发酵防污染策略（一）
我们经常听到关于发酵防污染上的事情，要么是生产过程使用的压缩空气处理的问题，要么是在下游产品处理过程中的设备清洁，造成的微生物污染、降解的问题，等。
这些问题，最终回溯到一个根源性的依据，到底是什么标准和规范要求这样去做呢？一些经验做法到底合不合时宜呢？为了这样的追根溯源，我们确实花了好一顿功夫，现在整理出来，共勉。以发酵过程使用到的压缩空气为例，大气涉及的污染源就有以下一堆：
实际上，防止过程染菌，不仅适用于生物发酵领域，同样也适用于制药、食品等领域，只不过，很多问题都要具象化，所以，这里就以生物发酵领域进行叙述和说明。
生物发酵防止染菌，兹事体大，轻则倒罐，造成损失；重则厂址迁移，重头再来。这个是有真实案例的，美国的某生物发酵工厂，长期受噬菌体的影响，基本处于白做工状态，为尽快结束这样的情况，他们将厂址搬到了几十公里外的地方，才彻底解决了这个问题。按统计分析的数据，造成发酵过程染菌的原因很多，以下据说是日本发酵研究所多年数据，虽然有点久远，但依然可以为国内参考。
可见，以前空气系统造成的比例较高，但是，现在空气系统造成的染菌问题，已经大大减少，主要得益于良好的设计和稳定的过滤产品品质，但依然不排除，某些企业在对设计选型认知的不足，造成其可能作为好氧发酵里面较大的潜在污染源。
下图为常见的某进口品牌的灭菌过滤器的外形和工作原理图，图中文字为德文，但应该不妨碍大家理解：
为了更方便理解生物防污染系统，这里，我们介绍一个概念：无菌边界（sterile boundary），所谓无菌边界，就是系统中计划保持没有外来微生物的侵入的边线。
通俗的说，就是无菌边界，不能有杂菌。当然对应的非无菌边界，就相对没有这么严格了。发酵的无菌边界，如图所示，粗线条的地方，就是无菌边界：
可见，发酵用的压缩空气，最后的屏障就是灭菌过滤器，前面的空气处理工艺，最终的目的就是减缓灭菌过滤器失效或者减轻灭菌障碍的系统辅助。既然有了这个认知，但是选择前面空气处理除水除杂工艺，依然不能掉以轻心，毕竟一旦累积到一定程度，一样会对过滤器造成很大的负面影响。
现在发酵压缩空气处理工艺中，应用的流程工艺主要有两种，一个是“两级冷却，一级加热”，另外一个是“一级冷却，冷热空气混合”，两个流程示意如下：
当然，还有一些不一样的流程示意，根据自身工艺的不同，在上述流程的基础上进行了调整，但都差不多。其中，又以后一个更显得主流和节能，这方面的信息，也可以看看我们的另外一篇文章：“初识发酵用压缩空气”相互参阅。
但，有业界的大佬朋友，一再强调，压缩空气除湿的重要性，要使用分子筛进行除湿，将露点温度降至-20℃，甚至-40℃。这个在工厂实际操作中为了避免结露，也结合工厂实际过程的染菌率水平来看，和国外企业一样，提高空气处理质量，是很有必要的。
国外对压缩空气质量提高的依据，包括比如英国的BCAS协会说，直接接触食品和药品的露点，要求-40℃。道理就是说这个温度情况下，可以抑制微生物的生长，但同时也说明了，并不能消灭它们。同时，结合我们染菌的实际情况，也结合ASME的生物过程装备的规范和国际先进的压缩空气处理标准，我们认为，初期提高处理压缩空气质量的要求是合理的。下面我们对BPE规范进行梳理，有助于提高大家防污染的认识：
1、 对于无菌边界而言，关键在于最后的过滤器，包括预过滤器和灭菌过滤器等，对于预过滤的颗粒物过滤器，有很多已经可以做到在0.01微米情况下，拦截效率达99.9999%，而对于最后的灭菌过滤器，甚至可以100%。而且常见的空气中的杂菌，其大小比过滤器要大得多：
2、 常见的灭菌过滤器主要采用的材料有PTFE、PVDF等，这些材料有个最大的特点，就是具有良好的疏水性，当空气中混有少最液滴时，疏水膜不会被水浸湿而影响过滤除菌的效果。下面是疏水性的演示，有些PTFE会更好。
3、 无菌空气的效果验证。对于设计使用的无菌空气是否能达到要求，当然以实际对生产有无影响为验证准则，同时也可以采用类似的培养法或光学法进行评估。
这在ASME的《Bioprocessing Equipment（生物过程装备）》、21 CFR 211以及ICH Q7《原料药的药品生产质量管理规范指南》等都有提到监测和验证的重要性，而我们很多人却没有从这些方面入手，更多的来自于臆测。现在的空气采样器已经比较成熟，并在国外得到广泛应用。
通过我们上述分析，并根据ASME的BPE设计准则，参照国内的一些标准规范，对我们的生产线进行设计和制造，这样，我们就可以防患于未然，不可能说的高枕无忧，但至少减少了很多客观上的污染源头。
文中很多理据，以及下一篇的内容基础很多都来源于BPE这个规范，对于从事食品药品、生物发酵等领域的同行，绝对大有裨益。BPE规范的翻译版本不再公开分享，只针对我们的会员用户或者企业用户公开，符合资格的会员可以向我们索取。
注：上面关于发酵防污染的知识，我们也只能简单说个一二，我们希望，大家可以系统的看看各个方面的经典书籍和系统总结，加大知识的广大和深度。
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