环保形势下抗生素发酵无菌管理

2021-01-19郭雷邹智永牛玉芳侯新龙俞天南

生物化工 2021年2期

关键词：发酵罐异味发酵液

郭雷，邹智永，牛玉芳，侯新龙，俞天南

（山东鲁抗舍里乐药业有限公司，山东济宁 272000）

我国抗感染类产品80%为发酵类抗生素，抗生素产量位居世界首位[1]。在抗生素原料药发酵生产中，预防染菌一直是发酵过程中的难点话题，关系着发酵的成败。

针对发酵工业普遍存在的染菌问题，可以从“人、机、料、法、环”5个方面进行分析并采取针对性的解决措施[2]。常规的“环”指的是环境，即某些产品生产时对环境的诸多要求。但是发酵工业的生产实践表明，在目前的环保形势下，“环”有了新的定义。

1 抗生素发酵工业染菌问题分析

抗生素原料药发酵类制药行业是我国国民经济的重要组成之一。2016年以来，国家环保政策持续收紧，环保督察日益常态化，大量不合规中小企业退出原料药市场，竞争格局逐渐优化。在环保收紧背景下，大规模抗生素发酵产业园区相对比较集中且对应的环保设施需要进行配套建设，这些企业已将“环保”打造成企业的核心竞争力。

近年来，随着环保监管的不断趋严，抗生素发酵车间消毒高温废气的处理以及培养废气的收集处理环保设施不断投入使用，造成原来单独运行或相对单独运行的发酵罐以及种子罐排气管道被迫串联至一起，极易造成相互影响，造成无菌控制难度的增加。在发酵过程中，对抗生素生产影响比较大且普遍遇到的杂菌一般是细菌，主要包括球菌、杆菌及芽孢杆菌等，染霉菌的现象相对比较少见，但是一旦染霉菌，其危害是相当严重的[3]。

目前，全世界针对发酵尾气的处理方法不多，而且至今仍没有一个高效、经济、合理的治理方案。国外部分制药企业会将阻沫后的发酵废气通过膜过滤器进行过滤处理，但是会对菌体发酵代谢、发酵液产能带来一系列的影响[4]。部分发酵企业的发酵尾气经旋风分离器汽水分离后采用“1级水喷淋+2级生物循环洗涤塔+1级碱循环喷淋+1级水喷淋洗涤装置”处理后达标排放，异味治理效果相对较好。部分企业对发酵尾气安装了降温用换热器、旋风分离装置、尾气喷淋洗涤塔和光氧催化组合设施，取得了一定的治理效果，但是运行效果仍不理想。本文以“降温用换热器+旋风分离装置+尾气喷淋洗涤塔+光氧催化”组合设施为例，分析其运行情况，并提出相应的无菌管理措施。

2 异味处理设施运行情况和无菌管理措施

2.1 设备长期运转造成憋压问题

在设计风筒时要充分考虑弯道阻力问题，因为风筒弯道较多且弯头半径较大，在一定程度上造成管道压力增大[5]。同时，发酵消毒排气温度如果不进行降温处理，排气温度可最高达到130 ℃左右，如果温度较高则会造成环保异味处理设施箱体或塔体内部的丝网除雾器、折流板脱水层以及填料高温变形以致损伤原有功能，进而导致排气通道变窄影响正常排气。另外，要严防环保异味处理设施风机的异常停机，一旦停机风筒压力长时间保持高压状态，将引发大面积染菌问题。

针对憋压问题，目前常规做法是设计时充分考虑弯道阻力的影响，降低弯头使用比例，合理布局管道走向；同时使用“列管换热器+板式换热器”或“板式换热器+板式换热器”两级降温；定期2年左右检修或者更换新的丝网除雾器、折流板脱水层、填料；增加环保异味处理设施异常报警系统，将其引入24 h监控室，做好运行情况的监督。

2.2 部分产品逃液等造成填料被污染导致排风不畅通

某些抗生素发酵产品因其产品特性原因，在其连续几天的发酵培养过程中极易出现上液面顶罐而导致的异常逃液、排气或消毒排气夹杂发酵液进入环保异味处理设施的情况，部分员工的异常操作也会使得夹杂发酵液的气体进入环保异味处理设施，造成箱体或塔体内部的鲍尔环PP填料球体被污染。箱体或塔体内部的鲍尔环PP填料球体一旦长期被污染，则会进一步导致排气通道受阻影响正常排气。

针对逃液造成的排风不畅通问题，需要控制好液面，防止不必要的逃液；定期使用高压水枪进行清理；填料球可以考虑使用不锈钢材质；同时定期排放循环水槽的水，将沉积在底部的“菌落物质”“发酵培养基”形成的淤泥物排掉，防止重新喷淋至填料球体上面。

2.3 多个风筒串联造成排气不畅甚至反顶现象

环保异味处理设施的安装使得原来单独运行或相对单独运行的发酵罐以及种子罐排气管道被迫串联至一起，极易造成相互影响。同时根据环保相关要求，部分企业发酵厂房排气用的旋风下沿大都进行全面密封，此项措施则进一步加大抗生素发酵无菌控制的难度。

针对此情况，要充分考虑环保异味处理设施风机的冗余风量，综合对风机进行选型。实际生产中发现，风机负载70%～80%时，使用效果较好；在对溶氧要求不严格的情况下，可以考虑增加搅拌转速而适当降低空气流量；针对消毒期间的串气，采取错峰消毒的方式，防止一套环保异味处理设施系统内多处高压下的消毒排气集中排放。在环保异味处理设施安装启用后，一定要考虑各个支路的排汽是否能够畅通，排汽主管建议选用较大管径的管道，避免主管形成内部“假”压力，造成其他支路排汽不畅通或形成“内循环”，导致管道消毒不彻底，影响无菌环境。对于能够改造成明排的排气管道，尽量改造，会更加有利于发酵无菌的控制，并能够直观地发现堵塞情况，同时有利于降低蒸汽的使用量。但是，从现场方面考虑，明排可能会造成较大的污染，增加厂房的异味问题。

2.4 染菌罐的放罐过程造成排气不畅甚至反顶现象

目前的抗生素原料药大规模发酵，一个发酵厂房常规布置24台或36台发酵罐，8台或12台发酵罐及其对应的种子罐组合成一套系统，而一套系统对应安装一套异味处理环保设施。多台发酵罐排气对应的旋风并联进入同一套环保设施造成抗生素发酵无菌控制难度的增加，这就要求更加严谨地处理染菌罐。染菌罐内的气体充满大量杂菌，放罐结束时要充分考虑缓慢泄压处理，防止放压过快造成杂菌通过串联的风筒反顶进入其余的罐，导致大面积染菌。

2.5 不同类型罐体采取差别压力控制措施

为避免相互串气导致个别发酵生产批次出现染菌情况，根据工艺需求，在满足罐内培养基溶氧的前提下可以考虑将种子罐罐压适当提高或者发酵罐罐压适当降低。确保供发酵罐使用的种子可以满足无菌正常、供应正常，稳定生产秩序。而在微生物发酵过程中，正确判断发酵罐无菌情况特别是种子罐的无菌情况是日常工作，以往简单的依据肉汤、斜面等无菌样进行判断，经常会出现错判和误判，进而对生产造成较大的损失。必须结合发酵液的代谢情况和取样时发酵液的镜检情况，结合发酵液外观、气味等以及结合环保异味处理设施运行情况进行综合判断，防止出现错判和误判，给生产带来较大损失。

2.6 厂房无组织排放处理设施的使用

除了以上有组织环保异味处理设施运行过程中的相关问题，在目前环保日渐收紧背景下，结合相关国家环保政策要求，大多数企业发酵厂房已安装无组织排放处理设施，同样的也存在一定的无菌风险点源，加大了无菌发酵的管理难度。因抗生素原料药大规模发酵厂房相对较大，厂房占地面积大、厂房高度也相对较高，结合换气次数、新风补给等众多因素导致无组织排放处理设施的风机风量较大，该设施一旦正常开启后厂房内空气流动会发生一定的变化，这就需要发酵管理人员、消毒人员充分考虑种子罐火焰接种问题，同时种子罐接种过程中要考虑减少周围空气的流动。针对此情况，可以适当降低风机变频，使风筒内部形成微负压即可，同时此操作在一定程度上降低了用电、用水等，实现了抗生素发酵的清洁、低耗生产；或者在种子罐火焰接种过程中使用多面的立体屏风进行有效遮挡，降低空气扰动对接种过程无菌环境造成的不良影响；另外，无组织排放处理设施可以考虑实现一键启动或关停，种子罐火焰接种前后及时关停或者重新启动风机。

通过日常对抗生素发酵生产车间厂房环境的消毒和卫生管理，可以最大程度地降低杂茵对发酵生产的威胁；同时将活菌体灭活后再进行排放，主要包括取样排污、洗罐废水等，可以减少噬菌体和其他杂茵生长的机会；每天对地面、设备进行有效清洁，确保无积水和积料；定期采用漂白粉等消毒剂对集水井、地漏等进行消毒处理，降低杂菌的密度。