配制罐对温度控制和搅拌效果为重要因素

不锈钢配制罐对乙肝表面抗原蛋白结构固定的影响因素分析

在乙肝表面抗原蛋白结构固定中，有很多因素会影响其结构固定效果，从而导致乙肝表面抗原蛋白的体外相对效力产生变化。其中，温度控制和搅拌效果对固定作用尤为重要。温度控制是否准确以及搅拌效果是否充分，主要取决于不锈钢配制罐的材质、控温系统、搅拌系统以及罐体结构等因素的影响。

●在乙肝表面抗原蛋白结构固定中，有很多因素会影响其结构固定效果，从而导致乙肝表面抗原蛋白的体外相对效力产生变化。其中，温度控制和搅拌效果对固定作用尤为重要。温度控制是否准确以及搅拌效果是否充分，主要取决于不锈钢配制罐的材质、控温系统、搅拌系统以及罐体结构等因素的影响。

使用不锈钢配制罐进行乙肝表面抗原结构固定的过程是：在经过CIP 及SIP 处理合格后的不锈钢配置罐内放入纯化的乙肝表面抗原溶液，并加入甲醛溶液，在37 ℃温度条件下保温，并在适宜时间内进行乙肝表面抗原结构固定。

用于固定乙肝表面抗原蛋白结构所使用的不锈钢配制罐的罐体外层和内层均由不锈钢制造，工作容积1 500 L。不锈钢延展性好，受冷热的差异影响小，抗冲击力比较强，加热迅速、耐高温、耐腐蚀。热传导速度快速，对介质温度变化敏感。搅拌方式是双层搅拌桨，底层桨叶采用2 叶桨倾斜45°，其上层桨叶采用3 叶高效轴流型，属于平流式+ 轴流式搅拌。使用的不锈钢配置罐属于全自动化配制罐，工艺过程的升温、降温、恒温、恒压、CIP、SIP 均可自动完成。

经过数十次的使用，抽取25 个批次的合格样品，对乙肝表面抗原蛋白的体外相对效力进行检测，经过比较发现如下结果：

表中的数据表明，25 批产品中，不同装液量的乙肝表面抗原溶液，对应批次样品的体外相对效力平均值不相同。其中350 kg 和550 kg 两种装液量的体外相对效力平均值相差不多，而在500 kg 装液量对应的体外相对效力平均值和另外两种工况的体外相对效力平均值有差异。

研究方法

本文将对不锈钢配制罐的3 种装液量（350 kg、500 kg、550 kg）的工况进行建模及CFD 分析。图为不锈钢配制罐内不同液位下的流场分布图。

在350 kg 和550 kg 两种装液量方案下，斜框上部区域的轴向流动很好，尤其是后者，由于上下两层桨叶的流场方向一致，搅拌充分。

在500 kg 装液量下，上层桨有小部分的桨叶浸于液区，罐内中间部分区域几乎形成固体回转区，因此流场欠佳。500 kg方案在相同转速下并未能达到其他两种工况的混合效果

图 不锈钢配制罐内不同液位下的流场分布图

实验结果

不锈钢配制罐在350 kg 和550 kg 两种装液量方案下，流场之间耦合良好，轴向循环得到加强，搅拌效果良好。

不锈钢配制罐在500 kg 的装液量下，由于上层桨仅有部分的桨叶浸于液区，不能完全起到增强轴向循环的作用，罐内中间部分区域形成固体回转区。因此，由于流场欠佳，造成液体的混合效果不充分。

相关讨论

不锈钢配制罐罐体材质和温度控制对乙肝表面抗原蛋白结构固定的影响

乙肝表面抗原蛋白是通过加入甲醛溶液使乙肝抗原结构更加稳定，并提高了免疫原性。在加入甲醛溶液并使之与乙肝表面抗原蛋白混匀的这个过程中，温度的要求十分重要，温度必须控制在合格范围之内。

温度的波动会对抗原活性造成以下影响：温度过高时，蛋白质的空间结构改变，失去天然活性；温度过低时，在单位时间内不能为蛋白质末端基团之间形成交联链提供稳定的能量源，从而不能很好地达到稳定蛋白质结构的目的。

不锈钢配制罐的内层是不锈钢制造的。不锈钢是热的良导体，传导热量比较快。为了避免温度过快传递，该套配制罐设计了一套严谨精确全自动控温程序。温度设定值、工业蒸汽的进气量，以及温度变化的范围和时间等，都已经由程序设定好，无需人为调控。为了保证乙肝表面抗原蛋白的稳定性，程序要求控温过程中温度波动只在±0.5 ℃。温度变化的差异越小，对蛋白的结构稳定越有利。而且值得一提的是不锈钢配制罐的夹套温度控制设计也是十分精确，在升温和降温时，罐内温度与夹套温度只相差在0.5~1.0 ℃。

虽然不锈钢罐体的不锈钢材质导热比较快，但该套设备的控温程序设计的非常精确，它可以使温度平缓，有规律地控制在工艺要求的范围之内，使蛋白可以在温度均衡的条件下进行结构固定，所以材质因素及温度控制不是影响体外相对效力发生变化的原因。

不锈钢配制罐搅拌效果及罐体结构对乙肝表面抗原蛋白结构固定的影响

在乙肝表面抗原蛋白结构固定过程中搅拌的速度不宜过大，否则会造成蛋白质的结构发生变化从而失去活性。同样，搅拌速度也不宜过慢，因为在结构固定过程中要使用到甲醛溶液，只有甲醛溶液在一定浓度条件下，固定蛋白结构的效果才是最佳的。但由于工业化生产罐体积增大，液体混匀需要一定的时间，在两种溶液开始混合的初期，罐内浓度并不能马上均一。因此，搅拌的设计关系到温度和甲醛浓度是否可以在低转速的条件下达到快速混匀。通过对实际生产中的3种装液量（350 kg、500 kg、550 kg）的工况进行建模及CFD 分析后发现：在350 kg 和550 kg 两种装液量方案下，流场之间耦合良好，轴向循环得到加强，搅拌效果良好。甲醛溶液可以快速均匀的分散到乙肝表面抗原蛋白溶液中，从而起到固定蛋白的作用。但在500 kg 的装液量下，罐内中间部分区域形成固体回转区，由于流场欠佳，500 kg 方案在相同转速下并未能达到其他两种工况的混合效果。造成液体的混合效果欠佳，阻碍了局部能量的传递，进而影响了蛋白质结构的固定，没能在蛋白质末端基团形成稳定的交联链，从而没有能使蛋白质的结构更加稳固。这就是在500 kg 装液量下乙肝抗原表面蛋白的“ 体外相对效力”检测结果存在差异的主要原因。

【参考资料】

1. 李津、何钢红、周永东等，《重组酵母乙型肝炎疫苗生产过程的质量控制与成品质量评估》，北京市科学技术协会，1996,10

2. 刘闯、朱亭玉、李津等，《汉逊酵母表达乙肝表面抗原的结构研究》、《中国医药生物技术》，2009 年06 期

3.《 重组乙型肝炎疫苗（酿酒酵母）》、《中华人民共和国药典（2010 年版. 三部）》，中国医药科技出版社.2010,1。