一起，有效的清洗可以将系统管道中的大颗粒杂质和其他杂质有效清除干净，为消毒作好铺垫。同时，消毒后再进行有效的清洗，可以保证消毒后不引入新的杂质，也使消毒后可能带入的污染完全清除。而消毒是清洗的深入，更进一步地保证了管道的清洁和无菌。

其次，所建立的消毒方法将物理消毒方法和化学消毒方法等多种方法结合起来。首先，在用化学试剂的洗涤剂将玻璃管路清洁后，再用高浓度的酒精对管路进行消毒，酒精消毒后的管路基本可实现无菌，在对玻璃管路内的酒精进行清洗后，最后一步采用物理方法，对玻璃管路进行蒸汽消毒，蒸汽的高温加上蒸汽液化后放出的热可将玻璃管路内的细菌等生物有效杀灭。

再次，本消毒方法是首次将蒸汽消毒方法引入，特别是对单胞藻培养过程中，与培养液、单胞藻、料液直接接触的部位即玻璃管路的内侧进行定向消毒，极大地提高了消毒的效率，节省了消毒时的人力物力和动力消耗。且可利用管道本身的输送功能，蒸汽消毒后，由蒸汽液化而成的液体流经管路，对系统的管路进行了清洗。

方法建立后，可有选择地对相应的管路进行消毒，可选取系统中的一段玻璃管路，也可以选择一个单元中的全部管路，更可以放大为整个培养系统中的玻璃管路，使一次产生的蒸汽可以最大限度地实现其消毒的功用。方法建立后，还可在每批次单胞藻培养间对系统进行有效的消毒。保证了单胞藻连续培养过程中的无菌环境，极大地提高了单胞藻培养的成功率。

在所建立的方法的指导下，设计制作出了蒸汽消毒系统，该系统高效、耐用、完全可控。为了保证产生的蒸汽的洁净度，也为了避免对蒸汽发生装置产生不利的影响，在装置进水后设置了反渗透装置，该装置可将大量的无机盐和细菌等都滤除。保证了进入蒸汽发生装置的水的纯净度，也保证了蒸汽的纯度。特别是因为没有无机盐等矿物质的进入，极大地提高了加热元件的使用寿命，更不会因为长期使用，而使得发热效率下降。本系统提供了动力装置，对水而言，可以使水顺利地进入加热装置，并在其中流动。对蒸汽而言，通过鼓汽装置的作用，可为储存的蒸汽提供动力，可保证在大面积管路消毒时，依然具有足够的蒸汽压力，可使蒸汽进入每个要消毒的角落，不至于在蒸汽消毒后留下死角，造成管路中细菌的残留。本装置对水有个缓冲的空间，即储水箱可以保证进入蒸汽发生装置的水不至于断水，也不至于因为外界进水速度过快而使蒸汽发生装置内的水过多。同时，还在蒸汽发生装置内设置了高水位控制和低水位控制，并可在仪表盘上反映出来。不会使蒸汽发生装置中的水位过高甚至溢出而造成危险，也不会因为水过少而造成干烧。在蒸汽方面，也设置了一个缓冲空间，设计制作了蒸汽存储装置，使经蒸汽发生装置产生的蒸汽能暂时储存，不至于从蒸汽发生装置中一产生蒸汽即进入培养系统的管路，造成对管路的冲击，同时可控制蒸汽存储装置内的压力，使发出的蒸汽达到理想的值，不至于因为压力过大，使玻璃管路破裂。也不至于因为压力过小而不能达到玻璃管路的末端，导致消毒过程中出现未消毒的死角。

装置安全性好，对水电蒸汽都有控制，水位、蒸汽压力和运行情况都可实时掌握。装置产生蒸汽的效率高，消毒的范围大。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

其中，1蒸汽消毒系统；2培养液加注系统；3连续加注培养液管道；4挂袋式单胞藻培养支架；5挂袋式单胞藻光生物反应器；6藻液连续收集管道；7藻液连续收集系统；8供气系统；9U形玻璃管。

图2是本发明的蒸汽消毒装置结构示意图。

图2中，101壳体；102进水管道；103过滤装置；104输水管道；105储水箱；106输水管路；107蒸汽发生装置；108低水位控制；109加热元件；110输汽管道；111蒸汽存储装置；112高水位控制；113鼓汽装置；114蒸汽供给管道；115供水动力装置。

具体实施方式

本发明建立在已有的单胞藻连续培养系统和方法的基础上，本发明的定期消毒方法以及单胞藻连续培养系统如图1所示。

第一步，为了实现在每批次单胞藻培养结束后，对单胞藻连续培养系统内玻璃管道的有效消毒，要选择待消毒的管道，现有的培养系统中的连续加注培养液管道与藻液连续收集管道是相互独立的玻璃管道，为了能对连续加注培养液管道与藻液连续收集管道实行集成化消毒，需要首先用U形玻璃管9将连续加注培养液管道3与藻液连续收集管道6相连通；并通过旋紧连续加注培养液管道3与藻液连续惧收集管道6上的阀门将连续加注培养液管道3与藻液连续收集管道6的支路关闭，形成待蒸汽消毒的管路。

第二步，培养单胞藻后的管道中往往会残留有一些单胞藻、营养盐以及其他难以预料的杂质，为了达到好的消毒效果，需要在消毒前进行清洗；因此需用经加热消毒后的水对上述待消毒的管路进行第一次冲洗。

第三步，在对单胞藻连续培养系统清洗之后，需要利用蒸汽消毒系统1产生的蒸汽通过玻璃管道而实现对管道的彻底消毒。此时需将水依次进行过滤与软化处理，以避免水中含有的无机盐长时间积累在蒸汽发生装置的加热元件上，降低加热效率和加热元件的使用寿命，并将软化后的水输入蒸汽发生装置而产生蒸汽，为了避免蒸汽发生装置产生的蒸汽直接进入单胞藻连续培养系统的玻璃管路，造成对玻璃管路的冲击甚至使管道破裂，也为了获得所需要的压力的蒸汽，先将产生的蒸汽暂存于蒸汽存储装置中；蒸汽发生装置中产生的蒸汽的压力并不一定能达到所需的值，需要通过外力使所获得的蒸汽的压力加大，然后经鼓汽装置将产生的蒸汽经管道输入上述需要蒸汽消毒的管路以进行蒸汽消毒；因为玻璃管道本身对压力的耐受性有一定的范围，在消毒过程中，控制蒸汽压力在0.2MPa～0.8MPa之间，同时为了节约时间和蒸汽产生对能量和物力的消耗，并使消毒效果最好，蒸汽消毒的时间在20分钟～2小时之间。

为了达到更好的消毒效果，在第三步进行蒸汽消毒前，第二步用经加热消毒后的水对管道进行冲洗之后，可作进一步清洁，此时要使洗涤液灌入待消毒的管道，经洗涤液洗涤后的管道不仅会有管道中本身残留的杂质，洗涤液本身的成分也会在反应后残留于管道中，为了清除这些杂质，需要在洗涤液清洗后再用无离子水冲刷；当用无离子水将玻璃管道冲洗后，需要对玻璃管道进行消毒，可选用70％～100％的酒精流经玻璃管路进行消毒，消毒后的管道因含有酒精以及其他可能的杂质，还需再用无离子水对所述管道进行冲刷。冲刷后的管道的洁净度和无菌程度已经很高，可以进行下一步的蒸汽消毒了。

根据玻璃管道本身的特点和培养单胞藻的特殊性，以及培养过程中可能含有的杂质，使玻璃管道在清洗后具有好的洁净度，洗涤液是以如下方法配制：称取30～120g二水重铬酸钠溶于300～500mL水中，然后注入600～1000mL硫酸。

在待消毒的管道确定后，为了使进行消毒的蒸汽不至于在管路中产生分流或回路，同时为了便于蒸汽消毒装置与待消毒管道的连接，可将蒸汽存储装置连接于连续加注培养液管道的输入端或藻液连续收集管道的输出端，连接后的管道中的蒸汽还需足够的压力才能到达玻璃管路的每一个末端，此时需要经鼓汽装置将产生的蒸汽经蒸汽供给管道输入上述相互连通的连续加注培养液管道与藻液连续收集管道进行蒸汽消毒。

如图1、2所示，根据单胞藻连续培养系统玻璃管道的特点，所建立的蒸汽消毒方法，需要与之相关的蒸汽消毒装置作为产生蒸汽的主体，本发明的单胞藻连续培养系统的定期蒸汽消毒系统，包括带有进水管道102的壳体101，和壳体101上的仪表盘，为了给整个蒸汽消毒系统的水体运行提供动力支持，使得进入系统的水洁净而不至于带入无机盐等杂质，并在进入蒸汽发生装置前有一个缓冲的空间，同时包含有产生蒸汽的主体装置，还包括壳体101内的与所述进水管道102顺序连接的供水动力装置115、水处理装置103、输水管道104、储水箱105、输水管路106和内含加热元件109的蒸汽发生装置107；在蒸汽产生后，为了避免直接对玻璃管路造成冲击而需设置一个缓冲的空间，同时为蒸汽提供进一步的动力，使蒸汽较少时依然能有较好的压力，可进入玻璃管道的任何角落进行有效的蒸汽消毒，并使蒸汽经一定的管路与玻璃管路连接，因此在该蒸汽发生装置107上方连接有带鼓气装置113的蒸汽存储装置111如储气罐等，蒸汽存储装置111上方设有伸出壳体101的蒸汽供给管道114；该蒸汽供给管道114连接有经由U形玻璃管9与藻液连续收集管道6连通的连续加注培养液管道3；在蒸汽消毒的整个过程中，为避免蒸汽发生装置中因缺水或水位过高导致危险的产生，上述蒸汽发生装置107内还设有与仪表盘相连的高水位控制112和低水位控制108，为了满足待消毒玻璃管道中的蒸汽的压力，第一时间对蒸汽存储装置111内的压力情况进行有效掌握，使其中的压力情况及时反映到外面以供技术人员根据蒸汽存储装置111内的压力情况作出有效的应对措施，上述蒸汽存储装置111内设有与仪表盘相连的压力感应装置。

为了较彻底地清除进水中的杂质，避免大量无机盐进入该蒸汽发生装置107中使加热元件109老化，使加热效率降低，过滤装置103是市售的反渗透装置。

为了提供有效的动力支持，使水在从储水箱105进入蒸汽发生装置107的过程中能有足够的动力支持，储水箱105与蒸汽发生装置107之间还设有蠕动泵。

根据应用实际和蒸汽发生装置107的特点，为鼓汽提供足够的压力支持，鼓汽装置113是分气缸。

实施例

如图1所示，在每批次单胞藻培养结束后，首先用U形玻璃管9将培养系统中的连续加注培养液管道3与藻液连续收集管道6相连通；并通过旋紧阀门将连续加注培养液管道3与藻液连续收集管道6的支路关闭，形成待消毒的管路；

蒸汽存储装置111连接于连续加注培养液管道3的输入端，以便经鼓汽装置113将产生的蒸汽经输汽管道110输入上述相互连通的连续加注培养液管道3与藻液连续收集管道6进行蒸汽消毒；

再用经加热消毒后的水对连接后的连续加注培养液管道3与藻液连续收集管道6进行第一次冲洗；

称取50g二水重铬酸钠溶于390mL水中，然后注入610mL硫酸，配制成洗涤液；

用经加热消毒后的水对管道进行冲洗之后，使溶解有上述清洗剂的洗涤液流经所述管道，再用无离子水冲刷，然后用75％的酒精流经玻璃管路进行消毒，再用无离子水对所述管道进行冲刷；

然后将水依次进行过滤与软化处理，并将软化后的水输入蒸汽发生装置107而产生蒸汽，再将产生的蒸汽存储于蒸汽存储装置111中；然后经鼓汽装置113将产生的蒸汽经输汽管道输入上述需要蒸汽消毒的管路以进行蒸汽消毒；消毒过程中，控制蒸汽压力在0.6MPa，蒸汽消毒的时间在50分钟。

在每一次单胞藻连续培养之后，以该消毒方法对连续培养所涉及的管路，特别是培养液加注管路3和藻液收集管路6进行蒸汽消毒，对单胞藻连续培养系统中的易耗品如培养液加注管路3和藻液收集管路6的支路，挂袋式光生物反应器5进行更换。这样，可使得整个单胞藻连续培养系统的整个与单胞藻培养有关的空间都具有好的清洁度，并能保持无菌环境，保证后续的单胞藻培养过程不受细菌和杂藻杂质的污染，可极大地提高单胞藻培养的效率和成功率。

Claims (8)

1.单胞藻连续培养系统的定期消毒方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

在每批次单胞藻培养结束后，首先用U形玻璃管将单胞藻连续培养系统中的连续加注培养液管道与藻液连续收集管道相连通；并通过旋紧连续加注培养液管道或藻液连续收集管道上的阀门将连续加注培养液管道与藻液连续收集管道的支路关闭，形成待消毒的管路；

再用经加热消毒后的水对上述待消毒的管路进行第一次冲洗；

然后将水依次进行过滤与软化处理，并将软化后的水输入蒸汽发生装置而产生蒸汽，再将产生的蒸汽暂存于蒸汽储存装置中；然后经鼓汽装置将产生的蒸汽经管道输入上述待消毒的管路以进行蒸汽消毒；消毒过程中，控制蒸汽压力在0.2MPa～0.8 MPa之间，蒸汽消毒的时间在20分钟～2小时之间。

2.如权利要求1所述的定期消毒方法，其特征在于上述用经加热消毒后的水对所述待蒸汽消毒的管路进行冲洗之后，先将洗涤液灌入所述管路，再用无离子水冲刷该管路，然后用70%～100%的酒精冲刷该管路进行消毒，之后再用无离子水对该管路进行冲刷。

3.如权利要求2所述的定期消毒方法，其特征在于上述洗涤液是以如下方法配制：称取30～120g二水重铬酸钠溶于300～500mL水中，然后注入600～1 000mL硫酸。

4.如权利要求1所述的定期消毒方法，其特征在于上述蒸汽储存装置是连接于连续加注培养液管道的输入端或藻液连续收集管道的输出端，然后经鼓汽装置将产生的蒸汽经管道输入上述相互连通的连续加注培养液管道与藻液连续收集管道进行蒸汽消毒。

5.一种单胞藻连续培养系统的定期蒸汽消毒系统，包括带有进水管道（102）的壳体（101），和壳体（101）上的仪表盘，其特征在于还包括壳体（101）内的与所述进水管道（102）顺序连接的供水动力装置（115）、过滤装置（103）、储水箱（105）和内含加热元件（109）的蒸汽发生装置（107），该蒸汽发生装置（107）上方连接有带鼓汽装置（113）的蒸汽存储装置（111），蒸汽存储装置（111）上方设有伸出壳体（101）的蒸汽供给管道（114）；该蒸汽供给管道（114）还连接有经由U形玻璃管（9）与连续加注培养液管道（3）相连通的藻液连续收集管道（6），或者连接有经由U形玻璃管（9）与藻液连续收集管道（6）相连通的连续加注培养液管道（3）；上述蒸汽发生装置（107）内还设有与仪表盘相连的高水位控制（112）和低水位控制（108），上述蒸汽存储装置（111）内设有与仪表盘相连的压力感应装置。

6.如权利要求5所述的定期蒸汽消毒系统，其特征在于上述过滤装置（103）是反渗透装置。

7.如权利要求5所述的定期蒸汽消毒系统，其特征在于在所述的储水箱（105）与蒸汽发生装置（107）之间还设有蠕动泵。

8.如权利要求5所述的定期蒸汽消毒系统，其特征在于所述的鼓汽装置（113）是分气缸。

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