一种用于在工业过程中监测微生物污染物的方法和设备

摘要

一种用于监测工业过程或工厂(100)的系统(200)，其中，使用多个基于阻抗的卫星分析单元(202a)等实时监测所处理的介质并生成警报以触发详细分析从而确定微生物活性，确定是否已经达到诸如微生物活性的临界水平之类的预定标准，或者确定指示将要达到该预定标准的趋势，并启动补救措施。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在工业过程中监测微生物污染物的方法和设备。更具体地，本发明涉及一种在这样的过程中利用颗粒活性的分布式分析的设备和过程。

背景技术

有许多工业过程会在一个结束点处接收原材料或第一中间材料，对材料执行某种操作(例如，对材料进行混合、通过热量或压力来处理或者进行化学改变)以生产第二中间材料或最终材料或者产品。

这样的过程的示例是：

·食品的处理，包括饮料；

·水的处理(供人类饮用、作为液体产品、工业生产用水、清洁用水、废水以及其他用途)；

·家用化学品和工业化学品的处理；

·石化产品的处理；

·化妆品的处理；

·药品的处理；

·石油和天然气相关产品的处理；

·油漆和涂料的处理；

·纸浆和与纸相关的产品的处理；以及

·粉末浆料(诸如碳酸钙或二氧化钛浆料以及其他粉末)的处理。

本发明特别适合于液体材料的处理、特别是油漆的处理，但是也可以用于上述过程中的任一过程。

在油漆处理技术领域中，在过程的第一结束点处提供几种原材料。这些原材料包括填充物、分散剂、颜料、乳胶和丙烯酸，必须将它们混合并在产生最终产品之前分几个阶段进行处理，最终产品被放入罐中运送给客户。在该过程期间，各种材料(呈液体形式)通过长段的管道，然后进出罐。在任何给定的过程中，在原材料的引入与最终的油漆产品之间可能会存在几公里的管道。

在该过程中发生微生物活性是非常不希望的。具有高微生物负荷的油漆的生产是不可接受的，并且会给最终用户造成严重的问题(诸如令人不愉快的气味)。

因此，重要的是要定期检查由该过程产生的油漆中的微生物负荷。

直到最近，已经可以在该过程中用大量的生物杀灭剂来处理液体。这有效地杀死了可能对产品产生不利影响的任何微生物。也就是说，通常不希望使用大量的生物杀灭剂。此外，最近的立法(以《欧盟生物杀灭剂条例》的形式)对可以使用的生物杀灭剂的类型和量施加了很大的限制。美利坚合众国和大多数其他重要的经济中心也有类似的条例。

当前，微生物活性的检测是通过在过程结束时采集油漆的样品来评估的。样品被送到实验室进行分析。有关微生物负荷的信息可能会在几天或几周后发布。检测到过量的微生物活性将导致工厂被关闭并被清洁，且受影响的油漆将从市场召回并进行处置。显然，减少生物杀灭剂的使用会增加样品被污染的风险。

诸如申请人的CFII(CellFacts II)装置之类的系统有助于提高可以检测微生物活性以及在微生物水平可以达到关键水平之前启动纠正措施的速度。CFII装置是组合的阻抗和荧光颗粒检测系统。要分析的液体被稀释，暴露于合适的荧光染料并通过孔口。测量阻抗的变化以检测颗粒尺寸，并使用激光来激发染料并确定颗粒荧光。以这种方式，可以检测颗粒的尺寸和类型，该信息可以用于估计微生物活性。该周期小于三分钟。在GB2380792中讨论了这样的系统，该申请在允许的情况下通过引用并入本文。

尽管CFII系统从根本上改善了分析时间(约数分钟而不是数天)，但仅在“批次”背景下使用。换句话说，该系统用于分析最终产品，并确定微生物负荷是否不可接受。如果是，则需要对该批次进行处理或处置，并清洁系统。

发明内容

需要一种克服或至少减轻上述问题的方法和系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种根据权利要求1所述的设备。

根据本发明的第二方面，提供了一种根据权利要求12所述的方法。

有利地，利用进行基于阻抗的分析的分布在整个处理线中的卫星单元的组合会产生若干有益的结果。例如：

·系统成本得到控制。本发明可以用仅有阻抗的卫星单元作为预警传感器来执行，该传感器比组合的阻抗/荧光单元便宜，阻抗/荧光单元仅在产品中的微生物负荷达到临界阈值水平时才需要进行深入分析。

·系统响应性提高。卫星单元可以基于非常定期的采样(例如，每20分钟)，这减少了检测问题的时间；以及，

·系统智能性提高。使用分布式卫星单元意味着可以确定问题的位置，并且可以采取针对性的措施。

与现有技术方法相比，许多卫星单元与一主分析单元(具有组合的阻抗和荧光)的组合产生了性能更高的系统。

根据本发明的第三方面，提供了一种根据权利要求27所述的设备。

根据本发明的第四方面，提供了一种根据权利要求28所述的设备。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于在工业过程中检测微生物活性的设备，该系统包括：

多个卫星单元，其被配置为在多个相应的位置处对来自工业过程的液体进行采样，其中每个卫星单元被配置为周期性地分析样品，每个卫星单元被配置为进行阻抗分析以对通过孔口的颗粒的尺寸进行计数并对所述颗粒的尺寸进行测量，其中每个卫星单元被配置为生成与每个样品中的颗粒的数量和尺寸相对应的样品结果数据；

处理单元，其被配置为将样品结果数据与预定标准进行比较，并且如果颗粒数据在预定标准之外，则生成警报信号。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于在工业过程中监测微生物活性的方法，包括以下步骤：

提供：

在多个相应的位置处的多个卫星单元，每个卫星单元被配置为进行阻抗分析，以对通过孔口的颗粒的尺寸进行计数并对所述颗粒的尺寸进行测量；

主分析单元，其被配置为进行组合的阻抗和荧光/电磁发射分析使用卫星单元周期性地对来自工业过程的液体进行采样；

生成与每个样品中的颗粒的数量和尺寸相对应的样品结果数据；

将样品结果数据与预定标准进行比较

对趋势曲线上的随时间变化的结果数据的发展进行监测，以预测和预期进一步的发展。

附图说明

现在将参考随附附图来描述根据本发明的示例过程和设备，在附图中：

图1是在工业过程中采用的根据本发明的第一设备的示意图；

图2是图1的设备的子组件的视图；

图3是来自图2的组件的分析结果的曲线图。

图4是来自图2的子组件的总结结果的表格。

图5是来自图1的设备的控制器的显示；

图6是根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

参照图1，示出了油漆处理生产线100的示意性简化平面图。线100包括三个存储罐102、104、106，每个存储罐包含不同的原材料。每个罐具有呈存储罐流出管103、105、107的形式的相应的流出通道。管103、105将存储罐102、104连接至第一混合罐108，第一混合罐108将来自存储罐102、104的原材料进行混合。第一混合罐具有呈第一混合罐流出管109的形式的流出通道。

第一混合罐流出管109流入第二混合罐110中。第三存储罐流出管107也流入第二混合罐110中，在第二混合罐110中对材料进行混合。第二混合罐110具有第二混合罐流出管111，该第二混合罐流出管111流入最终的存储罐112中。

最终的存储罐112被配置成以油漆盆114的形式顺序地填充多个单独的容器，这些容器被密封并运送给客户。

上述部件中的每个部件通常由钢制成、特别是由不锈钢制成。

根据本发明的设备分布在图1中的整个生产线100中，且通常被称为设备200。设备200包括：

·多个卫星单元202a、202b、202c、202d、202e、202f；

·控制器204；以及，

·分析单元206。

将详细描述上述部件中的每个部件。

卫星单元202a、202b等

参照图2，更详细地示出了卫星单元202a。该卫星单元非常相似，因此仅示出了单元202a。

单元202a包括流动回路208；样品流动通道210；阀212a、212b；卫星分析仪214和具有稀释剂流动通道218的稀释剂罐216。

流动回路208包括与存储罐流出管103流体连通的入口点220和出口点222。管103包含处于压力下的流体10。因为出口点222在入口点的下游，所以在流动回路208中建立了流动。

样品流动通道210具有与流动回路208流体连通的进入开口224，并且流入卫星分析仪214中。可以选择性地打开和关闭阀212a、212b(通过卫星分析仪的控制器)以将离散的液体样品馈送到已知体积(在该示例中为1ml)的分析仪214。

卫星分析仪214包括几个受控的阀控制的流动通道，并且被配置为经由通道218对来自罐216的稀释剂进行计量，以将样品稀释至例如20ml的体积。然后将少量稀释的样品(约100μl)通过孔口，以使用阻抗分析对其中的颗粒进行计数和尺寸测量。卫星分析仪包括控制器215，控制器215具有处理器、存储器和呈天线217形式的通信装置，该通信装置被配置为与系统控制器204通信。

阻抗分析已在本领域中使用，且例如在申请人的在先申请EP0844475中进行了解释(在允许的情况下通过引用并入本文)。总之，孔口具有设置在其相反侧上的一对电极。分析仪包括能够测量代表电极之间的阻抗变化的信号的电路。稀释剂(通常是电解质)在孔口上的阻抗是已知的。随着颗粒通过孔口，阻抗将增加然后减少。每个“峰”代表一颗粒，且峰的高度和/或峰下方的区域代表颗粒尺寸。由于孔口非常小(大约为30μm)，因此在任何给定时间仅能通过一个颗粒。

卫星控制器215存储每个样品的结果数据，并被配置为经由天线217将测定结果数据(代表通过孔口的颗粒的尺寸和数量)传送给系统控制器204。

一旦分析了样品，便冲洗系统，然后获取另外的样品。卫星单元以20分钟的频率进行采样。

重要的是要注意，卫星分析仪214仅使用阻抗测量，并且不(在该实施方式中)包括用于测量荧光的装置。因此，它们简单且便宜。

控制器204

控制器204包括处理器、存储器和显示单元。在该实施方式中，它是PC。如上所述，每个卫星分析仪都与控制器204进行通信。这可以是经由有线连接的，也可以是无线的，诸如Wi-Fi、蓝牙(RTM)或类似技术。来自样品阻抗测定的结果数据被传送到控制器204，该控制器进行数据分析。

分析单元206

分析单元206将阻抗分析与荧光分析两者进行组合。分析单元206类似于上面讨论的申请人的CFII装置，并且阻抗测量还使用激光进行荧光分析。这可以确定颗粒尺寸和数量的波动是化学过程还是生物过程的征兆(symptom)。

一旦生产线100启动，材料就从原材料存储罐102、104、106通过系统流到最终存储罐112。每个卫星单元202a等以定期(在该实施方式中20分钟)的间隔对流过每个管道的材料进行采样。每个卫星单元202a等将每个样品的测定结果数据传送给控制器204。

控制器204包含代表每个卫星单元的可接受的颗粒的数量和尺寸分布的基线数据。卫星单元202a的示例基线在图3的S-N曲线图300中示出为曲线B。X轴表示颗粒的尺寸(S)，Y轴表示该尺寸的颗粒的数量(N)。可以通过校准(即通过分析具有已知/可接受的微生物活性水平的样品)或从存储的数据中获得基线数据。要注意的是，尽管存在微生物，但仍预期会有特定的颗粒的数量和尺寸分布，任何给定的样品都将包含无关紧要的化学(非生物)颗粒。

来自卫星单元202a的第一结果在图3中示出为轮廓P1，其在基线B的预定的、可接受的范围内。可以由熟练的收件人在没有过度负担的情况下并且基于已知的统计方法来选择确定与B的可接受偏差的方式。在此示例中，为了便于理解，将使用两个参数，曲线峰的X轴坐标(数量最多的颗粒的尺寸，或样品的众数平均值)，以及曲线下方的区域(代表样品中的颗粒的总数)。如果微生物活性增加，则将预期在随后的样品中两者都会增加。

显示了P1的峰(A)以及区域(X)。该数据在图4的结果表格302的第一行中表示，该结果表格302由控制器204为每个卫星单元进行存储。参照图5，示出了由控制器204为卫星单元202a提供的视觉显示图形304。图形304具有时间轴(x轴)和颗粒计数轴(y轴)。提供了三个颗粒计数带，绿色(低计数)、黄色(中等计数)和红色(高计数)。绘制了样品数据点，并且操作员可以轻松地识别不可接受的颗粒计数(红色)的趋势并采取补救措施(如下面将要讨论的)。实际上，可以在图形304上显示多条曲线(每个卫星单元一条曲线)。也可以在控制器显示器上显示具有不同参数的另外的图形。

在图3至图5中示出了另外的轮廓P2，其中颗粒的尺寸和数量均已增长(峰从A增加到B，并且数量从X增加到Y)。转到P3，尺寸和数量再次增加(从B到C，从Y到Z)。

操作员从显示器304可以清楚地看到卫星单元202a处的趋势表明颗粒尺寸和计数的增加。这可能表明微生物活性，或者发生异常的化学过程的征兆。一旦所监测的一个或更多个参数进入红色区，就会产生警报。

此时，操作员从卫星单元202a的位置获取样品，并将其带到分析单元206以进行组合的阻抗/荧光分析。该组合的分析最终确定了颗粒的尺寸和数量增加是否是微生物活性增加的结果。如果是，则操作员将生物杀灭剂添加到所讨论的卫星单元的上游。

例如，如果卫星单元202a检测到高的微生物活性，则问题可能出在罐102中的原材料上。可以替换材料(在清洁之后)，切换到不同的罐，或者可以添加生物杀灭剂。

在例如向罐102添加生物杀灭剂的情况下，使用卫星单元来验证其有效性。颗粒的尺寸和数量增加的趋势将逆转(即移回“黄色”和“绿色”区)。这是在生物杀灭剂裂解微生物细胞时发生的。

如果没有，则卫星单元将该情况传达给控制器。此时，操作员可以尝试增加剂量，或更改所使用的生物杀灭剂的类型。可替代地，他或她可以进行更详细的生物杀灭剂有效性测试系列，如下面将讨论的。

将注意的是，本文描述的系统可以查明微生物污染的来源，这意味着可以采取针对性的补救措施。这代表了效率的显著提高。

根据本发明，可以使用组合的阻抗/荧光分析仪来研究各种生物杀灭剂的功效，直到找到合适的解决方案为止。

参照图6，示出了这样的过程400。在步骤402处，从一批次的具有高的/不可接受的微生物活性的材料中提取样品。在步骤404处，将其引入组合的阻抗/荧光分析仪(诸如CFII)中。在步骤406处，分析样品，并且在步骤408处，基于结果评估生物活性。

在步骤410处，从该批次中采集另外的样品。在步骤412处，添加生物杀灭剂。在步骤414，将其引入组合的阻抗/荧光分析仪(诸如CFII)中。在步骤413处，分析样品，并且在步骤418处，基于结果评估生物活性。

然后将来自生物杀灭剂测定的结果与来自步骤408的原始样品(没有生物杀灭剂)进行比较，并且与基线结果集422进行比较。如果生物杀灭剂降低了来自原始样品408的微生物活性，并且在基线数据422的预定公差内，则生物杀灭剂剂量方案被认为“OK”，并且可以使用相同的浓度和类型来处理整个批次。

如果微生物活性没有降低，或者降低到与基线相比仍然不能接受的水平，则该方法返回到步骤410以尝试不同的生物杀灭剂和/或更高的浓度。

因此，可以迭代地使用分析仪来确定针对该批次的最有效的生物杀灭剂方案。

因此，分析仪还可以用于对准化挑战测试所需的实验进行支持和加速。

变型

变型落入本发明内。

系统200可以被配置为全自动闭环系统。可以在至少一个卫星单元的上游提供自动生物杀灭剂分配器，并且当控制器204检测到颗粒参数移出预定范围时，自动生物杀灭剂分配器被自动激活。

卫星单元不需要连接至中央控制器，而是可以替代地产生本地警报信号(诸如视觉警报或听觉警报)。然后，这可能会提示操作员进行全面的阻抗/荧光测试。该系统能够生成有关单个测量值的结果数据，以确定是否违反了预定标准，诸如微生物负荷和活性的临界水平。

该系统还能够确立一系列连续结果数据是否正在形成表明可能很快达到预定标准的趋势。因此，该系统能够在早期阶段预期或预测微生物污染并启动所测量的纠正措施。