組織培養室之規劃設計……中興大學農機系 陳加忠
植物組織培養苗生產所用之工場配置與其他工場生產最大的不同點在於其清潔的要求,空間內的雜菌濃度要處於最低的程度。而為了使生產作業合理順暢,除了空間內的清潔之外,也要合理安排如下的問題：一、各項設備的配置二、各項作業的動線配合三、物料的搬運與儲孝四、人員的人力能率配合由於清潔度的要求,組培苗生產工場的配置與建造方式與其他農業生產設施極不相同,反而類似食品工業,製藥工業與電子工業之生產場。到目前之發展階段,尚未有完整,且規格化的組培苗工場上市。國內組培業逐漸成長,生產規模為之擴大。各組培苗生產工場的配置以場主之生產需求,逐漸增添設備。目前尚未有完整的規劃報導，此篇文章係參考國外的文獻資料與國內各組培場的訪問經驗,對於建立與規劃組培苗生產場提出一些意見。
一、建築物部份 從事組培苗生產的建築物有兩種型態：1.決定從事組培苗生產時,尚未有建築物,因此可以依據內部之作業需要,決定建築物的空間安排。2.已有現成的建物,因此利用現有的空間加以修改或裝設各種建築材料以進行組織苗生產。不論是那一類型態,建築材料的要務在於必須具有良好的絕緣,使內部溫度能夠保持穩定。對小規模生產者而言,往往在建築物內再以絕緣材料分隔成另一工作室,由於工作室與建築物夾層之間有空氣絕緣外界熱量,因此室內溫度容易趨向穩定。但是在炎夏時,夾層熱空氣如果缺乏足夠風力加以排除,反而使工作室的溫度逐漸增加。組培室所需要的材料選用必須考慮耐久性與成本，也因不同作業空間的環境要求而分別加以調整。在空間規劃方面，因為組培苗生產過程需要經常搬運物料，因此以平面配置最好。換言之,將各種不同作業室全部佈置於同一層,避免上下樓層的搬運動作。組培場另一項考慮點在於水源的供應。水質的清潔方法於以下章節再介紹。組培場中因不同的作業需求對於水質也有不同的要求。在洗滌作業中則產生了大量廢水,而且水中往往含有來自培養基的雜質或是各種化學藥品殘留物,因此廢水的排放要合乎環境法規的要求標準。在電源方面,由於國內白天氣候幾乎都在25℃ 以上,停電時對組培苗將造成嚴重損失。因此在國內夏天多颱風的環境下，有時有停電的現象。而電力公司在維修過程中也不免有暫時停止供電情況,為了保護作物,不斷電安全系統一定要加以裝置。至少在必要時空調系統必須能夠維持作業狀態,以避免栽培室內部植物受損。備用發電機每個月要運轉一次以確定此設備是否維持於良好備用狀能。人力啟動的發電機必須另行裝置斷電時自動警示系統。組培場內各房間的溫度,相對濕度之控制標準雖然不同,但是通風作業一定要採用正壓力系統,使空氣之流動維持於向外吸出之狀態。在內部佈置方面，完備的組培苗生產場通常必須包括以下的作業空間：培養基準備室、清洗與殺菌室、操作室、培養室、冷藏室、辨公室、貯料室、工作人員休息室、包裝出貨室等。每個作業室的清潔程度,內部設備與空氣流通程度因其使用目的的不同。這些作業室的佈置,室與室之間連通的窗戶、門、走道等都必須使作業中物流維持於最大的清潔性,也必須避免在搬運時出現路徑後退或是交叉阻塞的現象。各作業室可以依需要規模加以合併。組培場內各作業室因其清潔程度的要求又可分成兩型：儲料室、職員休息室與包裝室等作業室的空氣清潔程度可以維持與外界相近的正常狀態。但是培養基準備室、操作室、培養室與冷藏室都必須維持於清潔狀態。在進入此地區之前,必須通過腳踏粘墊以減少灰塵進入,人員在進入清潔區域之前,要更換衣物或載上髮罩、鞋套、手套等以降低工作人員帶來的污染源。組培場外界空氣的清潔程度對室內環境有顯著影響。因此在高污染工業區,交通繁忙的道路兩側等地區都不適用設置組培苗生產場。在農業區,若在外界道路為泥土路，經常灰塵飛揚，空氣中花粉含量高或是有大量昆蟲活動，也不適合成立組培苗生產場。所有作業室要處於陽壓狀態。換言之，空氣自室內向外排出，因此外界空氣不能滲入。若是通風設備的風壓、風量能力不足，至少在清潔地區要維持於正壓力，外界空氣進入此區域一定要通過性能良好的過濾網。最佳過濾網組合係利用數組可丟棄的玻璃纖維濾網配合一具靜電過濾網。這些完備的過濾裝置其目的在於減少微生物進入清潔地區的數量，以避免污染了組培苗生長環境。
二、 作業室各類作業室的配置要求說明如下1.培養基準備室 培養基準備室屬於清潔地區，清潔程序要求高。地面與牆壁的表面儘量光滑以避免灰塵累積。牆壁的塗料可使用加三聚氰胺的油漆和半光澤或全光澤油漆。地面採用磨石子地面，其交界牆面最好也維持幾公分的磨石子面便清潔作業。地面若是採用陶製瓷磚鋪設，在接縫處最好塗上矽樹脂(Silicone)以防止液體不慎流下地面時滲進了空隙。在準備室可裝設窗戶，用以擔任緊急出口。但是平時狀態下要保持氣密狀態以避免外界空氣滲入。進出準備室的門戶在安全範圍內愈小愈好。門不可直對外界出入門戶以減少污染，最好的開口是對著走廊。多餘的門戶可作為緊集出口之用，平時也要維持氣密狀態以阻止外界空氣與昆蟲進入。門板應該設有玻璃以便由外界能看到裡面的情形，利用滑動開啟方式，可以減少推拉門占用了內部空間。另一方面，減低了內外壓力急劇的變化。除了利用門戶，也可以利用窗戶開口進行物料輸送。例如培養基準備室與清洗室之間可以窗戶擔任輸送通道。但是輸送通道的相連時要考慮各作業室不同的清潔程度要求，並且利用氣浴方式阻止污染源進入清潔區。在培養基準備室內產生熱源的設備有燈光光源，電冰箱或冷藏庫，熱金屬盤，高溫狀態下的培養基等。因此在此空間要使用額外通氣管以維持足夠的流動空氣以調節室溫。假如培養基準備作業與清洗殺菌作業是在同空間內進行。自高壓殺菌鍋逸出的蒸氣要以另一外的管路排出室外，以減少房間的熱質負荷。此作業室一定要以正壓通風換氣。準備室通常裝設螢光燈，燈光強度以作業室需要量加以裝設。準備室與清洗殺菌室通常都需要自來水管。組培苗生產不能全部使用自來水。通常自來水含有雜質如有機物、無機物。灰塵、微生物等。因此妨害了植物生長。利用離子交換器所清潔後的水質仍然未能符合組培作業要求。介質準備所用純水以逆滲透處理(RO，Reverse Osmosis)最好。純水貯存於水桶內之期限不可太久，也要準備各種指示劑以檢驗水質。培養基準備室內的安全保護裝備包括滅火器，防火毯，洗眼站，安全淋浴室與急救箱。淋浴或洗眼用的水龍頭與水管要定期檢查，以避免雜物阻塞水流。準備室最好裝設工作台與貯物架。天平，各種化學溶液，pH計，介質分注器等儀器或原料因作業步驟衣依序排列安置整齊。在空間有限時，以裝設輪子的手推車存放物件可增加利用空間，此外，水龍頭下裝置大型水槽對於清洗玻璃瓶等容器十分有用。在培養基準備室的其他設備包括電冰箱或冷藏庫以貯放各種化學溶液和化學藥品。在重量量測方面，可裝設大型磅秤量測大件的物料。準備精密天平以稱重藥物。精密天平應該安置於室內通風量最少的角落位置以避免稱重時風力的影響。準備磁性攪拌器與加熱板可以幫助攪拌化學溶液。對大量的培養基原料,需要有混合物加熱裝置和電力推動的攪拌器協助混合攪拌培養基原料。目前在歐州的組培苗生產場已開始利用攪拌機。以類似洗衣機的機器加裝加熱裝置，用以混合大量原料以成為成份均勻的培養基。在pH值的調整方面，利用pH計比感測試紙有更高的精確度。假如培養基放置在一個大桶內進行攪拌，pH量測十分重要。最好的pH計係將參考電極與量測玻璃電極裝設成同一支的pH電極，且電極長度要足夠以量測桶內各深度的pH值。培養基充填於培養瓶的充填作業目前己有機械化設備。依業者需要可以進行單瓶充填或多瓶充填。而且充填量也可加以採用，通常利用加壓邦浦壓力或充填時間調整充填量。國內的問題在於所用培養基並非完成來自純質原料，而在培養基內添加了香蕉、蘋果、馬鈴薯泥等有機質。這些有機材料的黏稠性造成了培養基輸送的困難。準備室的配置設備歸納如下:水槽、水龍頭、純水製造機、電冰箱與冷藏庫、pH計、精密天平。磅秤、附加熱板之攪拌器、貯物櫃、工作台等。2.清洗殺菌室清洗殺菌室與培養基準備室應該相通，因此完成製作後充填於組培瓶內的培養基可送入清洗殺菌室進行殺菌。在此清洗室清潔完成的容器可送至準備室內充填培養基。在此清洗殺菌室必須具備另一座門以提供作業人員出入之用,以避免出入時經過準備室。在清洗殺菌室內的地面與牆壁必須能夠忍受高濕狀態，承受高濕蒸氣，並可以多次清潔。此外必須有通風性能良好的抽氣裝置以抽出高溫高濕的空氣。此型抽氣裝置必須有覆蓋裝置，在不進行抽氣時自動覆蓋，以避免外界空氣流入。配合正壓通風也可減少外界空氣流入的機會，必要時需要增加冷卻裝置以減少熱負荷。在清洗殺菌室內除了有玻璃器清洗設備(洗瓶機)與高壓殺菌鍋之外，也要具備大容量水槽、有抽屜的櫃台、可移動的台車等裝置。洗瓶機的選用基準包括其可靠性、工作能量、購買成本與維護能力。對小規模生產場而言，殺菌作業通常使用家庭用的高壓力鍋。大規模生產則有直立型與橫臥型,橫臥型的，安全性較好。而橫臥型又可分為兩型：單邊進出型和兩端移送型。前者的使用空間較小，但是妨礙了一貫化業流程。兩端分別移送的高壓殺菌設備最大優點在於一端可安置在殺菌室，另一端連接至培養基貯存室與操作室。在培養基冷卻後直接送到貯存室或是送出操作室進行組培苗移植作業。國內所用的殺菌鍋主要利用電力提供熱源，但是仍有使用瓦斯能源。前者的穩定性較高，但是兩種型式都必須具備安全保護裝置。清洗殺菌室內要準備大型水槽以容納各型容器的水洗作業。所有水龍頭中最未端準備一具供應純水的水龍頭以最後再清洗一次容器。在清洗水槽與櫃台之前端鋪設厚毛墊,以減少容器掉落面時之破損。3.操作室在操作室必須處於極為乾淨的環境。進出操作室之前,應有空氣洗滌裝置,以沖走工作人員帶來的雜菌。地面使用磨石子地面最好再鋪設油布。牆壁儘量光滑以避免累積灰塵。目前電子工業界所使用的表面處理劑可用來處理地面與牆壁,以減少低靜電引起的灰塵累積。也可利用紫外光殺菌燈在無人時用以進行室內殺菌。除了操作室之外,其他之培養室、冷藏室等均屬於清潔區域,清潔區域之內部材料應具有以下特性:(1).氣密良好:以避免外氣滲入或內部空氣逸出。(2).耐濕性:在清洗時能承受水份,而阻絕水份滲入內部。(3).防黴性:材質之表面應有黴菌不易附著生長的特性。(4).耐磨性:在清潔或走動之磨耗下,不易產生灰塵。(5).不帶靜電性:因此減少微粒附著。(6).抗藥物侵蝕:以避免藥物不慎滴落時造成侵蝕。(7).平滑性:表面光滑,四週周壁儘量減少直角,以減少灰塵累積。(8).抗熱傳導:使熱絕緣良好。在此作業室要保持空氣的清潔與空氣溫度均勻性。空氣導管的安裝也要考慮抽氣馬達、殺菌燈與室內光源燈具產生的熱量。商業化操作台有多種型式,其作用原理十分相近。空氣通過導管,經過初濾網以去除塵粒再強制通過高效率顆粒空濾網後進入操作台。所用的過濾網必須濾除大於0.3um的微粒。初濾網與過濾網必須定期檢視以確保過濾能力。過濾後的空氣以由上而下的方式優於由水平之方向。在操作室內所用儀器的雜菌消毒十分重要。最普遍的方法係利用酒精燈之火焰殺菌。近年來，有些方法逐漸開發，例如將工具浸入加熱箱內利用清毒後之溶液進行超音波清潔殺菌或是將工具通過一系列的次氯酸鹽溶液。選用適當的殺菌設備其考慮條件包括需要殺菌的時間、輸送的方法、對工具的損害性與成本等。操作室中每一作業員必須配備一台可移動台車，母瓶與移植瓶都可以以台車搬運。操作員在操作台前的工作時間長達數小時以上，因此座椅舒適性十分重要，椅子要有背靠，有適當的軟墊，高度與椅背角度都必須可調整。操作室內也要有急救箱與洗眼設備。為確實維持操作室內清潔,進入操作室之前,最好裝置緩衝室。而緩衝室之門戶與操作室之門戶為直角相對,兩扇門避免同時間開啟。為減少操作室之污染，清潔維護的四大原則為：(1).減少外界塵粒進入：保持足夠的正壓性，四周牆壁氣密良好，空氣濾清器要定期維護，人員與物料進入時要經過防塵清潔處理作業。(2).室內塵粒之減少：室內物料不因動作而產生塵粒，工作人員作業時，降低雜質產生之機會。(3)室內塵粒不累積：牆壁與四角無死角，操作台或工作台下無死角產生。(4)室內雜質之排除：有足夠換氣量，通風路徑無死角。4.培養室(栽培室,Growth room)培養室內之作業目的在於放置移植完成的培養容器，使得瓶內的培植體得以成長。對一組培苗生產而言,往往需要數間培養室,每間各有不同的溫度和光周期。每一培養室的冷凍空調機械最好獨立作業。在某間空調系統失敗後可移至另一間持續培養。培養室與操作室相同,牆壁與地面有反靜電處理,避免灰塵累積。出入的門戶維持最小,以減少污染可能性。在培養室內的微氣候控制十分重要,此作業室一定要有自備發電系統以在電力中斷時自行發電。在選擇採購空調設備時,除了考慮性能與成本之外,也要考慮原廠商在緊急狀態下的維修能力與零件供應能力。培養室內溫度分佈的均勻性十分重要。若是存有不均勻狀態，”熱點”的存在導至組培苗不正常的發育。組培苗玻璃質化的一項起因即是溫度過高所引起。為了促使溫度均勻，可以增加通風管路，對通風管角度加以調整，使空氣混合性更良好。為了避免培養容器的溫度過高，歐州組培業早己利用小型風扇直接對瓶底位置加以通風，使底架的日光燈源向上傳遞的熱源不致於傳送至底部。風扇的動作由溫度控制器啟動。但是其他廠商對此方法有所質疑，認為增加了雜菌污染的機會。也有一些廠商在瓶底位置直接加裝冷卻裝置。培養容器通常於置在多層培養架上。培養架可以以固定方式放置，也可裝置在附有輪子的培養架上以在室內推動。栽培架的各底層有使用固定結構物(例如玻璃板)，也有利用各種承網。利用開放的網架可使空氣流通容易減少熱累積。有些廠商仍然偏好固定承盤，認為固定板面雖然限制了空氣的流動，也可限制了空氣內粒子帶來的感染。栽培架的高度、寬度與擺設位置依使用者的需求加以考慮，寬度要能容許使用者自兩旁工作。高度愈高，承接放置的組培瓶愈多,但是太高的承架則必須利用梯子才能到達放置位置，對作業人員造成不便。承架上層與層的間隙尺寸必須考慮燈光的強度、通風性能、培養瓶的高度等因子。在歐州以25公分 至40公分 為主。承架與承架之間的走道寬度必須能夠充許台車經過。在培養室內的光源有兩類。天花板所裝置的光源只須在作物光周期為黑暗時提供光源以供作業者行走。在栽培架上的光源主要為螢光燈，歐洲生產場也有採用白熱燈以增加光譜範圍，或採用其他型式作物生長燈，但是這些光源對組培苗之影響尚未証實。燈管的位置有與栽培承架垂、,平行安裝、或是以垂直方式在側面提供光源。但是側面架安裝方式影響了培養瓶的搬運。燈管裝置於栽培架上,其熱量將影響了周圍氣溫，直接影響了放置於上方承盤上的培養瓶溫度。改善方法有在培養瓶下放置絕緣板，但是會造成空氣流通性不良。另一種改善方法為增加各層高度，燈管懸掛於空中減少與盤面接觸。螢光燈的啟動器產生之熱源極大，因此最好移出室外。在供電部份，增加電容式穩壓器可減少能源消耗與提供穩定光源。在光周期控制方面,應該以單室方式進行。若以個別單栽培架方式控制光周期，有光源的栽培架其光線仍然影響了鄰近栽培架上之組培苗。空調系統擔任組培作業之空氣調節作業，其性能決定了組培苗之生長環境,為維持機件之性能，必須定期檢查設備。應有工作包括：(1).送風機之運轉狀況，(2).風管有否破損或灰塵累積，(3)冷凍機、邦浦、冷水牆之檢查，(4).室內溫、濕度之長期記錄，(5).各處風壓之檢查。在安全維護方面，除了準備發電機，可在燈光電源之控制加以改良。如果空調系統失效則立刻自動關閉燈光以減少熱源。其他安全維護方面，至少裝設不斷電保護與高低溫異常保護裝置,。傳統上中央集中型監控系統並不能保証性能不出差錯。因此在各作業室先裝設立警告與安全保護系統,而再結成中央監控系統，此方式較具安全性。5.冷藏室冷藏室用於維持組培苗之休眠作業、維持母瓶活性、與放置完成組培作業而尚未售出的組培苗等。空調裝置要有緊急備用電力，天花板需要燈光以提供作業人員之光源，為了避免過量光源引起徒長，燈光要特別設計。所用栽培架設計與培養室相同。6.儲藏室 在此類儲物室之門戶、地面、牆壁並不需要特別設計。不裝設窗戶可加強嚴密性，儲物架可加裝輪子以增加空間利用。空間大小由組培苗生產作業所需之原料需求而定。貯存酸、鹼化學物之物架或抽屜要加鎖。7.工作人員室工作人員室具備洗手間、浴室、急救箱、滅火器等個人使用之桌椅等。為了作業人員方便可加裝冰箱、微波爐等。8.送貨/出貨室此作業室用以初步清潔母株,送出包裝後的商品等貨品。此區域擔任貨物之出入口，因此必須具有適合裝卸之平台。外界之雜物所帶來污染源也由此輸入，因此每次作業後清潔工作十分重要。
三、 搬運作業之需求 在組培苗生產場中，搬運作業為每日必須進行的工作。由於各作業室之不同，無法完全以工廠用輸送帶加以取代人力。在善用人力進行搬運方面，所需留意事項歸納如下:1.善用培養瓶承盤,用以安裝培養瓶。以一盤一盤的搬運方式取代原先一瓶一瓶的搬運動作。最理想的狀況則在於承盤的材質能夠承受高溫殺菌時所用之溫度。因此清潔、殺菌、培養基充填、搬運、上下架貯存等動作都能以承盤為單位，大量減少因單瓶作業耗損的時間。在相對的配合設備中，殺菌鍋、洗瓶機、貯物架、培養室內栽培架、搬運台車等設備內部放置承盤的位置也要規格化。為配合承盤與各項作業設備的規格化,組培瓶的規格化必須加以確定。2.搬運台車的高度要能夠適合作業人員推動，承盤放置於台車上的位置與高度要能夠適合操作台前作業人員，使作業人員以兩手容易取出和放入組培瓶。台車的行進路徑避免交叉重疊,培養室內培養架放置的位置要有足夠的空間以方便台車運動與轉彎。
四、 操作室的清潔方法 操作室內為組培苗自母瓶移出，加以分切再移植至新瓶的作業地點。空氣的清潔無菌程度要求最高。為了維持清潔程度，傳統方法中有項殺菌作業係大量噴洒化學藥品(如漂白水等)。此種方式對於工作人員的健康極為不利。另一方面為了避免雜菌感染，採用窄瓶口的培養容器,造成了作業效率的低落。國內因電子業對於空氣無塵清潔的程度要求極高，更有遠勝於組培作業要求之清潔度。因此以工業上無塵害之理念，可用以改善與維持操作室之清潔，而不是完全依賴於大量化學藥劑之使用。利用紫外光殺菌為另一項可用方法，但是要留意使用之安全規。.使用時不應有人員留於室內。另外要檢查有否燈光不能照到的死角(如桌底)，另外裝設燈具加以殺菌。由於操作室與培養室內最主要的污染源來自外界空氣的滲入與工作人員的攜帶與逸出。外界空氣可以以氣密隔絕，人員的清潔衛生則由管理作業加以補強。因此人員的管理直接影響了清潔程度。
五、 組培場之規劃配置(Layout)典型的組培場規劃配置如圖1至圖3。資料來自Magrau氏之”Laboratory
design”(書名:Micropropagation，編者：P.C.
Debrgh and R.H. Ziinmerman。出版者：荷蘭Dordvechtgj，1990年)。在組培室的佈置中清潔區域與一般區域有明顯的區別。而且入口係在清潔區域的遠端,以避免外界污染源流入。清潔區域中以中間走道為人員行走之通路,各門戶與出入口門戶為直角o準備室,清洗殺菌室與操作室之間有窗戶開口以傳送物件。準備室與殺菌室佈置圖如圖2。儀器設備沿牆壁擺設，空間利用最大。兩室共用相同牆壁，水管由壁內而向兩間工作室給水。純水機製造之純水同時供應兩作業室。操作室之佈置如圖3，自清洗室與操作室之間要有抽氣風扇，以應付殺菌爐逸出的高熱蒸氣。傳統實驗室附設組培室之佈置圖如圖4。這種佈置只適用少量樣化之組培試驗室，目的用以進行研究。在以量產為目標之生產場，此種佈置即不適用。國內小規模的組培場佈置類似此種佈置方式。在大規模量產要求時即不適用。合理的組培場配置,可歸納如下:1.清潔區域與一般區域各自獨立,不多可有交叉設置。2.人員之行走路徑愈短愈少愈好,減少污染源傳播。
六、 組培作業之生產規劃有效之姐培苗生產場,作業必須配合多樣因素,通常利用作業研究,求得其資源最有效分配利用,生產計畫中生產數量與時間等合理化。1.空間配置各設備、原料等資材放置之位置,而其物料之搬運、流動是否合理化,是否有瓶頸現象。2.設備配置針對組培苗需求、各種設備的添置、設備本身作業能力之配合等、不同之作業需求而有各種不同之配置。培養基分注器即是一例。3.物料配置包括原料之購置、貯存、生產中物料之搬運、產品之輸送、廢棄物之搬運問題。4.勞力配置
生產流程中所需勞力與設備之搭配。
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