丁瑋云，蘇宏藝，俞 俊

1.中糧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)管理服務(wù)有限公司 (北京 100020)2中糧生物化學(xué)(安徽)股份有限公司 (安徽 233010)3.中糧家佳康(赤峰)有限公司 (赤峰 024500)

2017-07-16

丁瑋云，女，1978年出生，中級(jí)工程師，主要從事食品質(zhì)量安全管理工作。

降低賴氨酸發(fā)酵染菌率的研究

丁瑋云1，蘇宏藝2，俞 俊3

1.中糧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)管理服務(wù)有限公司 (北京 100020)2中糧生物化學(xué)(安徽)股份有限公司 (安徽 233010)3.中糧家佳康(赤峰)有限公司 (赤峰 024500)

染菌是賴氨酸生產(chǎn)中較為棘手的問題，同時(shí)也是直接影響產(chǎn)量、提取收率、產(chǎn)品質(zhì)量和成本的關(guān)鍵因素。文章首先闡述了發(fā)酵染菌的危害性，針對(duì)引起發(fā)酵染菌的設(shè)備因素進(jìn)行分析，從工藝和設(shè)備的角度，講述了由設(shè)備引起的發(fā)酵染菌的原因及其防控措施，從工藝和設(shè)備方面杜絕發(fā)酵染菌的隱患。

發(fā)酵；染菌；工藝；設(shè)備；成本

“發(fā)酵染菌”是指發(fā)酵過程中除生產(chǎn)菌以外的其他微生物進(jìn)入了發(fā)酵系統(tǒng)，從而使發(fā)酵過程失去了正在意義上的純種培養(yǎng)。賴氨酸發(fā)酵是好氧、液體深層發(fā)酵，發(fā)酵溫度37 ℃、pH中性，較酸性發(fā)酵和低溫發(fā)酵更容易侵染其他微生物。為了降低發(fā)酵染菌率，提高產(chǎn)品收率，以賴氨酸發(fā)酵工藝為研究對(duì)象，從工藝改進(jìn)和設(shè)備改造方面進(jìn)行研究，進(jìn)而降低染菌率。

1 賴氨酸發(fā)酵染菌及其危害

在賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，通常所說的染菌包括兩種：一種是感染噬菌體，也是最嚴(yán)重的一種染菌，發(fā)酵罐一旦感染上噬菌體，賴氨酸菌體在很短時(shí)間內(nèi)消溶，發(fā)酵終止。物料發(fā)粘、拉絲，對(duì)后處理系統(tǒng)帶來嚴(yán)重影響。另一種是感染雜菌。由于該菌群復(fù)雜多樣，生產(chǎn)過程中稍有不慎就會(huì)發(fā)生雜菌感染，有時(shí)在發(fā)酵環(huán)節(jié)的影響不明顯，但后處理系統(tǒng)的影響先表現(xiàn)出來。筆者跟蹤分析發(fā)酵染菌與硫酸銨回收率的關(guān)系，發(fā)酵過程若發(fā)生染菌現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致菌體部分發(fā)生自溶，菌體內(nèi)容物外溢進(jìn)入發(fā)酵液中導(dǎo)致發(fā)酵液成分的復(fù)雜化，同時(shí)雜菌自身進(jìn)行其他代謝途徑，產(chǎn)生非目的產(chǎn)物。這些“雜質(zhì)”都會(huì)進(jìn)入到硫酸銨提取工藝過程中，進(jìn)而降低硫酸銨回收率，見圖1。通過硫酸銨回收率擬合線圖可得出，回歸方程：硫酸銨回收率=90.57-0.271 2 染菌率,其中：S=0.737 347，R-Sq=91.6%，R-Sq(調(diào)整)=91.1%，其對(duì)應(yīng)關(guān)系是：染菌率的升高硫酸銨回收率下降[1-4]。

圖1 硫酸銨回收率擬合線圖

2 發(fā)酵過程中的工藝和主要設(shè)備及其染菌的防控措施

2.1空氣系統(tǒng)帶菌

賴氨酸是好氧發(fā)酵，發(fā)酵過程需連續(xù)不斷地通入大量無菌空氣，所以空氣過濾介質(zhì)的效能與染菌有直接關(guān)系。除了過濾器定期滅菌、排污外，壓縮空氣的相對(duì)濕度對(duì)過濾除菌效果影響很大。由于每年夏季空氣含濕量較高，冷卻塔的散熱效果差，循環(huán)水溫度高，如果用循環(huán)水進(jìn)行空氣冷卻，達(dá)不到其露點(diǎn)溫度，水凝結(jié)不出來，高含濕量的空氣進(jìn)入過濾器，降低除菌效果。改用冰水對(duì)壓縮空氣進(jìn)行冷卻后，再加強(qiáng)后冷器、旋風(fēng)分離器和絲網(wǎng)的排水和排污，除水后的空氣再經(jīng)加熱后進(jìn)入過濾器，可以保證除菌效果。

2.2種子罐級(jí)數(shù)的匹配

在發(fā)酵罐接種量不變的情況下，可以采用兩種方式進(jìn)行種子培養(yǎng)，一是一級(jí)種子培養(yǎng)，但培養(yǎng)周期長，延滯期12～18 h，在此期間是染菌的高發(fā)期，整個(gè)種子培養(yǎng)周期在24 h左右；二是二級(jí)種子培養(yǎng)，一級(jí)種子培養(yǎng)周期在18 h左右，分接入3～5個(gè)二級(jí)種子罐，二級(jí)種子罐培養(yǎng)周期10 h左右，一級(jí)種子罐體積小，個(gè)數(shù)少，防染菌工作有時(shí)間和精力保證無菌。實(shí)施后種子罐染菌率維持在2%以內(nèi)，比改造前降低8%。

2.3移種管道復(fù)雜，閥門、死角多

種子罐和發(fā)酵罐間的移種管道在設(shè)計(jì)時(shí)，為了方便移種，任何一個(gè)種子罐都可移入任何一個(gè)發(fā)酵罐，管道互相串通，移種時(shí)有1個(gè)閥門滲漏，會(huì)造成種子罐和發(fā)酵罐大面積連續(xù)性染菌。因此為了簡(jiǎn)化移種管道，使移種的兩個(gè)罐不受其他任何管道、閥門的影響。在移種時(shí)使用活動(dòng)軟管連接對(duì)應(yīng)的種子罐和發(fā)酵罐。改造后二級(jí)種子罐和發(fā)酵罐間均不存在公用移種管道部分，杜絕了相互間的影響，移種時(shí)只需要使用活動(dòng)軟管將對(duì)應(yīng)種子罐和發(fā)酵罐的移種管道連接即可；同時(shí)改造后的移種管道處于停用狀態(tài)時(shí)不需要再采用蒸汽汽封，降低了閥門的故障率，見圖2、圖3。移種管道改造后，發(fā)酵前期染菌下降至0.5%，比以前降低1.5%。

圖2 移種管道改造前

圖3 移種管道改造后

2.4滅菌蒸汽的飽和度對(duì)染菌的影響

發(fā)酵車間用于發(fā)酵罐空消和種子罐實(shí)消的蒸汽均為過熱蒸汽，過熱蒸汽溫度較高，不便于滅菌操作的溫度控制，經(jīng)常會(huì)超出控制指標(biāo)，而發(fā)酵過程所必需的pH電極和溶氧電極難受溫度有限，一般不超過130 ℃。而過熱蒸汽溫度較高，對(duì)閥門的密封材料損傷較大，極易導(dǎo)致閥門故障泄漏，為防染菌工作帶來隱患。通過增濕減溫減壓裝置將過熱蒸汽飽和化形成飽和蒸汽，溫度下降后，閥門故障率下降約10%，見表1。

表1 蒸汽溫度改造前后比較

2.5截止閥滲漏改造

通過在截止閥硬密封閥瓣處加裝耐熱四氟塑料板，即可將硬密封改為軟密封，軟密封面耐硬物磨損，密封性較好且保障閥門的密封性減少染菌現(xiàn)象發(fā)生[5-6]。

圖4 截止閥改造換軟密封墊

通過工藝和設(shè)備改造后(圖4)，發(fā)酵的染菌率明顯下降，發(fā)酵染菌率變化見圖5，且改善后過程控制能力大幅度增強(qiáng)，CPk由-0.91提高到1.18，Cp由0.98提升到2.76，硫酸銨回收率也增加到87.1%，見表2。

圖5 發(fā)酵染菌率變化圖

項(xiàng)目CPKCP硫酸銨回收率/%改善前-0.910.9880.3改善后1.182.7687.1

3 結(jié)果與討論

導(dǎo)致發(fā)酵染菌的原因很多，筆者列了部分，也是生產(chǎn)過程中遇到的一個(gè)個(gè)問題，主要有空氣帶菌、種子帶菌、工藝設(shè)計(jì)的缺陷、工藝參數(shù)的設(shè)定和設(shè)備等方面。染菌對(duì)于發(fā)酵輕則影響產(chǎn)量、質(zhì)量，重則倒罐甚至停產(chǎn)，對(duì)后處理工序的影響巨大，尤其是環(huán)保處理。因此防染菌對(duì)于發(fā)酵具有重大意義，應(yīng)引起生產(chǎn)管理人員、技術(shù)人員的高度重視。在發(fā)酵生產(chǎn)過程中，應(yīng)從發(fā)酵生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)控制，減少發(fā)酵染菌率。

[1] 田孝俊,張路軍,任 偉. 谷氨酸發(fā)酵染菌的原因分析[J]. 發(fā)酵科技通訊,2004,33(3):14.

[2] 郝常明,趙建鋒,黃雪菊. 生物發(fā)酵染菌問題的探討[J]. 醫(yī)藥工程設(shè)計(jì),2007,28(2):11-15.

[3] 容艷筠.從設(shè)備的角度談發(fā)酵染菌的防控[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2012(14):130.

[4] 黃雪菊,趙建峰, 阿維菌素發(fā)酵染菌問題的探討[J]. 農(nóng)藥,2007，46(10)：659-662.

[5] 李 鵬. 發(fā)酵裝備引起發(fā)酵染菌的原因和預(yù)防[J]. 黑龍江科技信息,2012(35):2.

[6] 張慧濤，侯新強(qiáng).發(fā)酵裝備引起發(fā)酵染菌的原因和預(yù)防[J]. 醫(yī)藥工程設(shè)計(jì),2006,27(2):27-29.

Studyonreducingtherateoflysinefermentation

Ding Weiyun1, Su Hongyi2, Yu Jun3

1. COFCO Agricultural Industry Management Services Co., Ltd. (Beijing 100020)2. COFCO Biochemical (Anhui) Co., Ltd. (Anhui 233010)3. COFCO Joy Come (Chifeng 024500)

Dyeing is the most difficult problem in lysine production, and it is also the key factor that directly affects yield, extraction yield, product quality and cost. The harmfulness of bacteria in fermentation process was expounded, the factors caused by bacterial infection fermentation equipment were analyzed. From the point of view of technology and equipment, the reason of fermentation caused by equipment contamination and its prevention and control measures to prevent contamination hazards from the fermentation process and equipment were represented.

fermentation； dyeing bacteria； process； equipment； cost

TS201

B

1672-5026(2017)05-019-03