Sterilisasi tangki nyata (real sterilization) adalah proses sterilisasi dimana seluruh media kultur yang telah disiapkan dimasukkan ke dalam bioreaktor -fermentor. atau alat lain, uap dimasukkan untuk memanaskan media kultur dan peralatan yang digunakan sampai suhu sterilisasi, dipertahankan selama jangka waktu tertentu, dan kemudian didinginkan sampai suhu inokulasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram skema eliminasi sebenarnya
Proses ini disebut juga sterilisasi intermiten atau sterilisasi batch (relatif terhadap sterilisasi berkelanjutan).
Operasi sterilisasi tangki penuh sebenarnya mencakup tiga proses: pemanasan, pelestarian panas, dan pendinginan. Gambar 2 menunjukkan perubahan suhu selama sterilisasi tangki penuh media kultur.
gambar
Gambar 2 Perubahan suhu selama sterilisasi kaleng
Langkah-langkah khusus untuk sterilisasi kaleng:
1. Inspeksi pembersihan tangki
Sebelum membersihkan, periksa apakah status katup sudah benar. Saat membersihkan, perhatikan apakah ada kebocoran pada peralatan dan saluran pipa, terutama pada saluran pipa pendingin.
Periksa apakah air kondensasi dalam jaket fermentor telah dikeringkan untuk memastikan tidak ada air pendingin di dalam jaket.
Setelah dibersihkan, periksa bagian dalam tangki untuk melihat warna aslinya tanpa kotoran yang terlihat jelas.
2. Persiapan sebelum sterilisasi
Sterilkan filter udara fermentor dan keringkan dengan udara steril.
Periksa untuk memastikan tangki mengalami penurunan tekanan. Masukkan elektroda yang sudah dibersihkan dan dikalibrasi ke dalam tangki dan sambungkan kabel elektroda. Periksa apakah katup bawah tangki tertutup.
Kemudian tambahkan bahan yang sudah disiapkan ke dalam tangki, tambahkan air yang diperlukan untuk membuat volume sesuai dengan kebutuhan proses, tambahkan pencegah busa, dan periksa apakah ada bahan yang hilang. Setelah selesai, aduk agar cairan tidak mengendap.
3. Pemanasan
(1) Pemanasan tidak langsung
Buka katup buang badan tangki, sekaligus matikan jaket air pendingin, buka katup uap jaket atau koil, masukkan uap ke dalam jaket atau koil untuk memanaskan cairan secara tidak langsung, buka sedikit saluran pipa saluran masuk air jaket. katup, dan membuang air kental di badan tangki dan jaket.
Saat suhu tangki naik hingga 80-90℃, tutup katup buang secara bertahap.
Peran pemanasan awal jaket uap:
①Kurangi pembentukan air kental dan pastikan keakuratan volume media kultur setelah disinfeksi.
Pada awalnya, uap langsung dimasukkan ke dalam tangki, dan bahan dingin di dalam tangki langsung dialirkan ke dalam uap, yang kemungkinan besar akan menghasilkan air kondensasi dalam jumlah besar dan membuat volume media budidaya menjadi terlalu besar setelah dikonsumsi. . Beberapa pabrik mengabaikan langkah ini dan perlu mengontrol jumlah air kental yang dihasilkan melalui eksperimen untuk memastikan konsentrasi media budidaya.
②Mengurangi kebisingan.
Perbedaan suhu antara bahan dan uap terlalu besar, dan masuknya uap secara langsung akan menyebabkan getaran peralatan.
③ Hal ini kondusif untuk gelatinisasi dan pencairan bahan mentah bertepung. (Ini tidak berlaku untuk bahan mentah tanpa pati)
Suhu jaket naik relatif lambat, yang bermanfaat untuk melarutkan sepenuhnya bahan-bahan yang mungkin tidak larut sepenuhnya dalam media kultur untuk bahan-bahan bertepung, dan menghindari gelatinisasi dan aglomerasi pada permukaan bahan yang disebabkan oleh kenaikan suhu yang terlalu cepat, yang mana mempengaruhi efek sterilisasi.
(2) Pemanasan langsung
Setelah memanaskan jaket hingga 80-90 ℃ , tutup katup saluran masuk uap jaket (bisa juga ditutup), buka katup saluran masuk uap tangki, dan biarkan uap mengalir langsung ke dalam tangki untuk menaikkan suhu tangki menjadi 118-121 ℃ . Buka berbagai katup buang dan hentikan pengadukan.
4. Insulasi panas dan tekanan
Ketika suhu bahan mendekati suhu yang ditentukan oleh proses, secara bertahap kurangi katup uap dan sesuaikan keseimbangan masing-masing katup untuk membuat tekanan dan suhu terus mencapai tekanan dan suhu yang diperlukan oleh proses (umumnya sedikit lebih tinggi dari suhu kultur. sebesar 0,5-2℃, jika tidak maka akan turun terlalu rendah).
Pada saat ini, semua pipa yang terhubung ke reaktor harus berada dalam dua keadaan: saluran masuk uap atau saluran keluar uap, untuk mensterilkan pipa.
Selama tahap isolasi, uap harus dimasukkan ke dalam semua pipa di bawah tingkat cairan media budidaya; uap harus dikeluarkan dari pipa lain di atas permukaan cairan, untuk memastikan sterilisasi menyeluruh tanpa sudut mati. Isolasi umumnya 121℃ selama 25-30 menit.
fermentasi umum umumnya memiliki tiga bukaan (pipa saluran masuk udara, pipa pembuangan, dan pipa pengambilan sampel) untuk pemasukan uap, yang disebut dengan "saluran masuk uap tiga arah".
"Keluaran uap empat arah" berarti uap langsung dibuang dari pipa pembuangan, inokulasi, umpan, dan penghilang busa. Terutama keempat cara ini, katup masuk dan keluar uap juga perlu dibuka.
5. Coling
Setelah sterilisasi, pertama-tama tutup semua katup saluran masuk uap dan kecilkan sedikit katup buang. Kemudian, buka katup saluran masuk udara agar udara steril dapat masuk guna menjaga tekanan tangki. Perlu diperhatikan bahwa tekanan di dalam tangki harus lebih rendah dari tekanan filter udara untuk mencegah media kultur mengalir kembali.
Terakhir, buka katup air pendingin dan alirkan air dingin melalui jaket atau kumparan untuk pendinginan cepat, mulailah mengaduk, dan dinginkan media kultur hingga suhu yang diperlukan untuk proses fermentasi .
Setelah sterilisasi, udara steril perlu dimasukkan tepat waktu untuk memastikan tekanan di dalam tangki (umumnya tekanan tangki disesuaikan hingga 0,1MPa) sebelum air pendingin ditambahkan untuk pendinginan.
Fungsi pemasukan udara steril adalah untuk mempercepat pendinginan dan menjaga tekanan positif di dalam tangki, mencegah pendinginan media kultur sehingga terbentuk tekanan negatif di dalam tangki, sehingga mudah tertular bakteri atau menyebabkan bioreaktor- fermentor menjadi rusak (tekanan tangki bioreaktor -fermentor turun menjadi nol dan badan tangki tersedot hingga rata). Hal ini merupakan kecelakaan yang sering terjadi pada operasi sterilisasi tangki fermentasi berjaket stainless steel . Ini adalah kecelakaan produksi yang serius.
Empat kriteria berikut digunakan untuk menilai kualitas sterilisasi tangki media kultur:
① Memenuhi persyaratan sterilitas setelah sterilisasi;
②Lebih sedikit kerusakan nutrisi;
③ Volume media budidaya setelah sterilisasi sesuai dengan volume pakan;
④Busa lebih sedikit.
Beberapa hal yang harus diperhatikan selama proses sterilisasi:
(1) Peran pengadukan sterilisasi
Dalam sterilisasi kaleng penuh, pengadukan memegang peranan yang sangat penting.
Tujuan menyalakan pengadukan:
① Pastikan bahan yang disterilkan dipanaskan dan dipindahkan secara merata untuk menghindari terbentuknya tekanan palsu selama proses sterilisasi kaleng;
② Hindari sedimentasi material. Sekali sedimentasi dan stratifikasi terjadi akan menyebabkan suhu pemanasan tidak konsisten dan mudah menghasilkan tekanan palsu.
(2) Perubahan volume cairan setelah sterilisasi
Saat menyiapkan media kultur, pertimbangan penuh harus diberikan pada peningkatan volume media kultur setelah sterilisasi.
Semakin lama waktu sterilisasi maka volumenya akan semakin besar. Semakin rendah suhunya maka semakin besar volume steam yang masuk, umumnya meningkat sekitar 10%, hal ini berhubungan dengan kualitas steam.
Jaket tidak dipanaskan terlebih dahulu atau kurang dipanaskan, air kondensasi pada pipa steam tidak terkuras seluruhnya, steam yang dikirim dari ruang boiler mengandung terlalu banyak air, dan lain-lain, sehingga akan membentuk banyak air kondensasi dan menambah volume.
(3) Pertimbangan waktu sterilisasi kaleng
Dalam produksi fermentasi industri , tahap pelestarian panas biasanya dianggap sebagai waktu sterilisasi. Sekarang 121℃ dan 30 menit umumnya digunakan.
Namun, waktu pemeliharaan sterilisasi yang diperlukan untuk mencapai efek sterilisasi yang sama dalam fermentor dengan ukuran berbeda secara teoritis berbeda.
40m 3 bioreaktor-fermentor disterilkan dan waktu sterilisasi teoritis dihitung dengan rumus
Gambar 4 Hitung waktu sterilisasi teoritis.
t—menunjukkan waktu sterilisasi teoritis, s;
N0—jumlah awal bakteri hidup pada awal sterilisasi (t=0), sel/mL;
Nt—Jumlah bakteri hidup yang tersisa setelah waktu t, sel/mL;
k—konstanta laju kematian bakteri, s-1, yang berhubungan dengan jenis mikroorganisme dan suhu.
Asumsikan media kultur mengandung 2×107 spora bakteri tahan panas/mL, dan konstanta laju sterilisasi pada 121 ℃ adalah 0,0287s-1.
Waktu yang diperlukan untuk memperoleh peluang kegagalan sterilisasi sebesar 0,001 adalah 23,9 menit. Efek sterilisasi dari dua tahap media kultur naik dari suhu kamar ke 121 ℃ dan turun dari 121 ℃ ke suhu kultur fermentasi tidak diperhitungkan di sini.
Faktanya, pemanasan dan peningkatan suhu memang berkontribusi terhadap sterilisasi media kultur, terutama bila media kultur dipanaskan hingga di atas 100 ℃ , efek ini lebih terlihat jelas.
Jika efek sterilisasi media kultur selama tahap pemanasan diperhitungkan, dan jika diperlukan waktu 15 menit untuk menaikkan suhu media kultur dari 100 ℃ menjadi 121 ℃ , waktu sterilisasi selama tahap isolasi dihitung menjadi 21,1 menit, dan waktu insulasi dipersingkat 12%.
Semakin besar volume tangki fermentasi , semakin lama waktu pemanasan untuk sterilisasi tangki, semakin besar dampak tahap pemanasan terhadap sterilisasi, dan semakin pendek waktu isolasi.
Tangki kecil cepat panas dan waktu pemanasan dapat diabaikan. Tangki fermentasi yang saat ini digunakan dalam industri fermentasi berukuran relatif besar (60-100m3), dan efek sterilisasi selama tahap pemanasan harus dipertimbangkan untuk meminimalkan kerusakan nutrisi.
Untuk tangki fermentasi dengan volume di bawah 40m3, efek ini dapat diabaikan.
Selain itu, tahap pendinginan juga berkontribusi terhadap sterilisasi sampai batas tertentu, namun tindakan pendinginan cepat biasanya digunakan saat ini, yang waktunya singkat dan umumnya tidak diperhitungkan dalam perhitungan.
