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        你可知道發酵罐四大可定量的補料方式及其優缺點嗎?
        關鍵詞:發酵罐
        補料分批發酵是最重要的一種生產模式,是指在無菌條件下向發酵系統中補加一定物料,維持生物生長和生產所需要的營養或前體,介于分批發酵和連續發酵之間的一種發酵生產模式。

        本文結合GMP最新要求和發酵的特點,歸納了四種常見的可定量的生物過程補料方式并簡述了其優缺點:四種方式分別是火焰插針方式、可在線SIP的蠕動泵補料方式,以及基于流量計和計量杯的補料方式。

        有幾個涉及補料的發酵參數,如pH和泡沫控制,可通過PID自動反饋調節。除此之外,更多補料如C源,N源,前體,誘導物,抑制劑等,它們在添加前需要對多個參數進行相關性分析,往往不是一個,然后再根據經驗規則制訂補加策略。由于目前還沒有一套可閉環控制的補料方案,所以需要不斷的根據參數變化來修改策略。    無論哪一種方式,都需要工藝人員掌握累積補料量和實時補料量,甚至對待它們要比測量的那些生理參數優先級還要高,因此補料的定量控制能力成了對發酵設備的基本要求。同時,補料除了符合定量之外,還要考慮無菌因素和法規要求。
        法規要求
        新版GMP規定:發酵過程需補料操作時要求在無菌操作條件下進行,應事先對補充的物料配制后補料前進行在位滅菌或過濾滅菌,應對補料管路進行滅菌保證無死角,應采用密閉或封閉系統進行補料。以上規定對食品和原料藥生產涉及的發酵過程的補料進行規范,大大降低了因補料導致的質量風險。
        小規模生物過程補料
        傳統蠕動泵補料方式
        ①將配制好料液加到補料瓶a內,并用硅膠管d將補料瓶a和補料針組件e連接好,然后將補料針組件包上紗布和牛皮紙后,整體再放入滅菌鍋內滅菌;
        ②將滅菌后的硅膠管d安裝到蠕動泵c內;
        ③對接種環境進行消毒;
        ④在火焰保護下,將補料針刺穿補料組件上的硅膠塞,再旋緊補料針。
        ⑤打開發酵自控系統上的補料程序,進行自動補料。
        優缺點:該工藝簡單實用,雖然實際染菌率很低,卻因為是敞口操作,沒有合適的驗證方案,經常不被GMP審核員認可,所以這種方法多見于試驗室。
        具有SIP功能的補料方式
        具體操作流程如下:
        ①將配制好料液加到補料瓶a,用硅膠管c將補料瓶a和補料隔膜閥e(含小排氣閥g、卡箍連接件i、j)連接好,關閉隔膜閥e后,整體放入滅菌鍋內滅菌;
        ②將滅菌后的硅膠管c安裝到蠕動泵d內,并用卡箍連接件i、j將補料隔膜閥門e、小排氣閥g與相應管路連接好;
        ③打進蒸汽閥h,打開小排氣閥g,稍微打開補料隔膜閥f,對補料管路進行滅菌;
        ④滅菌完畢后關閉進蒸汽閥h和小排氣閥g,打開補料隔膜閥e;
        ⑤打開計算機控制系統上的補料程序,進行自動補料。
        優缺點:該方法最大的優點就是可以對整個補料管路進行在線SIP,徹底消除滅菌隱患,滿足GMP法規的要求,但是只能應用于試驗罐或小規模發酵補料。
        注意點:呼吸過濾器的完整性往往被用戶忽視,導致染菌而不自知。
        大規模生物過程補料
        基于流量計的補料
        流量計一般選用質量流量計、電磁流量計、渦街流量計等。其中質量流量計適用于電導率低的介質,測量精度可達到±0.25%;電磁流量計適用于電導率高的介質,測量精度達到±0.5%;渦街流量計適用于電導率低的介質,測量精度達到±0.75%,可根據實際情況要求選擇相應的流量計。
        流量計式補料系統工藝流程見上圖,流量計與氣動隔膜閥組成一個補料控制回路,流量計檢測累計補料量,氣動隔膜閥控制流加?刂撇呗钥梢苑譃閮煞N:一種是與pH、DO、濁度等分析儀表進行閉環控制,例如補堿、氨水、消泡劑等;另一種是按時間和數量進行的流加控制,例如補硫胺、糖液等。
        補料控制一般采用PID控制,每隔一個掃描周期采樣一次,與上次的數值進行對比,通過PID算法將補料量轉換為開閥時間。
        優缺點:結構簡單,功能強大,與計算機配合可實現自動補料工藝。缺點是對不同的補料通用性稍差,易受流量計前后壓力波動的影響等,但從長遠看這是一種能夠替代計量杯補料的系統。
        基于計量杯的補料方式
        計量杯式補料系統在抗生素發酵生產中應用較廣,其原理是把欲補充的營養物質按計量罐的容積,根據補料速率,換算成相應的時間,然后等間隔地流加進發酵罐。
        計量杯式補料系統工藝流程見上圖,主要由進料隔膜閥、計量罐、高/低液位電極、出料隔膜閥等組成。具體操作流程如下:
        ①在發酵實罐滅菌時,對計量杯系統進行滅菌,或者在補料前對料液分配系統進行滅菌;
        ②滅菌完成后,關閉小排氣閥h和l,關閉進料氣動隔膜閥b、出料氣動隔膜閥k,打開進料手動隔膜閥j和壓力平衡閥;
        ③打開計算機控制系統上的補料程序,開始根據設定自動補料。
        該補料方式的優點是計量準確,直觀,通用性好。
        缺點是:使用高低液位電極原理的計量杯式補料系統僅適用于電導率高的液體,對于補油,需要將這種電極更換成光學傳感器;另外,這種方式涉及了大量的閥門管道,因此導致操作復雜,容易形成滅菌死角,且維護不方便,未來很可能被其他補料方式取代。
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