Лабораторные ферментеры из нержавеющей сталиВ качестве основного оборудования для исследований микробиологической культуры, синтеза метаболитов и биологических реакций, благодаря преимуществам коррозионной стойкости, легкости очистки, точного контроля температуры, широко используется в микробиологии, биоинженерии, пищевой науке и других областях. Его эксплуатационные нормы напрямую определяют стабильность ферментационной системы и повторяемость экспериментов, а процесс стерилизации является ключевой предпосылкой для предотвращения загрязнения и обеспечения успеха эксперимента. В этой статье будет подробно разобран стандартный рабочий процесс и основной метод стерилизации лабораторных ферментеров из нержавеющей стали, чтобы предоставить экспериментаторам практическое руководство по посадке.
Процедуры работы ферментеров из нержавеющей стали в лаборатории
Лабораторные ферментеры из нержавеющей стали должны работать в соответствии с логикой замкнутого цикла « Подготовка - отладка - ферментация - окончание», ядром которого является точный контроль температуры, pH、 Растворить кислород, перемешать и другие ключевые параметры для удовлетворения роста микроорганизмов и метаболических потребностей.
(i) Предэксплуатационная подготовка: создание прочной экспериментальной основы
Проверка оборудования: проверка состояния основных компонентов ферментера на индивидуальной основе - отсутствие повреждений и утечки цистерн и уплотнений; Гибкое вращение весла без картона; Датчики температуры, pH электроды, растворители кислорода и другие зонды очищаются без царапин; Входные трубы, заправочные трубы, выхлопные трубы и другие трубопроводы проходят без пробок; предохранительный клапан, манометр и другие компоненты безопасности в течение срока действия проверки. В то же время проверьте, работает ли вспомогательное оборудование (например, воздушный компрессор, охладитель, ползучий насос, стерилизационная кастрюля) нормально.
Материальная подготовка: точная подготовка питательных сред в соответствии с формулой ферментации, чтобы обеспечить точное взвешивание и полное растворение компонентов (источник углерода, источник азота, неорганические соли, микроэлементы и т. Д.), чтобы избежать сгустков. Для легко окисляемых или термочувствительных компонентов требуется отдельная компиляция и последующее добавление с помощью стерильной фильтрации (0,22 мкм фильтра). Приготовьте суспензию, чтобы убедиться, что активность штамма соответствует стандарту и концентрация соответствует требованиям вакцинации.
Соединение и уплотнение трубопроводов: соединить трубопроводы в соответствии с процессом ферментации - впускные трубы соединены с асептической воздушной системой, выхлопные трубы подключены к конденсатору и системе обработки выхлопных газов, заправочные трубы соединены с стерильными баллонами для пополнения, пробоотборные трубы оснащены стерильными пробоотборными клапанами. После соединения затягивайте гайки каждого интерфейса, чтобы обеспечить плотное уплотнение (которое может быть проверено последующим стресс - тестом), чтобы избежать утечки воздуха или проникновения примесей во время ферментации.
(2) Отладка оборудования: точная настройка параметров
Отладка на холостом ходу: Включите общий источник питания ферментера, запустите систему управления, последовательно проверьте систему перемешивания (отрегулируйте скорость вращения до 50 - 100 rpm, наблюдайте плавность работы перемешивающего весла), систему контроля температуры (установите 37°C, проверьте, правильно ли включен и выключен нагревательный или охлаждающий модуль), систему управления pH (калибруйте pH - электрод стандартным буфером, чтобы убедиться, что ошибка считывания ± 0,05), систему управления растворением кислорода (калибруйте растворимый электрод кислорода и наблюдайте, чувствительны ли изменения в показаниях после входа в воздух).
Заполнение питательной среды и параметрическая предустановка: приготовленная среда вводится в ферментер через стерильную воронку, а наполнение контролируется на уровне 50 - 70% эффективного объема цистерны (во избежание разлива пены или недостаточного растворения кислорода в процессе ферментации). После закрытия отверстия подачи в системе управления предварительно устанавливаются основные параметры - температура (например, бактерия 37°C, грибок 28°C), скорость перемешивания (в соответствии с потребностями штамма устанавливается 50 - 300rpm), объем вентиляции (обычно 0,5 - 2vm, то есть на объемную питательную среду поступает 0,5 - 2 объема стерильного воздуха в час), значение pH (например, бактерия 7.0 - 7.2, дрожжи 4.5 - 5.5) и стратегия пополнения (время пополнения, скорость пополнения).
(3) Эксплуатация ферментации: динамический мониторинг и регулирование
Операция вакцинации: вакцинация с использованием стерильной операционной технологии - вытирание и дезинфекция рта с алкоголем, быстрое введение суспензии штамма в резервуар после открытия отверстия для вакцинации, немедленное затягивание гайки отверстия после инъекции. Процесс вакцинации должен быть быстрым и стандартизированным, чтобы избежать введения гетеробактерий в течение длительного времени воздействия воздуха.
Контроль и настройка параметров: регистрация температуры каждые 1 час в начале ферментации, pH、 Растворить кислород, скорость перемешивания и другие параметры, после стабилизации могут быть продлены до 2 - 4 часов записи один раз. Динамическое регулирование в соответствии с изменением параметров: при отклонении температуры от заданного значения, регулировка через нагревательный или охлаждающий модуль; При снижении pH добавляется асептический аммиак или раствор NaOH, а при повышении pH - асептическая соляная или органическая кислота; При низком растворении кислорода можно увеличить скорость перемешивания, увеличить вентиляцию или ввести чистый кислород; При появлении большого количества пены вручную добавляйте стерильный пеногаситель или запускайте автоматическую систему пеногасителя.
Отбор и проверка проб: периодический отбор проб в соответствии с экспериментальными потребностями, дезинфекция пробоотборного клапана спиртом перед взятием проб и сброс небольшого количества ферментативного раствора для промывки трубопровода, а затем сбор проб. Образцы должны своевременно обнаруживать концентрацию бактерий (например, определение OD600), содержание метаболитов (например, высокоэффективный хроматографический анализ жидкой фазы), остаточные компоненты питательной среды и т. Д. Чтобы обеспечить основу для оценки процесса ферментации и корректировки параметров.
(4) Конец ферментации: нормативный останов и очистка
Операция остановки: Когда ферментация достигает заданного конца (например, пиковая концентрация бактерий, максимальная выработка метаболитов), сначала выключите нагревательный / холодильный модуль, систему перемешивания и систему вентиляции, а затем отключите общий источник питания. Медленно открывайте выхлопной клапан для разгрузки давления, пока давление в резервуаре не снизится до нормального давления, откройте выходное отверстие для сбора ферментативного раствора.
Предварительная очистка: своевременно сбрасывать остаточный ферментатор в резервуаре, промывать внутреннюю часть резервуара проточной водой, перемешивать весла и поверхность зонда, удалять видимые прилипания бактерий и остатки питательной среды. Для системы трубопроводов промывание может быть обеспечено путем включения в водопроводную воду высокого давления, чтобы обеспечить отсутствие остаточной жидкости.
II. Процесс стерилизации в лабораторных ферментерах из нержавеющей стали
Разное загрязнение является одной из основных причин неудачных экспериментов по ферментации, лабораторная стерилизация ферментеров из нержавеющей стали должна соответствовать принципу « полного покрытия, полной стерилизации», ядро для стерилизации цистерн, питательных сред, трубопроводов и аксессуаров, общий метод - влажная термическая стерилизация (пастеризация паром высокого давления), специальная сцена может сочетаться с сухой термической стерилизацией или химической стерилизацией.
(1) Подготовка к стерилизации: обследование и предварительная обработка
Проверка оборудования и трубопроводов: подтверждение того, что уплотнения ферментера (например, силиконовое уплотнительное кольцо) не стареют, интерфейс трубопровода не ослаблен; Проверьте, соответствует ли уровень воды в стерилизованной кастрюле стандарту, предохранительный клапан, выхлопной клапан функционируют нормально. Для компонентов, которые не выдерживают высоких температур (например, некоторые pH - электроды, растворимые кислородом электроды), необходимо предварительно демонтировать и заменить их специальными заглушками для стерилизации или использовать отдельную стерильную обработку.
Предварительная обработка цистерн и трубопроводов: промывание цистерн и трубопроводов деионизированной водой для удаления остатков моющих средств или примесей. После введения питательной среды в резервуар, откройте перемешивающее весло и перемешайте в течение 5 - 10 минут, чтобы обеспечить равномерное распределение питательной среды, чтобы избежать местных сгустков, влияющих на эффект стерилизации.
(2) Основной метод стерилизации: операции гидротермальной стерилизации (обычно)
Влажно - термическая стерилизация использует высокотемпературные (121 ° C) пары высокого давления и высокую влажность для уничтожения микроорганизмов и спор, подходит для резервуаров, питательных сред, трубопроводов и других высокотемпературных компонентов, конкретный процесс выглядит следующим образом:
Закрытие и впуск: Закройте все отверстия ферментера (отверстия подачи, пробоотбора, выхода), затяните гайки каждого интерфейса, чтобы обеспечить герметичность цистерны. Подключите выхлопные трубы, впускные трубы ферментера к стерилизационному котлу или специальному стерилизационному парогенератору, откройте впускной клапан и медленно войдите в пар, чтобы исключить холодный воздух в резервуаре и трубопроводе (остатки холодного воздуха могут привести к локальной температуре, неполной стерилизации).
Повышение давления и изоляция: после непрерывного выпуска равномерного пара из выхлопной трубы (без включения холодного воздуха) выключите выхлопной клапан и начните повышать давление. Когда давление в резервуаре поднимается до 0,1 МПа (манометрическое давление), температура достигает 121°С, поддерживая это давление и температуру в течение 30 - 60 минут (в зависимости от состава питательной среды: содержание крахмала, белка и других трудностерилизуемых компонентов увеличивается до 60 минут, обычная питательная среда - до 30 минут). Во время стерилизации внимательно следить за давлением и температурой, если давление падает, необходимо своевременно заполнить пар.
Снижение давления и охлаждение: после окончания стерилизации сначала медленно открывается выхлопной клапан для разгрузки давления, и когда давление падает до 0,02 МПа, открывается система охлаждения (например, охладитель) для охлаждения цистерны. Когда температура в резервуаре падает до 40 - 50°C (избегая чрезмерно высокой температуры, когда вакцинация приводит к инактивации вида, слишком низкая приводит к затвердеванию питательной среды), давление падает до атмосферного давления, отключите систему охлаждения, готовьтесь к вакцинации.
(3) Способы вспомогательной стерилизации: адаптация к специальным сценам
Сухая термическая стерилизация: для компонентов, которые не могут быть подвергнуты гидротермальной стерилизации (например, ложка для отбора проб металла, приспособление в стерильном рабочем столе), помещается в контейнер для сухой термической стерилизации, стерилизуется при температуре 160 - 180 °C в течение 2 - 3 часов, после стерилизации естественным охлаждением до резервной комнатной температуры.
Химическая стерилизация: для трубопроводов или поверхностей, которые не выдерживают высоких температур (например, некоторые пластиковые трубопроводы, датчики зондов), протрите 75% алкоголя для дезинфекции или замачивания в течение 30 минут, а затем промыть стерильным физиологическим раствором, чтобы удалить остаточный алкоголь, чтобы избежать подавления штамма химическими реагентами.
Стерилизация асептической воздушной системы: воздух, входящий в процесс ферментации, должен быть стерильным и может быть обработан путем высокотемпературной стерилизации (нагрев воздуха до 121°C в течение 30 минут) или фильтрации фильтра (с использованием стерильного фильтра 0,22 мкм), чтобы убедиться, что воздух, входящий в резервуар, не содержит примесей.
(4) Проверка и обслуживание после стерилизации
Проверка стерилизационного эффекта: можно использовать « метод пустой культуры» для проверки - после стерилизации не вводится, ферментер помещается при заданной температуре ферментации для культивирования 24 - 48 часов, если питательная среда не мутная, рост без бактерий, что указывает на пригодность к стерилизации; Можно также использовать биологические индикаторы (например, термофильные споры Bacillus Bacillus), индикаторы культивирования после стерилизации, если индикаторы не обесцвечивают, то стерилизация квалифицирована.
Сброс и сохранение компонентов: после того, как стерилизация будет квалифицирована, зонд, который будет демонтирован заранее (например, pH, растворенный кислородный электрод), будет смочен стерильным физиологическим раствором после установки сброса, чтобы обеспечить герметичность интерфейса. Ферментеры, которые не используются немедленно, должны оставаться сухими в цистерне и могут быть введены в асептическую воздушную сушку изнутри, закрыв все отверстия для резервного использования.
Ключевые меры предосторожности при проведении операций и стерилизации
Приоритет безопасности: в процессе стерилизации запрещается самовольное открытие цистерны или кастрюли для стерилизации, при разгрузке необходимо работать медленно, чтобы избежать резкого падения давления, ведущего к кипению питательной среды; При эксплуатации системы перемешивания запрещается протягивать руку или инструмент в резервуар, чтобы предотвратить механическое повреждение.
Асептическая операция проходит через весь процесс: прививки, отбор проб, добавки и другие аспекты должны проводиться в стерильном рабочем столе, оператор должен регулировать ношение стерильной одежды, перчаток, масок, чтобы избежать искусственного введения гетеробактерий.
Периодическое техническое обслуживание оборудования: ежемесячная проверка старения уплотнений ферментера, своевременная замена; Каждые 3 - 6 месяцев калибруйте датчики температуры, pH - электроды, растворимые кислородом электроды и манометры для обеспечения точности обнаружения параметров; После стерилизации цистерна своевременно очищается, чтобы избежать коррозии внутренней стенки нержавеющей стали остатками питательной среды.
Полная регистрация параметров: подробная регистрация температуры во время операции, pH、 Растворить кислород, скорость перемешивания и другие параметры, а также стерилизовать давление, температуру, время изоляции и другую информацию, чтобы обеспечить основу для повторения эксперимента и расследования проблемы.
В общем,Лабораторные ферментеры из нержавеющей сталиПроцесс эксплуатации и стерилизации должен соответствовать основным принципам « точного контроля, стерильной защиты». Стандартный рабочий процесс обеспечивает стабильность параметров ферментации и повышает повторяемость экспериментов; Строгий процесс стерилизации может избежать загрязнения от источника и обеспечить успех эксперимента. Зная вышеупомянутые процессы и меры предосторожности, вы можете в полной мере использовать экспериментальную ценность ферментера, чтобы обеспечить надежную поддержку микробиологических исследований и биоинженерных экспериментов.