09.03.2017 / by maximios / Естествознание / No Comments

биотехнология. доклад



7.2.1. Приготовление и стерилизаций питательных сред.

В статьях расходов в производстве продуктов микробного синтеза одно из первых мест занимает сырье.

Для проведения ферментационных процессов, наряду с очень дорогим пищевым сырьем, таким как мука кукурузная, соевая, пшеничная, крахмал, глюкоза, лактоза, растительные масла, применяют и значительно более дешевые, являющиеся отходами пищевой промышленности — меласса, зеленая патока, молочная сыворотка, рыбно-костная мука, а также специально получаемые продукты — парафины нефти, метан, этанол и др. 

Жидкие компоненты питательных сред (мелассу, растительные масла, рыбий жир) доставляют в железнодорожных цистернах и хранят в специальных сборниках на складах заводов и транспортируют по коммуникациям с помощью вакуума, сжатого воздуха или перекачивают насосами. Дозировку жидких компонентов осуществляют по массе или по объему в соответствии с прописью среды и контрольными показателями каждой партии этого нестандартного вида сырья. 


Сыпучие компоненты сред из транспортной тары забирают или в специальные бункеры или хранят на складах в исходной упаковке. Для транспортировки сыпучих компонентов используют ленточные и винтовые
конвейеры, элеваторы, пневматический транспорт. 


Процесс приготовления питательных сред независимо от того, сложен он технологически или прост, всегда очень ответственен, так как от качества питательной среды во многом зависит результат проведения ферментации. 

Жидкие питательные среды приготовляют в аппаратах-смесителях с мешалкой, куда загружают отдельные компоненты в определенной последовательности, установленной по регламенту.

Приготовление сложных комплексных сред, в состав которых, кроме минеральных компонентов и Сахаров, входит мука, крахмал, кукурузный экстракт, проводят в нескольких смесителях. Муку, крахмал предварительно заваривают и тщательно перемешивают, чтобы не допустить образования крупных комков, которые могут быть причиной нестерильных операций, поэтому реакторы должны быть снабжены барботерами для подачи пара. 


В связи с тем, что в большинстве своем питательные среды имеют жидкую и твердую фазы, возникает необходимость тонкого измельчения твердых компонентов — отрубей, муки грубого помола, рыбно-костной муки, соевого жмыха. В этих целях с большой эффективностью используют роторно-пульсационный аппарат, или РПА, через который пропускают суспензию компонента перед завариванием или после него. Благодаря этой процедуре не только избавляются от комков, образовавшихся при заваривании, но и повышают степень использования сырья, равно как и получают
возможность применять отдельные виды сырья (например, среды с рыбно-костной мукой, плохо поддающиеся стерилизации из-за большого количества рыбьих глаз). 
Растворы Сахаров, нуждающиеся в более щадящих режимах стерилизации, рекомендуют готовить и стерилизовать отдельно, смешивая с основной средой только в
ферментаторе.
Некоторые виды сырья, например, соевая мука, вызывают повышенное вспенивание сре
ды, поэтому для снижения пенооборазования при стерилизации в такие среды добавляют жир в качестве пеногасителя.


Качество используемой воды зависит от назначения питательной среды. Чаще всего применяют артезианскую, реже — водопроводную воду. В крупнотоннажных производствах кормовых дрожжей и
белкововитаминных концентратов (БВК) используют воду, полученную по замкнутому циклу этого производства, то есть прошедшую очистные сооружения.


Под стерилизацией сред обычно понимают любой метод воздействия, обеспечивающий удаление из них микробов —
контаминантов или разрушение последних. Наиболее распространенным и универсальным среди возможных методов, вызывающих деструкцию микроорганизмов, является метод основанный на использовании влажного тепла. Характерной особенностью, отличающей действие влажного тепла на микроорганизмы и химические вещества, является высокая энергия активации р, которая характерна для микробов.


По разнице значений энергии активации можно говорить о том, что одинаковое приращение температуры оказывает разное влияние на гибель спор и термическую деструкцию химических соединений.
Споры палочки ботулизма наиболее чувствительны к воздействию влажного тепла, а фолиевая кислота меньше подвержена деструкции по сравнению с тиамином. На практике главная цель стерилизации — достижение стерильности, но сохранение качества питательной среды также имеет важное значение, так как непосредственно от этого будет зависеть результат процесса ферментации.
Тепловую стерилизацию сред (по способу ее проведения) подразделяют на периодическую и непрерывную. При
периодическом способе стерилизации процессы: нагрев, выдержка и охлаждение среды протекают последовательно во времени в одном аппарате. Это может быть ферментатор, посевной аппарат или специальный стерилизатор. Весь объем среды нагревают в аппарате до заранее выбранной температуры, выдерживают при этой температуре строго определенное время и охлаждают водой, подаваемой в рубашку аппарата или змеевик. Метод отличается простотой и надежностью, однако имеет и свои недостатки. В частности, ухудшается качество питательной среды из-за длительного воздействия высокой температуры, при этом происходит, деструкция витаминов. Второй недостаток связан с тем, что требуется повышенный расход пара за короткий период нагрева. Третий недостаток обусловлен невозможностью регенерировать тепло. Последний, четвертый, недостаток касается трудности автоматизации процесса периодической стерилизации по сравнению с непрерывным. 

При
непрерывном способе стерилизации каждый элементарный процесс — нагрев, выдержка, охлаждение осуществляется в специально предназначенных для этого аппаратах: нагревателе, выдерживателе, теплообменнике, которые составляют 
систему аппаратов для непрерывной стерилизации — установку непрерывной стерилизации (УНС). Непрерывная стерилизация имеет следующие преимущества по сравнению с периодической: 

1) при непрерывном методе стерилизации каждый элементарный объем среды (бесконечно малый объем, содержащий одну спору) находится при высокой температуре короткое время; 

2) благодаря более высоким температурам стерилизации и короткой экспозиции деструкция компонентов питательной среды минимальна; 

3) процесс стерилизации всего объема питательной среды растянут во времени, этим обеспечивается более равномерная загрузка котельной; 

4) процесс легко контролируем и управляем; 

5) возможна частичная регенерация тепла. Непрерывное нагревание среды может быть осуществлено без прямого контакта с теплоносителем в трубчатом, пластинчатом или спиральном теплообменнике. Но чаще всего среда нагревается до нужной температуры в течение нескольких секунд прямым
инжектированием пара в паровых контактных нагревателях. Подбирают нагреватель в зависимости от объема стерилизуемой среды так, чтобы время операции стерилизации всего объема среды составляло 40—120 минут. После этого среду подают в выдерживатель — проточный аппарат непрерывного действия, работающий по принципу вытеснения вновь поступающими объемами среды предыдущих. За время прохождения через выдерживатель элементарного объема питательной среды содержащаяся в этом объеме спора погибает. По конструктивным особенностям выдерживатели подразделяют на два типа — емкостные и трубчатые.

Наиболее простым по конструкции и надежным является емкостной выдерживатель, с подачей среды сверху по трубе, опущенной до днища аппарата; днище при этом играет роль отбойника, разбивающего струю жидкости, а сбор стерильной среды осуществляется через перфорированное кольцо, расположенное в верхней части выдерживателя для распределения скоростей отдельных объемов -жидкости по сечению потока.
Трубчатые
выдерживатели большого диаметра и длины разделяют на секции и укрепляют вертикально как колонные аппараты. Все выдерживатели должны быть покрыты слоем изоляции для предотвращения теплопотерь
При высокой температуре среда находится в выдерживателе строго определенное расчетное время, а затем ее необходимо очень быстро охладить до температуры ферментации, иначе в среде пойдут деструктивные процессы.


Все аппараты УНС выполняют из нержавеющей стали, а наиболее надежной арматурой является
сильфонная нержавеющая. Перед началом операции стерилизации всю систему УНС стерилизуют водяным паром, после чего стерилизуют концентрат питательной среды. Для удаления остатков среды из системы и для разбавления концентрата через УНС пропускают воду. Перед отключением УНС ее вновь стерилизуют. 
Сыпучие среды, используемые в настоящее время для получения ферментов поверхностным методом и кормовых добавок, стерилизуют паром, инфракрасными лучами, а также используют другие губительные факторы. Компонентами таких сред являются отруби, свекловичный жом, древесные опилки, солома. Компоненты предварительно тщательно измельчают и смешивают в оптимальных соотношениях. 
В промышленности наиболее широко применяют обработку сред глухим и острым паром, которую условно можно назвать стерилизацией. В действительности деструкция спор происходит только на поверхности твердых комков среды. Споры, находящиеся в глубине комка, могут выжить. Уровень стерильности таких сред относительно невысок, но достаточен для проведения ферментации на твердой сыпучей среде.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *