Настоящая танковая стерилизация (настоящая стерилизация) — это процесс стерилизации, при котором всю подготовленную питательную среду вводят в биореактор-ферментер. или другое устройство, пар вводится для нагрева культуральной среды и используемого оборудования до температуры стерилизации, поддерживаемой в течение определенного периода времени, а затем охлаждается до температуры инокуляции, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Принципиальная схема фактического устранения.
Этот процесс также называется периодической стерилизацией или периодической стерилизацией (по сравнению с непрерывной стерилизацией).
Операция стерилизации полного резервуара фактически включает три процесса: нагрев, сохранение тепла и охлаждение. На рисунке 2 показаны изменения температуры во время полной стерилизации культуральной среды.
картина
Рисунок 2. Изменение температуры во время стерилизации банок.
Конкретные этапы стерилизации банок:
1. Проверка очистки резервуара
Перед очисткой проверьте правильность состояния клапана. При очистке обратите внимание на отсутствие утечек в оборудовании и трубопроводах, в основном в трубопроводах охлаждения.
Проверьте, слит ли конденсат из рубашки ферментера , чтобы убедиться, что в рубашке нет охлаждающей воды.
После очистки проверьте внутреннюю часть резервуара, чтобы увидеть первоначальный цвет и отсутствие видимых загрязнений.
2. Подготовка перед стерилизацией.
Простерилизуйте воздушный фильтр ферментера и просушите его стерильным воздухом.
Убедитесь, что в баке нет давления. Вставьте очищенный и откалиброванный электрод в резервуар и подсоедините провод электрода. Убедитесь, что донный клапан резервуара закрыт.
Затем добавьте подготовленные материалы в резервуар, добавьте необходимое количество воды, чтобы довести объем в соответствии с технологическими требованиями, добавьте пеногаситель и проверьте, нет ли недостающего материала. После завершения перемешайте, чтобы жидкость не оседала.
3. Отопление
(1) Косвенный нагрев
Откройте выпускные клапаны корпуса резервуара, одновременно отключите охлаждающую воду в рубашке, откройте паровой клапан рубашки или змеевика, введите пар в рубашку или змеевик для косвенного нагрева жидкости, слегка откройте сливную трубу впускной трубы для воды в рубашке. клапан и слейте конденсат в корпус бака и рубашку.
Когда температура бака поднимется до 80-90℃, постепенно закройте выпускной клапан.
Роль предварительного подогрева рубашки пара:
①Уменьшите образование конденсата и обеспечьте точность объема питательной среды после дезинфекции.
Вначале пар подается непосредственно в резервуар, а холодный материал в резервуаре попадает непосредственно в пар, что, скорее всего, приведет к образованию большого количества конденсированной воды и сделает объем культуральной среды слишком большим после потребления. . Некоторые заводы пропускают этот этап и вынуждены контролировать количество конденсированной воды, образующейся в ходе экспериментов, чтобы обеспечить концентрацию культуральной среды.
②Уменьшить шум.
Разница температур между материалом и паром слишком велика, и прямое введение пара вызовет вибрацию оборудования.
③ Способствует желатинизации и разжижению крахмалистого сырья. (Это не относится к сырью без крахмала)
Температура рубашки повышается относительно медленно, что способствует полному растворению материалов, которые не могут быть полностью растворены в культуральной среде для крахмалистых материалов, а также позволяет избежать желатинизации и агломерации поверхности материала, вызванных слишком быстрым повышением температуры, что влияет на эффект стерилизации.
(2) Прямой нагрев
После предварительного нагрева рубашки до 80-90 ℃ закройте впускной клапан пара в рубашку (его также можно закрыть), откройте впускной клапан пара бака и позвольте пару течь непосредственно в бак, чтобы поднять температуру бака до 118-121 ℃. . Откройте различные выпускные клапаны и прекратите перемешивание.
4. Тепло- и гидроизоляция.
Когда температура материала приближается к температуре, заданной процессом, постепенно уменьшайте паровой клапан и отрегулируйте баланс каждого клапана, чтобы давление и температура постепенно достигали давления и температуры, требуемых процессом (обычно немного выше температуры культуры). на 0,5-2℃, иначе оно упадет слишком низко).
В это время все трубы, подключенные к реактору, должны находиться в двух состояниях: вход пара или выход пара, чтобы стерилизовать трубы.
На этапе изоляции пар следует подавать во все трубы ниже уровня жидкости питательной среды; пар должен выпускаться из других труб выше уровня жидкости, чтобы обеспечить тщательную стерилизацию без мертвых углов. Изоляция обычно составляет 121 ℃ в течение 25–30 минут.
Обычные бродильные резервуары обычно имеют три отверстия (труба для входа воздуха, выпускная труба и труба для отбора проб) для забора пара, что представляет собой так называемый «трехходовой вход пара».
«Четырехходовой выпуск пара» означает, что пар выпускается непосредственно из выхлопных труб, модификационных, питающих труб и труб пеногасителя. В основном этими четырьмя способами также необходимо открыть впускные и выпускные клапаны пара.
5. Колинг
После стерилизации сначала закройте все впускные паровые клапаны и слегка уменьшите выпускной клапан. Затем откройте впускной клапан воздуха, чтобы впустить стерильный воздух для поддержания давления в резервуаре. Следует отметить, что давление в резервуаре должно быть ниже давления воздушного фильтра, чтобы культуральная среда не вытекала обратно.
Наконец, откройте клапан охлаждающей воды и пропустите холодную воду через рубашку или змеевик для быстрого охлаждения, начните перемешивать и охладите культуральную среду до температуры, необходимой для процесса ферментации .
После стерилизации необходимо вовремя подать стерильный воздух, чтобы обеспечить давление внутри резервуара (обычно давление в резервуаре доводится до 0,1 МПа), прежде чем добавлять охлаждающую воду для охлаждения.
Функция подачи стерильного воздуха заключается в ускорении охлаждения и поддержании положительного давления в резервуаре, чтобы предотвратить образование отрицательного давления в резервуаре при охлаждении культуральной среды, которое легко заразить бактериями или вызвать разрушение биореактора . повреждение ферментера (давление в резервуаре биореактора-ферментатора падает до нуля и корпус резервуара засасывается). Это несчастный случай, который часто происходит при стерилизации бродильных резервуаров с рубашкой из нержавеющей стали. Это серьезная производственная авария.
Для оценки качества стерилизации резервуаров с культуральной средой используются следующие четыре критерия:
① Соблюдение требований стерильности после стерилизации;
②Меньшее разрушение питательных веществ;
③ Объем питательной среды после стерилизации соответствует объему корма;
④Меньше пены.
В процессе стерилизации следует обратить внимание на несколько вопросов:
(1) Роль стерилизационного перемешивания
При полной стерилизации банок перемешивание играет очень важную роль.
Цель включения перемешивания:
① Обеспечьте равномерный нагрев и перенос стерилизуемых материалов во избежание образования ложного давления в процессе стерилизации банки;
② Избегайте осаждения материала. Как только произойдет седиментация и расслоение, это приведет к нестабильной температуре нагрева и легко создаст ложное давление.
(2) Изменения объема жидкости после стерилизации
При приготовлении питательной среды следует полностью учитывать увеличение объема питательной среды после стерилизации.
Чем дольше время стерилизации, тем больше увеличивается объем. Чем ниже температура, тем больше объем поступающего пара, обычно увеличивающийся примерно на 10%, что связано с качеством пара.
Рубашка не прогрета или прогрета недостаточно, конденсат в паровой трубе не полностью слит, пар, подаваемый из котельной, содержит слишком много воды и т. д., что приведет к образованию большого количества конденсата и увеличению объема.
(3) Учет времени стерилизации банок
В промышленном ферментационном производстве стадией сохранения тепла обычно называют время стерилизации. Сейчас обычно используются 121 ℃ и 30 минут.
Однако время поддержания стерилизации, необходимое для достижения одинакового эффекта стерилизации в ферментерах разных размеров, теоретически различно.
40м 3 биореактор-ферментатор стерилизуют и теоретическое время стерилизации рассчитывают по формуле
Рисунок 4. Рассчитайте теоретическое время стерилизации.
t — — указано теоретическое время стерилизации, с;
N0 — исходное количество жизнеспособных бактерий на начало стерилизации (t=0), кл/мл;
Nt — количество оставшихся живых бактерий через время t, кл/мл;
k — константа скорости гибели бактерий, с-1, которая связана с типом микроорганизма и температурой.
Предположим, что культуральная среда содержит 2×107 спор термостойких бактерий/мл, а константа скорости стерилизации при 121 ℃ равна 0,0287с-1.
Время, необходимое для получения вероятности неудачи стерилизации 0,001, составляет 23,9 минуты. Здесь не учитывается эффект стерилизации двух стадий культуральной среды от комнатной температуры до 121 ℃ и падения от 121 ℃ до температуры ферментационной культуры.
Фактически, нагрев и повышение температуры действительно способствуют стерилизации культуральной среды, особенно когда культуральная среда нагревается до температуры выше 100 ℃ , этот эффект более очевиден.
Если принять во внимание эффект стерилизации культуральной среды на этапе нагревания и если для повышения температуры культуральной среды со 100 ℃ до 121 ℃ требуется 15 минут , время стерилизации на этапе изоляции рассчитывается как 21,1. минут, а время изоляции сокращается на 12%.
Чем больше объем ферментационного резервуара , тем дольше время нагрева для стерилизации резервуара, тем больше влияние стадии нагрева на стерилизацию и тем короче соответствующее время изоляции.
Маленькие резервуары быстро нагреваются, и временем нагрева можно пренебречь. Ферментационные резервуары , используемые в настоящее время в ферментационной промышленности, относительно велики (60-100 м3), и следует учитывать эффект стерилизации на этапе нагрева, чтобы свести к минимуму разрушение питательных веществ.
Для бродильных резервуаров объемом менее 40 м3 этот эффект можно игнорировать.
Кроме того, стадия охлаждения также в определенной степени способствует стерилизации, но в настоящее время обычно используются меры быстрого охлаждения, которые кратковременны и обычно не учитываются в расчетах.