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      發酵配料連消技術

      時間:2020-07-08 編輯:肇慶市天臻生物化工技術有限公司

      發酵配料連消技術

      2  連消技術——培養基連續滅菌技術

      發酵生產企業,為了定向培養微生物發酵,需要對微生物賴以生存的“口糧”——培養基,進行無菌化處理。這就需要對培養基進行滅菌,目前通行的方式不外乎實消和連消兩種方式。

      實消:將培養基加入發酵罐內,先利用高溫蒸汽或熱水長時間“煮熟”,然后利用盤管冷卻水慢慢降到常溫的過程。這個過程類似家庭“煲粥”的過程,時間極其漫長。這段漫長的“煮熟”過程,培養基中的多種無機鹽、蛋白質及其他有機營養物質,會發生無法預知的復雜的化學反應。這些化學反應不僅破壞了菌種所需的營養成分,甚至會產生抑制微生物生長的毒害物質。這種滅菌方式,在上世紀七八十年代,我們國家采用的比較多。隨著發酵工業技術的不斷進步,實消早已被專業發酵人士所摒棄。

      連消:將配料罐的培養基通過泵輸送進發酵罐的管路過程中,同時完成升溫、高溫維持、降溫等單元操作。連續滅菌時,培養基能在短時間內加熱到保溫溫度,并能很快被冷卻。因此可以在分批滅菌更高的溫度下滅菌,而保溫時間則很短,這樣就有利于減少營養物質的破壞,提高發酵產率。

      連消與實消比較,連消的優越性在于:培養基受熱時間短,營養成分破壞少;發酵罐利用率高;使用蒸汽均衡,可避免用汽高峰;可實現全自動控制,勞動強度低;可以回收60%~90%的蒸汽熱量。因此容積為30立方米以上的發酵罐以采用連消工藝為好,對于容積較小的發酵罐,考慮到設備,操作因素和培養液濃度的穩定性,還是采用實消比較適宜。

      連消技術,在教科書及相關文獻資料都有論述,但是能深入研究微生物發酵過程來設計的不多。我公司的總工,結合二三十年發酵車間一線生產實踐經驗,摸索出來了區別于其他公司或個人設計的連消技術。

      公司按照連消工藝參數(加熱溫度/℃、保溫維持時間/min)的設計和控制,大體可以將公司研發的連消技術劃分為三代。

      一代,培養基加熱溫度控制在120℃以上,保溫維持30分鐘;

      二代,培養基加熱溫度控制在130℃以上,保溫維持  5分鐘;

      三代,培養基加熱溫度控制在140℃,保溫維持時間小于1分鐘;

      之所以劃分為三代技術,一方面是因為發酵研究員的深入研究和生產一線管理者的實踐證明,培養基在能夠徹底殺滅雜菌的前提下,提高滅菌溫度,縮短高溫段滅菌時間,可以較好的保護培養基的營養成分;另一方面,隨著工業自動化技術的普及和設備裝備技術的提高,三代工藝參數可以穩定獲得操控。三代連消工藝可以實現一鍵式操作,全程智能電腦無人值守,徹底消除人員素質不同和隨意性的影響,確保連消工藝參數的穩定控制,從而實現高溫短時的連消技術得以工業化,所以本公司重點推介三代TiZOO連消技術。

      一代連消技術(T120℃,t30min

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      二代連消技術(T130℃,t5min

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      ③三代連消技術(T=140℃,t<1 min——TiZOO連消

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      以下表格從工藝和設備方面,對三代連消技術進行比較,并對各自采用的工藝和設備優缺點方面進行了剖析,其中三代連消技術是TiZOO力薦的技術。


       

               

      代差

      項目

      一代連消

      二代連消

      三代連消——TiZOO力薦的連消技術

      滅菌溫度(

      滅菌時間(min

      120℃——30min

      (低溫、時間超長)

      【培養基營養破壞大】

      130℃——5min

      (中溫、時長)

      【培養基營養破壞大】

      140℃——小于1min

      (高溫、短時)

      【培養基營養破壞小】

      加熱設備

      直接加熱——加熱塔

       

       

      【振動大,噪音大,難控制,物料分散效果不好】

         直接加熱——手動調整蒸汽噴射器

       

       

      【市面大多噴射器沒有掌握內部結構要領,噪音大,噴射喉管易磨損】

       

      間接加熱——板式換熱器

      【蒸汽溫度高,容易燒焦物料,在板面結焦,拆板清洗頻繁,密封膠條易老化變形,板面易變形穿孔】

      直接加熱——自動控制高壓蒸汽噴射器/自動控制低壓蒸汽噴射器

       

      【本公司嚴格自己設計、制造、量身定制的專屬噴射器,噪音小,采用特殊工藝材料的噴射喉管,不易磨損)

       

      【蒸汽加熱物料的同時,對物料進行高速剪切,顆粒分散效果好;根據設定溫度,噴射器全自動控制】

      預熱設備

      沒配置預熱設備

       

      (加熱前后的物料沒有換熱)

      【蒸汽熱量不能回收,浪費蒸汽和冷卻水;能耗大】

      板式換熱器

       

      (錯流流程,換熱溫差大)

      【設備密封條易老化,容易泄露;換熱溫差大,熱量不能有效回收利用,還要配置冷卻水進行降溫,浪費蒸汽和冷卻水,有預熱,能耗較大】

      螺旋板換熱器

       

      (完全逆流流程,換熱溫差?。?/span>

      【設備完全焊接,無膠條,無泄露;換熱溫差小,80%~90%熱量回收利用,不需要冷卻水降溫,節約蒸汽和冷卻水,能耗小】

      高溫維持設備

      大口徑維持罐

      (維持罐體積大,物料返混厲害,不能保證先進先出,從而導致部分物料高溫時間很長,營養成分破壞大)

      【死角多,置換時間長,容易結焦碳化】

      大口徑維持罐

      (維持罐體積大,物料返混厲害,不能保證先進先出,從而導致部分物料高溫時間很長,營養成分破壞大)

      【死角多,置換時間長,容易結焦碳化】

      小口徑管道維持

      (維持管體積小,物料無返混,保證先進先出,高溫維持時間均一可控,時間短,營養成分破壞?。?/span>

      【無死角,容易徹底置換,置換時間短】

      體系空消方式

      蒸汽直接空消

      缺點:

      1)  容易燒焦殘留的物料,留下滅菌死角;

      2)  蒸汽比熱小,死角位無滲透性,難保消毒徹底;

      3)  蒸汽直接冷凝水排走,熱量消耗大,不節能;

      4)  清空物料難。

      蒸汽直接空消

      缺點:

      1)  容易燒焦殘留的物料,留下滅菌死角;

      2)  蒸汽比熱小,死角位無滲透性,難保消毒徹底;

      3)  蒸汽直接冷凝水排走,熱量消耗大,不節能;

      4)  清空物料難。

      超高溫熱水空消

      優點:

      1)  消毒同時,清洗管道,不會燒焦物料,不存在滅菌死角的危險;

      2)  高溫熱水,比熱大,充滿設備每一個間隙,滲透性強,消毒徹底;

      3)  熱水回收重復利用,蒸汽消耗小,節能。

      4)  清空物料方便徹底

      自動化程度

      手動控制

      缺點:

      1)  勞動強度大,手忙腳亂,容易出錯;

      2)  員工個體差異,工藝參數不能穩定一致;

      3)  滅菌不徹底可能性風險高,導致大罐污染率高。

      部分儀表顯示、監控,不能完全智能控制

      缺點:

      1)  勞動強度較大,手忙腳亂,容易出錯;

      2)  員工個體差異,工藝參數不能穩定一致;

      3)  滅菌不徹底可能性風險較高,導致大罐污染率較高。

      完全自動控制,實現一鍵式操作

      優點

      1)  勞動強度低,可實現無人值守;

      2)  員工素質要求低,簡單培訓即可上崗;

      3)  PLC實時監控和調整,工藝參數永遠一致穩定;

      4)  電腦監控,不存在隨意的風險,工藝參數穩定可靠,滅菌徹底,大罐污染率極低。

      CIP清洗

      CIP清洗

      (各地水質不同,設備長年累月的運行或停機,有結垢的風險,需要定期清洗)

       

      CIP清洗

      (各地水質不同,設備長年累月的運行或停機,有結垢的風險,需要定期清洗)

      CIP在線清洗

      (各地水質不同,設備長年累月的運行或停機,有結垢的風險,需要定期清洗)

      【全程一鍵式操作,無須拆裝】


      ★★應用領域★★★成功案例★★★

      從上表可以看出,TiZOO連消技術,是針對不同培養基和處理量,進行“量身定做”,甄選適合的工藝和設備進行完美結合。

      TiZOO的三代連消技術特點:

        滅菌高溫短時(T=140℃,t≤1min),培養基的營養成分破壞程度??;

        根據客觀條件,選用自主研制的全自動高低壓蒸汽噴射器,直接加熱;

        選用適宜流道和面積的螺旋板換熱器,對物料進行預熱和熱能回收,蒸汽熱能大限度得到回收和利用,節約大量蒸汽和不用冷卻水,所以節能降耗;

        采用管道維持高溫滅菌,保證了物料的先進先出,確保高溫滅菌時間小于1分鐘(t≤1min);

        利用超高溫熱水,對連消體系進行空消,避免了蒸汽對設備內壁殘留的物料進行碳化結焦;

        完全自動控制,一鍵式啟動電機馬達和自控閥,電腦程序穩定的控制工藝參數,杜絕人為個體差異造成的誤操作;

        一鍵式CIP在線清洗程序,無須拆裝設備管道,即可將連消系統恢復到起始操作狀態。

      TiZOO三代連消技術,應用領域包含但不限于:

      A:賴氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、脯氨酸、精氨酸等氨基酸產品發酵工程;

      B:腺苷、肌苷、鳥苷等核苷類發酵工程;

      C:牛奶、乳制品、豆制品、果蔬汁液等飲料食品滅菌工段;

      D:含淀粉培養基的抗生素發酵工程(TiZOO公司特殊改良的連消工藝)。

       

      成功案例累積:

      1、山東**集團有限公司(TiZOO二代連消技術)

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      2、黑龍江**生物科技有限公司(TiZOO三代連消技術)

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