CN107496968B - 去除发酵压缩空气中噬菌体的方法及系统 - Google Patents

去除发酵压缩空气中噬菌体的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除发酵压缩空气中噬菌体的方法及系统。其中，该方法包括以下步骤：将发酵压缩空气通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理。应用本发明的技术方案，利用噬菌体不耐碱的特性，使用强碱液对发酵压缩空气进行处理，不但能够对噬菌体有效杀灭，而且剔除了现有技术中压缩空气处理中必须使用的加热和降温装置，降低了生产能耗。

Description

去除发酵压缩空气中噬菌体的方法及系统
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体而言，涉及一种去除发酵压缩空气中噬菌体的方法及系统。
背景技术
噬菌体(噬菌体(Bacteriophage,Phage)：是感染细菌、真菌、藻类、放线菌或螺旋体等微生物的病毒的总称，因部分能引起宿主菌的裂解，故称为噬菌体)能够杀死细菌的现象在1915年由弗德里克·特沃特(Frederick W.Twort)发现。1915年8月加拿大医学细菌学家费利克斯·德赫雷尔(Felix d'Herelle)也发现了这种病毒并把这些病毒称为噬菌体。噬菌体广泛分布于自然界中，其大小为纳米级，其形态在显微镜下看不见，通过电子显微镜放大后才能看见。噬菌体对生物发酵生产的危害轻则延长发酵周期、影响产品的产量和质量，重则引起倒罐甚至使工厂被迫停产，这种情况在基因重组大肠杆菌酶制剂发酵、谷氨酸发酵、细菌淀粉酶或蛋白酶发酵、丙酮丁醇发酵以及各种抗生素发酵中是很常见的，每年的损失很大。而在所有污染途径中，通过发酵压缩空气途径污染噬菌体的比例较高。
目前，处理发酵压缩空气中噬菌体的技术方案主要是：高空取气—压缩空气加热—压缩空气冷却—膜过滤，但存在无法彻底除去压缩空气中噬菌体(发酵过程中仍有一定的噬菌体感染率)和能源消耗较大的弊端。这是因为，高空取气：架设高空取气，成本较高，且仅能降低抽取到环境中噬菌体的几率和数量，但不能彻底；加热杀灭：常规使用的电加热法(75℃以上)和蒸汽加热法(130℃)均存在能耗大，成本高，且不能彻底杀灭噬菌体的弊端，常存在一定的噬菌体感染几率；膜过滤：常用的空气精过滤膜孔径为0.2μm，加上各种效应(静电吸附和布朗运动等)，拦截效果可达到0.01μm，对普通的微生物(0.5～5μm)有很好的的拦截功效，但是噬菌体颗粒为纳米级别，无法形成彻底的拦截。尤其是滤膜在湿润的情况下，更是难以达到原有拦截功效；另外，现有技术方案更难处理加热设备至发酵之间管路/阀门泄漏造成的压缩空气噬菌体浸入。
发明内容
本发明旨在提供一种去除发酵压缩空气中噬菌体的方法及系统，以解决现有技术中处理发酵压缩空气中噬菌体的方法压缩空气中残留噬菌体较多的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种去除发酵压缩空气中噬菌体的方法。该方法包括以下步骤：将发酵压缩空气通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理。
进一步地，强碱液为选自由氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙组成的组中的一种或多种形成的水溶液。
进一步地，强碱液的初始浓度不低于1M；每次使用前强碱液的pH不得低于13。
进一步地，强碱液盛放在碱罐中，强碱液在碱罐中装液系数介于50％至80％之间。
进一步地，发酵压缩空气通过压缩空气精过滤器进行过滤，然后通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理，最后通入发酵罐。
进一步地，强碱液的体积与发酵罐装料体积比不小于10％。
进一步地，发酵压缩空气从强碱液的底部通入，从强碱液的顶部排出。
进一步地，发酵压缩空气通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理时的搅拌线速度不低于5m/min。
进一步地，碱罐首次使用时，进行高温灭菌，温度不低于115℃，灭菌保压时间不低于20min，一次灭菌重复使用次数不大于10次，对碱罐进行保压，维持压力不低于0.02MPa，每次使用结束进行碱液pH值测定，pH低于13时泄压并补加碱且再次对碱罐及相应管路进行高温高压灭菌。
进一步地，先对碱罐进行灭菌，再对发酵罐进行灭菌；待碱液温度降低至75℃以下时，向发酵罐通入经过强碱液进行噬菌体杀灭处理的发酵压缩空气。
进一步地，发酵压缩空气在强碱液内有效时间不低于10s，具体时间根据碱液高度和碱罐直径以及空气流量进行计算。
根据本发明的另一个方面，提供一种去除发酵压缩空气中噬菌体的系统。该系统包括碱罐，碱罐内盛放有用于发酵压缩空气进行噬菌体杀灭处理的强碱液。
进一步地，强碱液为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙组成的组中的一种或多种形成的水溶液。
进一步地，强碱液的初始浓度不低于1M；每次使用前强碱液的pH不得低于13。
进一步地，强碱液在碱罐中装液系数介于50％至80％之间。
进一步地，碱罐配有空气流量计、高温高压灭菌装置和线速度不低于5m/min的搅拌系统；碱罐的罐体能耐受123℃的高温和0.2MPa压力。
进一步地，发酵压缩空气进口位于罐体的罐底，发酵压缩空气出气口位于罐体的罐顶，压缩空气出气口与发酵罐之间的管路上设置有下排口。
进一步地，碱罐设置有压缩空气精过滤器，且压缩空气精过滤器的出口与罐体上的发酵压缩空气进口相通。
应用本发明的技术方案，利用噬菌体不耐碱的特性，使用强碱液对发酵压缩空气进行处理，不但能够对噬菌体有效杀灭，而且剔除了现有技术中压缩空气处理中必须使用的加热和降温装置，降低了生产能耗。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的去除发酵压缩空气中噬菌体的工艺流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
针对现有技术中，处理发酵压缩空气中噬菌体的方法压缩空气中残留噬菌体较多的技术问题，本发明提出了以下技术方案。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种去除发酵压缩空气中噬菌体的方法。该方法包括以下步骤：发酵压缩空气通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理。
应用本发明的技术方案，利用噬菌体不耐碱的特性，使用强碱液对发酵压缩空气进行处理，不但能够对噬菌体有效杀灭，而且剔除了现有技术中压缩空气处理中必须使用的加热和降温装置，降低了生产能耗。
本发明中所指的强碱液即为本领域常规意义上的强碱液，强碱指性质与片碱(氢氧化钠)类似的氢氧化物类物质，氢氧化钾、氢氧化钙等水溶液为强碱性的，在本发明中可作为氢氧化钠溶液的替代。优选的，强碱液为选自由氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙组成的组中的一种或多种形成的水溶液。
优选的，强碱液的初始浓度不低于1M；每次使用前强碱液的pH不得低于13，在此浓度下，能够有效的杀灭发酵压缩空气中的噬菌体。
优选的，强碱液盛放在碱罐中，强碱液在碱罐中装液系数介于50％至80％之间，这样便于发酵压缩空气与碱液充分接触，增加去除噬菌体的效果。
根据本发明一种典型的实施方式，发酵压缩空气通过压缩空气精过滤器进行过滤，然后通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理，最后通入发酵罐。这样能够更好的去除空气中的杂质和细菌等，为后续的发酵提供更清洁的空气。
优选的，强碱液的体积与发酵罐装料体积比不小于10％，从而可以为发酵提供足够的洁净空气。
根据本发明一种典型的实施方式，发酵压缩空气从强碱液的底部通入，从强碱液的顶部排出，从而能够更好的去除空气中的细菌和噬菌体等，为后续的发酵提供更清洁的空气。
优选的，发酵压缩空气通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理时的搅拌线速度不低于5m/min。进一步使发酵压缩空气与碱液充分接触，增加去除噬菌体的效果。
根据本发明一种典型的实施方式，碱罐首次使用时，应进行高温灭菌，温度不低于121℃，灭菌保压时间不低于20min，一次灭菌重复使用次数不大于10次，对碱罐进行保压，维持压力不低于0.02MPa，每次使用结束应进行碱液pH值测定，pH低于13时应泄压并补加碱且再次对碱罐及相应管路进行高温高压灭菌。这样可以使噬菌体较为彻底的杀灭。
优选的，先对碱罐进行灭菌，再对发酵罐进行灭菌；待碱液温度降低至75℃以下时，向发酵罐通入经过强碱液进行噬菌体杀灭处理的发酵压缩空气。这样做可以确保进入发酵罐内的压缩空气中的噬菌体已经彻底去除，碱液温度75℃以下时再向发酵罐内通入压缩空气可以避免碱液随压缩空气进入发酵罐而导致发酵培养基pH升高。
根据本发明一种典型的实施方式，发酵压缩空气在强碱液内有效时间不低于10s，具体时间根据碱液高度和碱罐直径以及空气流量进行计算。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种去除发酵压缩空气中噬菌体的系统。该系统包括碱罐，碱罐内盛放有用于发酵压缩空气进行噬菌体杀灭处理的强碱液。利用噬菌体不耐碱的特性，使用强碱液对发酵压缩空气进行处理，不但能够对噬菌体有效杀灭，而且剔除了现有技术中压缩空气处理中必须使用的加热和降温装置，降低了生产能耗。
本发明中所指的强碱液即为本领域常规意义上的强碱液，强碱指性质与片碱(氢氧化钠)类似的氢氧化物类物质，氢氧化钾、氢氧化钙等水溶液为强碱性的，在本发明中可作为氢氧化钠溶液的替代。优选的，强碱液为选自由氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙组成的组中的一种或多种形成的水溶液。
优选的，强碱液的初始浓度不低于1M；每次使用前强碱液的pH不得低于13，在此浓度下，能够有效的杀灭发酵压缩空气中的噬菌体。
优选的，强碱液在碱罐中装液系数介于50％至80％之间，这样便于发酵压缩空气与碱液充分接触，增加去除噬菌体的效果。
更优选的，碱罐配有空气流量计、高温高压灭菌装置和线速度不低于5m/min的搅拌系统；碱罐的罐体能耐受121℃的高温和0.2MPa压力，从而便于空气流量控制、高温高压灭菌及搅拌。
优选的，发酵压缩空气进口位于罐体的罐底，发酵压缩空气出气口位于罐体的罐顶，便于发酵压缩空气与碱液充分接触，增加去除噬菌体的效果；压缩空气出气口与发酵罐之间的管路上设置有下排口，供灭菌和外排尾气使用。压缩空气采用低空取气或高空取气均可，其中，采用低空取气则避免了必须使用高空取气，可有效降低生产成本投入。
优选的，碱罐设置有压缩空气精过滤器，且压缩空气精过滤器的出口与罐体上的发酵压缩空气进口相通。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
如图1所示，直接将环境大气通过空气压缩机压缩后输入空气储罐，然后通过除油除水设备进行净化，再经空气初效、中效膜过滤器过滤，上述操作均为本领常规操作。得到的发酵压缩空气进入本发明的配有压缩空气精过滤器的碱罐进行噬菌体的杀灭处理，最后进入发酵罐。具体的工艺方法和条件分别为：
碱罐安装位置：盛装碱液的碱罐罐体位于压缩空气精过滤器后且发酵罐之前。
碱罐配置要求：配有空气流量计；配有空气精过滤器且能独立高温高压灭菌；配有线速度不低于5m/min的搅拌系统；罐体能进行高温高压灭菌(121℃)；能耐受0.2MPa压力；压缩空气进口位于罐底，压缩空气出气口位于罐顶；压缩空气出气口与发酵罐之间的管路上设置有下排口，供灭菌和外排尾气使用。
碱液：碱罐处理压缩空气用碱液为强碱性物质—片碱(氢氧化钠)水溶液，其初始浓度不低于40g/L(即1M)；每次使用前测得溶液pH不得低于13。
碱液用量：碱液体积与发酵罐装料体积比例不得小于10％；碱液在碱罐中装液系数介于50％至80％之间；
碱液和碱罐及管路灭菌：首次使用时，应进行高温灭菌(温度不低于121℃，灭菌保压时间不低于20min)，一次灭菌重复使用次数不大于10次，但需要对碱罐进行保压(维持压力不低于0.02MPa)，每次结束应进行碱液pH值测定，低于13时应泄压并补加适量片碱且再次对碱罐、管路等进行高温高压灭菌。
碱罐和发酵罐灭菌顺序：先进行碱罐灭菌，再进行发酵罐灭菌；待碱液温度降低至75℃以下时，方可向发酵罐通入经过碱液的压缩空气。
压缩空气在碱液内有效时间：不低于10s，可根据碱液高度和碱罐直径以及空气流量进行计算。以200L碱罐(直径为50cm)装碱液量为140L(高度为1.2m)为500L发酵罐(最高用气量为36m3/h，发酵培养基为300L，供气比为：2vvm)供气为例，压缩空气在碱液中的时间为：h*πr2/v，即1.2*3.14*0.252/36*3600＝23.6s。
本实施例的技术方案于2014年6月至2016年12月在凯莱英公司生物技术部用于15L，50L和500L发酵罐发酵大肠杆菌基因工程菌累计500余批次，噬菌体污染率由未采用该发明措施时的60％降低至10％，且由压缩空气途径导致噬菌体污染的数量降低至0批次。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1)利用噬菌体不耐碱的特性，使用强碱液处理压缩空气，本发明经过累计500余批次基因重组大肠杆菌发酵验证，噬菌体通过压缩空气感染发酵罐中的微生物几率降低至零，效果很好，极大地保障了发酵生产。
2)彻底解决了噬菌体经压缩空气途径感染发酵生产的难题，剔除了压缩空气处理中必须使用的加热和降温装置，降低了生产能耗。
3)强碱液处理压缩空气中的噬菌体很彻底，可有效保障发酵罐不因压缩空气途径引入噬菌体而造成污染和倒灌。
4)常规低空取气即可满足使用，避免了必须使用高空取气，可有效降低生产成本投入。
5)对碱液处理流程、用量等工艺参数研究透彻，实践批次多，证实其碱液杀灭噬菌体较空气加热法更加彻底有效。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种去除发酵压缩空气中噬菌体的方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述发酵压缩空气通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理；所述强碱液的初始浓度不低于1M；每次使用前所述强碱液的pH不得低于13；所述强碱液盛放在碱罐中，所述强碱液在碱罐中装液系数介于50％至80％之间；所述发酵压缩空气通过压缩空气精过滤器进行过滤，然后通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理，最后通入发酵罐；所述发酵压缩空气从所述强碱液的底部通入，从所述强碱液的顶部排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强碱液为选自由氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙组成的组中的一种或多种形成的水溶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强碱液的体积与所述发酵罐装料体积比不小于10％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵压缩空气通入强碱液中进行噬菌体杀灭处理时的搅拌线速度不低于5m/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱罐首次使用时，进行高温灭菌，温度不低于115℃，灭菌保压时间不低于20min，一次灭菌重复使用次数不大于10次，对碱罐进行保压，维持压力不低于0.02MPa，每次使用结束进行碱液pH值测定，pH低于13时泄压并补加碱且再次对所述碱罐及相应管路进行高温高压灭菌。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，先对所述碱罐进行灭菌，再对所述发酵罐进行灭菌；待碱液温度降低至75℃以下时，向所述发酵罐通入经过强碱液进行噬菌体杀灭处理的发酵压缩空气。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵压缩空气在所述强碱液内有效时间不低于10s，具体时间根据碱液高度和所述碱罐直径以及空气流量进行计算。
8.一种去除发酵压缩空气中噬菌体的系统，其特征在于，包括碱罐，所述碱罐内盛放有用于所述发酵压缩空气进行噬菌体杀灭处理的强碱液；所述强碱液的初始浓度不低于1M；每次使用前所述强碱液的pH不得低于13；所述强碱液在碱罐中装液系数介于50％至80％之间；发酵压缩空气进口位于所述罐体的罐底，发酵压缩空气出气口位于所述罐体的罐顶，所述压缩空气出气口与发酵罐之间的管路上设置有下排口；所述碱罐设置有压缩空气精过滤器，且所述压缩空气精过滤器的出口与所述罐体上的发酵压缩空气进口相通。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述强碱液为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙组成的组中的一种或多种形成的水溶液。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述碱罐配有空气流量计、高温高压灭菌装置和线速度不低于5m/min的搅拌系统；所述碱罐的罐体能耐受123℃的高温和0.2MPa压力。
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