كشف المنطق العميق لتعقيم خزانات التخمير

تعقيم الخزان الحقيقي (التعقيم الحقيقي) هو عملية تعقيم يتم فيها إدخال كل وسط الثقافة المحضر إلى مفاعل حيوي-مخمر أو جهاز آخر، ويتم إدخال البخار لتسخين وسط الثقافة والمعدات المستخدمة إلى درجة حرارة التعقيم، والحفاظ عليها لفترة زمنية معينة، ثم تبريدها إلى درجة حرارة التلقيح، كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1: رسم تخطيطي للتخلص الفعلي

وتسمى هذه العملية أيضًا بالتعقيم المتقطع أو التعقيم الدفعي (نسبة إلى التعقيم المستمر).

تتضمن عملية تعقيم الخزان الكامل في الواقع ثلاث عمليات: التسخين، والحفاظ على الحرارة، والتبريد. ويبين الشكل 2 التغيرات في درجات الحرارة أثناء تعقيم الخزان الكامل للوسط الثقافي.

صورة

الشكل 2: تغيرات درجة الحرارة أثناء تعقيم العلبة

خطوات محددة لتعقيم العلبة:

1. فحص تنظيف الخزانات

قبل التنظيف، تحقق مما إذا كانت حالة الصمام صحيحة. عند التنظيف، انتبه للتحقق مما إذا كان هناك تسرب في المعدات وخطوط الأنابيب، وخاصة خطوط أنابيب التبريد.

تحقق مما إذا كان الماء المتكثف الموجود في غلاف التخمير قد تم تصريفه للتأكد من عدم وجود ماء تبريد في الغلاف.

بعد التنظيف، افحص الجزء الداخلي للخزان لرؤية اللون الأصلي دون وجود أوساخ واضحة.

2. التحضير قبل التعقيم

قم بتعقيم مرشح الهواء الخاص بجهاز التخمير وجففه بالهواء المعقم.

تحقق للتأكد من أن الخزان منخفض الضغط. أدخل القطب الكهربي الذي تم تنظيفه ومعايرته في الخزان وقم بتوصيل سلك القطب الكهربائي. تأكد من إغلاق الصمام السفلي للخزان.

ثم أضف المواد المحضرة إلى الخزان، ثم أضف الماء المطلوب لتعويض الحجم وفقًا لمتطلبات العملية، ثم أضف مزيل الرغوة، وتحقق مما إذا كان هناك أي مادة مفقودة. بعد الانتهاء، حرك لمنع السائل من الاستقرار.

3. التدفئة

(1) التدفئة غير المباشرة

افتح صمامات العادم الخاصة بجسم الخزان، وفي الوقت نفسه، قم بإيقاف تشغيل مياه تبريد الغلاف، وافتح صمام البخار بالغلاف أو الملف، وأدخل البخار إلى الغلاف أو الملف لتسخين السائل بشكل غير مباشر، وافتح قليلاً تصريف أنبوب دخول الماء بالغلاف صمام، وتفريغ الماء المكثف في جسم الخزان والغلاف.

عندما ترتفع درجة حرارة الخزان إلى 80-90 درجة مئوية، أغلق صمام العادم تدريجيًا.

دور التسخين بالبخار للسترة:

①تقليل توليد الماء المكثف والتأكد من دقة حجم وسط الاستزراع بعد التطهير.

في البداية، يتم إدخال البخار مباشرة إلى الخزان، ويتم دفع المادة الباردة الموجودة في الخزان مباشرة إلى البخار، والذي من المحتمل جدًا أن ينتج كمية كبيرة من الماء المكثف ويجعل حجم وسط الاستزراع كبيرًا جدًا بعد الاستهلاك . تتجاهل بعض المصانع هذه الخطوة وتحتاج إلى التحكم في كمية الماء المكثف المتولد من خلال التجارب لضمان تركيز وسط الاستزراع.

②تقليل الضوضاء.

الفرق في درجة الحرارة بين المادة والبخار كبير جدًا، وسيتسبب الإدخال المباشر للبخار في اهتزاز المعدات.

③ إنه يفضي إلى جلتنة وتسييل المواد الخام النشوية. (وهذا لا ينطبق على المواد الخام التي لا تحتوي على النشا)

ترتفع درجة حرارة الغلاف ببطء نسبيًا، وهو أمر مفيد للذوبان الكامل للمواد التي قد لا تذوب تمامًا في وسط الاستزراع للمواد النشوية، ويتجنب الجلتنة وتكتل سطح المادة الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة بسرعة كبيرة، الأمر الذي يؤثر على تأثير التعقيم.

(2) التسخين المباشر

بعد التسخين المسبق للسترة إلى 80-90 درجة مئوية ، أغلق صمام مدخل بخار الغلاف (يمكن إغلاقه أيضًا)، وافتح صمام مدخل بخار الخزان، واسمح للبخار بالتدفق مباشرة إلى الخزان لرفع درجة حرارة الخزان إلى 118-121 درجة مئوية. . افتح صمامات العادم المختلفة وتوقف عن التحريك.

4. العزل الحراري والضغط

عندما تكون درجة حرارة المادة قريبة من درجة الحرارة المحددة بواسطة العملية، قم بتقليل صمام البخار تدريجيًا واضبط توازن كل صمام لجعل الضغط ودرجة الحرارة يصلان بشكل ثابت إلى الضغط ودرجة الحرارة التي تتطلبها العملية (عمومًا أعلى قليلاً من درجة حرارة الثقافة بنسبة 0.5-2 درجة مئوية، وإلا فسوف تنخفض إلى مستوى منخفض جدًا).

في هذا الوقت، يجب أن تكون جميع الأنابيب المتصلة بالمفاعل في حالتين: مدخل البخار أو مخرج البخار، وذلك من أجل تعقيم الأنابيب.

أثناء مرحلة العزل، يجب إدخال البخار إلى جميع الأنابيب تحت مستوى السائل في وسط الاستزراع؛ يجب تفريغ البخار من الأنابيب الأخرى فوق مستوى السائل، وذلك لضمان التعقيم الشامل بدون زوايا ميتة. العزل بشكل عام هو 121 درجة مئوية لمدة 25-30 دقيقة.

التخمير العامة عمومًا على ثلاث فتحات (أنبوب مدخل الهواء، وأنبوب التفريغ، وأنبوب أخذ العينات) لسحب البخار، وهو ما يسمى "مدخل البخار ثلاثي الاتجاه".

"مخرج البخار رباعي الاتجاه" يعني أن البخار يتم تفريغه مباشرة من أنابيب العادم والتلقيح والتغذية ومزيل الرغوة. بشكل رئيسي من خلال هذه الطرق الأربع، يجب أيضًا فتح صمامات مدخل ومخرج البخار.

5. كولينج

بعد التعقيم، أغلق أولاً جميع صمامات مدخل البخار وقم بتقليل صمام العادم قليلاً. ثم افتح صمام مدخل الهواء للسماح بدخول الهواء المعقم للحفاظ على ضغط الخزان. تجدر الإشارة إلى أن الضغط في الخزان يجب أن يكون أقل من ضغط مرشح الهواء لمنع وسط الثقافة من التدفق مرة أخرى.

أخيرًا، افتح صمام مياه التبريد وقم بتمرير الماء البارد من خلال الغلاف أو الملف للتبريد السريع، وابدأ في التحريك، وقم بتبريد وسط الاستنبات إلى درجة الحرارة التي تتطلبها عملية التخمير .

بعد التعقيم، يجب إدخال الهواء المعقم في الوقت المناسب لضمان الضغط داخل الخزان (عموما يتم ضبط ضغط الخزان إلى 0.1MPa) قبل إضافة ماء التبريد للتبريد.

تتمثل وظيفة إدخال الهواء المعقم في تسريع عملية التبريد والحفاظ على الضغط الإيجابي في الخزان، لمنع تبريد وسط الاستنبات من تشكيل ضغط سلبي في الخزان، مما يسهل إصابته بالبكتيريا أو التسبب في المفاعل الحيوي- تعرض جهاز التخمير للتلف (ينخفض ضغط خزان جهاز التخمير الحيوي إلى الصفر ويتم امتصاص جسم الخزان بشكل مسطح). هذا هو الحادث الذي يحدث غالبًا أثناء عملية التعقيم لخزانات التخمير المغلفة بالفولاذ المقاوم للصدأ . هذا حادث إنتاج خطير.

يتم استخدام المعايير الأربعة التالية للحكم على جودة تعقيم خزانات وسط الاستزراع:

① تلبية متطلبات العقم بعد التعقيم؛

②تدمير أقل للعناصر الغذائية؛

③ حجم وسط الاستزراع بعد التعقيم يتوافق مع حجم العلف؛

④رغوة أقل.

يجب الانتباه إلى عدة أمور أثناء عملية التعقيم:

(1) دور اثارة التعقيم

في تعقيم العلبة الكاملة، يلعب التحريك دورًا مهمًا للغاية.

الغرض من تشغيل التحريك:

① تسخين المواد المعقمة ونقلها بالتساوي لتجنب تكوين ضغط كاذب أثناء عملية تعقيم العلبة؛

② تجنب ترسيب المواد. بمجرد حدوث الترسيب والطبقية، فإنه سوف يسبب درجة حرارة تسخين غير متناسقة ويولد ضغطًا زائفًا بسهولة.

(2) التغيرات في حجم السائل بعد التعقيم

عند إعداد وسط الثقافة، ينبغي إيلاء الاعتبار الكامل للزيادة في حجم وسط الثقافة بعد التعقيم.

كلما زاد وقت التعقيم، زاد الحجم. كلما انخفضت درجة الحرارة، زاد حجم البخار الداخل، ويزداد بشكل عام بحوالي 10%، وهو ما يرتبط بجودة البخار.

لم يتم تسخين الغلاف أو تسخينه بشكل غير كافٍ، ولم يتم تصريف الماء المكثف في أنبوب البخار بالكامل، ويحتوي البخار المرسل من غرفة المرجل على الكثير من الماء، وما إلى ذلك، مما سيشكل الكثير من الماء المكثف ويزيد من الحجم.

(3) مراعاة وقت تعقيم العلبة

في إنتاج التخمير الصناعي ، عادة ما تعتبر مرحلة الحفاظ على الحرارة بمثابة وقت التعقيم. الآن يتم استخدام 121 درجة مئوية و30 دقيقة بشكل عام.

ومع ذلك، فإن وقت صيانة التعقيم المطلوب لتحقيق نفس تأثير التعقيم في أجهزة التخمير ذات الأحجام المختلفة يختلف من الناحية النظرية.

40م 3 يتم تعقيم المفاعل الحيوي المخمر ويتم حساب وقت التعقيم النظري بواسطة الصيغة

الشكل 4 : حساب وقت التعقيم النظري.

t —— يشير إلى وقت التعقيم النظري، s؛

N0 —— العدد الأصلي للبكتيريا القابلة للحياة في بداية التعقيم (t = 0)، الخلايا/مل؛

Nt —— عدد البكتيريا الحية المتبقية بعد الوقت t، الخلايا/مل؛

ك —— ثابت معدل موت البكتيريا، s-1، والذي يرتبط بنوع الكائنات الحية الدقيقة ودرجة الحرارة.

افترض أن وسط الاستنبات يحتوي على 2×107 أبواغ من البكتيريا المقاومة للحرارة/مل، وأن معدل التعقيم الثابت عند 121 درجة مئوية هو 0.0287s-1.

الوقت اللازم للحصول على احتمال فشل التعقيم 0.001 هو 23.9 دقيقة. لا يؤخذ في الاعتبار هنا تأثير التعقيم لمرحلتي وسط الاستزراع الذي يرتفع من درجة حرارة الغرفة إلى 121 درجة مئوية وينخفض من 121 درجة مئوية إلى درجة حرارة ثقافة التخمير .

في الواقع، يساهم التسخين وزيادة درجة الحرارة في تعقيم وسط الاستزراع، خاصة عندما يتم تسخين وسط الاستزراع إلى ما يزيد عن 100 درجة مئوية ، يكون هذا التأثير أكثر وضوحًا.

إذا تم أخذ تأثير تعقيم وسط الاستزراع أثناء مرحلة التسخين في الاعتبار، وإذا استغرق رفع درجة حرارة وسط الاستزراع من 100 درجة مئوية إلى 121 درجة مئوية 15 دقيقة ، فسيتم حساب وقت التعقيم أثناء مرحلة العزل ليكون 21.1 دقائق، ويتم تقصير وقت العزل بنسبة 12%.

كلما زاد حجم خزان التخمير ، كلما زاد وقت التسخين لتعقيم الخزان، زاد تأثير مرحلة التسخين على التعقيم، وكان وقت العزل المقابل أقصر.

تسخن الخزانات الصغيرة بسرعة ويمكن تجاهل وقت التسخين. إن خزانات التخمير المستخدمة حاليًا في صناعة التخمير كبيرة نسبيًا (60-100 م 3)، ويجب مراعاة تأثير التعقيم أثناء مرحلة التسخين لتقليل تدمير العناصر الغذائية.

بالنسبة لخزانات التخمير التي يقل حجمها عن 40 م3، يمكن تجاهل هذا التأثير.

بالإضافة إلى ذلك، تساهم مرحلة التبريد أيضًا في التعقيم إلى حد ما، لكن إجراءات التبريد السريع شائعة الاستخدام في أيامنا هذه، وهي قصيرة المدة ولا تؤخذ في الاعتبار بشكل عام في الحسابات.