बायोरिएक्टर-किण्वक के नसबंदी के गहरे तर्क का खुलासा

वास्तविक टैंक बंध्यीकरण (रियल स्टरलाइज़ेशन) एक बंध्यीकरण प्रक्रिया है जिसमें सभी तैयार संवर्धन माध्यम को बायोरिएक्टर-किण्वक में इनपुट किया जाता है या अन्य उपकरण में, भाप को संवर्धन माध्यम और प्रयुक्त उपकरण को रोगाणुनाशन तापमान तक गर्म करने के लिए प्रविष्ट कराया जाता है, जिसे एक निश्चित अवधि तक बनाए रखा जाता है, और फिर टीकाकरण तापमान तक ठंडा किया जाता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

चित्र 1 वास्तविक उन्मूलन का योजनाबद्ध आरेख

इस प्रक्रिया को आंतरायिक बंध्यीकरण या बैच बंध्यीकरण (निरंतर बंध्यीकरण के सापेक्ष) भी कहा जाता है।

पूर्ण-टैंक स्टरलाइज़ेशन ऑपरेशन में वास्तव में तीन प्रक्रियाएँ शामिल हैं: हीटिंग, ताप संरक्षण, और शीतलन। चित्र 2 संस्कृति माध्यम के पूर्ण-टैंक स्टरलाइज़ेशन के दौरान तापमान में होने वाले परिवर्तनों को दर्शाता है।

चित्र

चित्र 2 कैन स्टरलाइज़ेशन के दौरान तापमान में परिवर्तन

कैन स्टरलाइज़ेशन के लिए विशिष्ट चरण:

1. टैंक सफाई निरीक्षण

सफाई से पहले, जाँच करें कि वाल्व की स्थिति सही है या नहीं। सफाई करते समय, जाँच करें कि उपकरण और पाइपलाइनों में रिसाव तो नहीं है, खासकर शीतलन पाइपलाइनों में।

किण्वक जैकेट में संघनित जल निकल गया है, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि जैकेट में कोई शीतलन जल नहीं है।

सफाई के बाद, टैंक के अंदर की जांच करें और देखें कि कहीं कोई गंदगी तो नहीं है, मूल रंग कैसा है।

2. बंध्यीकरण से पूर्व तैयारी

किण्वक के वायु फिल्टर को जीवाणुरहित करें तथा उसे जीवाणुरहित हवा से सुखाएं।

यह सुनिश्चित करने के लिए जाँच करें कि टैंक में दबाव कम हो गया है। साफ़ और कैलिब्रेटेड इलेक्ट्रोड को टैंक में डालें और इलेक्ट्रोड वायर को कनेक्ट करें। जाँच करें कि टैंक का निचला वाल्व बंद है।

फिर तैयार सामग्री को टैंक में डालें, प्रक्रिया की आवश्यकताओं के अनुसार मात्रा बनाने के लिए आवश्यक पानी डालें, डिफोमर डालें, और जाँच करें कि कोई सामग्री छूटी हुई है या नहीं। पूरा होने के बाद, तरल को जमने से रोकने के लिए हिलाएँ।

3. तापन

(1) अप्रत्यक्ष तापन

टैंक बॉडी के निकास वाल्व खोलें, उसी समय, जैकेट के ठंडे पानी को बंद करें, जैकेट या कॉइल स्टीम वाल्व खोलें, तरल को अप्रत्यक्ष रूप से गर्म करने के लिए जैकेट या कॉइल में भाप डालें, जैकेट पानी के इनलेट पाइप ड्रेन वाल्व को थोड़ा खोलें, और टैंक बॉडी और जैकेट में संघनित पानी का निर्वहन करें।

जब टैंक का तापमान 80-90 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाए, तो धीरे-धीरे निकास वाल्व बंद कर दें।

जैकेट स्टीम प्रीहीटिंग की भूमिका:

① संघनित जल की उत्पत्ति को कम करें और कीटाणुशोधन के बाद संस्कृति माध्यम की मात्रा की सटीकता सुनिश्चित करें।

शुरुआत में, भाप को सीधे टैंक में डाला जाता है, और टैंक में ठंडी सामग्री को सीधे भाप में डाला जाता है, जिससे बड़ी मात्रा में संघनित पानी का उत्पादन होने की संभावना होती है और खपत के बाद संस्कृति माध्यम की मात्रा बहुत बड़ी हो जाती है। कुछ कारखाने इस कदम को छोड़ देते हैं और संस्कृति माध्यम की सांद्रता सुनिश्चित करने के लिए प्रयोगों के माध्यम से उत्पन्न संघनित पानी की मात्रा को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है।

② शोर कम करें.

सामग्री और भाप के बीच तापमान का अंतर बहुत बड़ा है, और भाप का सीधा प्रवेश उपकरण कंपन का कारण होगा।

③ यह स्टार्चयुक्त कच्चे माल के जिलेटिनीकरण और द्रवीकरण के लिए अनुकूल है। (यह स्टार्च रहित कच्चे माल पर लागू नहीं होता है)

जैकेट का तापमान अपेक्षाकृत धीरे-धीरे बढ़ता है, जो उन सामग्रियों के पूर्ण विघटन के लिए फायदेमंद होता है जो स्टार्च सामग्री के लिए संस्कृति माध्यम में पूरी तरह से भंग नहीं हो सकते हैं, और बहुत तेज तापमान वृद्धि के कारण सामग्री की सतह के जिलेटिनाइजेशन और समूहन से बचते हैं, जो नसबंदी प्रभाव को प्रभावित करता है।

(2) प्रत्यक्ष हीटिंग

जैकेट को 80-90 ℃ तक गर्म करने के बाद , जैकेट स्टीम इनलेट वाल्व को बंद करें (इसे बंद भी किया जा सकता है), टैंक स्टीम इनलेट वाल्व खोलें, और भाप को सीधे टैंक में प्रवाहित होने दें, जिससे टैंक का तापमान 118-121 ℃ तक बढ़ जाए । विभिन्न निकास वाल्व खोलें और सरगर्मी बंद करें।

4. गर्मी और दबाव इन्सुलेशन

जब सामग्री का तापमान प्रक्रिया द्वारा निर्दिष्ट तापमान के करीब होता है, तो धीरे-धीरे भाप वाल्व को कम करें और दबाव और तापमान को प्रक्रिया द्वारा आवश्यक दबाव और तापमान तक पहुंचने के लिए प्रत्येक वाल्व के संतुलन को समायोजित करें (आमतौर पर संस्कृति तापमान से 0.5-2 ℃ थोड़ा अधिक होता है, अन्यथा यह बहुत कम हो जाएगा)।

इस समय, रिएक्टर से जुड़े सभी पाइपों को दो अवस्थाओं में होना आवश्यक है: स्टीम इनलेट या स्टीम आउटलेट, ताकि पाइपों को रोगाणुमुक्त किया जा सके।

इन्सुलेशन चरण के दौरान, कल्चर माध्यम के तरल स्तर से नीचे सभी पाइपों में भाप को पेश किया जाना चाहिए; भाप को तरल स्तर से ऊपर अन्य पाइपों से छुट्टी दी जानी चाहिए, ताकि मृत कोनों के बिना पूरी तरह से स्टरलाइज़ेशन सुनिश्चित किया जा सके। इन्सुलेशन आम तौर पर 25-30 मिनट के लिए 121 डिग्री सेल्सियस होता है।

सामान्य किण्वन टैंक में आमतौर पर भाप के सेवन के लिए तीन छिद्र होते हैं (वायु प्रवेश पाइप, निर्वहन पाइप और नमूना पाइप), जिसे तथाकथित "तीन-तरफ़ा भाप प्रवेश" कहा जाता है।

"चार-तरफ़ा भाप आउटलेट" का मतलब है कि भाप को सीधे निकास, टीकाकरण, फ़ीड और डिफोमर पाइप से छुट्टी दे दी जाती है। मुख्य रूप से इन चार तरीकों से, भाप इनलेट और आउटलेट वाल्व को भी खोलने की आवश्यकता होती है।

5. कोलिंग

स्टरलाइज़ेशन के बाद, सबसे पहले सभी स्टीम इनलेट वाल्व बंद करें और एग्जॉस्ट वाल्व को थोड़ा कम करें। फिर, टैंक के दबाव को बनाए रखने के लिए बाँझ हवा को अंदर जाने देने के लिए एयर इनलेट वाल्व खोलें। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कल्चर माध्यम को वापस बहने से रोकने के लिए टैंक में दबाव एयर फ़िल्टर दबाव से कम होना चाहिए।

किण्वन प्रक्रिया के लिए आवश्यक तापमान तक संवर्धन माध्यम को ठंडा करें।

विसंक्रमण के बाद, ठंडा करने के लिए ठंडा पानी डालने से पहले टैंक के अंदर दबाव सुनिश्चित करने के लिए समय पर बाँझ हवा को पेश करने की आवश्यकता होती है (आमतौर पर टैंक का दबाव 0.1MPa तक समायोजित किया जाता है)।

बाँझ हवा को पेश करने का कार्य शीतलन को तेज करना और टैंक में सकारात्मक दबाव बनाए रखना है, ताकि संस्कृति माध्यम के ठंडा होने से टैंक में नकारात्मक दबाव बनने से रोका जा सके, जिससे बैक्टीरिया से संक्रमित होना या बायोरिएक्टर -किण्वक को नुकसान पहुँचाना आसान हो जाता है ( बायोरिएक्टर-किण्वक का टैंक दबाव शून्य हो जाता है और टैंक बॉडी सपाट हो जाती है)। यह एक दुर्घटना है जो अक्सर स्टेनलेस स्टील जैकेट वाले किण्वन टैंकों के नसबंदी ऑपरेशन में होती है। यह एक गंभीर उत्पादन दुर्घटना है।

संवर्धन माध्यम टैंकों के बंध्यीकरण की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए निम्नलिखित चार मानदंडों का उपयोग किया जाता है:

① नसबंदी के बाद बाँझपन की आवश्यकताओं को पूरा करें;

②पोषक तत्वों का कम विनाश;

③ बंध्यीकरण के बाद संवर्धन माध्यम की मात्रा फ़ीड की मात्रा के अनुरूप है;

④कम झाग.

नसबंदी प्रक्रिया के दौरान कई मुद्दों पर ध्यान दिया जाना चाहिए:

(1) बंध्यीकरण सरगर्मी की भूमिका

पूर्ण-डिब्बी विसंक्रमण में, मिश्रण बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

सरगर्मी चालू करने का उद्देश्य:

① कैन की स्टरलाइज़ेशन प्रक्रिया के दौरान झूठे दबाव के निर्माण से बचने के लिए स्टरलाइज़ की गई सामग्री को समान रूप से गर्म और स्थानांतरित करें;

② सामग्री अवसादन से बचें। एक बार अवसादन और स्तरीकरण होने पर, यह असंगत ताप तापमान का कारण बनेगा और आसानी से गलत दबाव उत्पन्न करेगा।

(2) नसबंदी के बाद तरल मात्रा में परिवर्तन

संवर्धन माध्यम तैयार करते समय, बंध्यीकरण के बाद संवर्धन माध्यम की मात्रा में वृद्धि पर पूरा ध्यान दिया जाना चाहिए।

स्टरलाइज़ेशन का समय जितना लंबा होगा, उतनी ही मात्रा बढ़ेगी। तापमान जितना कम होगा, भाप की मात्रा उतनी ही अधिक होगी, आम तौर पर लगभग 10% की वृद्धि होगी, जो भाप की गुणवत्ता से संबंधित है।

जैकेट को पहले से गरम नहीं किया जाता है या अपर्याप्त रूप से गरम किया जाता है, भाप पाइप में संघनित पानी पूरी तरह से सूखा नहीं जाता है, बॉयलर रूम से भेजे गए भाप में बहुत अधिक पानी होता है, आदि, जो बहुत अधिक संघनित पानी का निर्माण करेगा और मात्रा में वृद्धि करेगा।

(3) कैन स्टरलाइज़ेशन समय पर विचार

औद्योगिक किण्वन उत्पादन में, गर्मी संरक्षण चरण को आमतौर पर नसबंदी समय के रूप में माना जाता है। अब आम तौर पर 121 ℃ और 30 मिनट का उपयोग किया जाता है।

विभिन्न आकारों के किण्वकों में समान बंध्यीकरण प्रभाव को प्राप्त करने के लिए आवश्यक बंध्यीकरण रखरखाव समय सैद्धांतिक रूप से भिन्न होता है।

40 मी 3 बायोरिएक्टर-किण्वक को निष्फल कर दिया जाता है और सैद्धांतिक निष्फलीकरण समय की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

चित्र 4 सैद्धांतिक बंध्यीकरण समय की गणना करें।

t——सैद्धांतिक बंध्यीकरण समय, s को इंगित करता है;

N0——नसबंदी की शुरुआत में व्यवहार्य बैक्टीरिया की मूल संख्या (टी=0), कोशिकाएं/एमएल;

Nt——समय t के बाद शेष जीवित बैक्टीरिया की संख्या, कोशिकाएं/एमएल;

k——जीवाणु मृत्यु दर स्थिरांक, s-1, जो सूक्ष्मजीव के प्रकार और तापमान से संबंधित है।

मान लें कि संवर्धन माध्यम में 2×107 ऊष्मा प्रतिरोधी बैक्टीरिया के बीजाणु/एमएल हैं, तथा 121 डिग्री सेल्सियस पर बंध्यीकरण दर स्थिरांक 0.0287s-1 है।

℃ तक बढ़ने वाले संस्कृति माध्यम के दो चरणों और 121 ℃ से किण्वन संस्कृति तापमान तक गिरने के नसबंदी प्रभाव को यहां ध्यान में नहीं रखा गया है।

वास्तव में, हीटिंग और तापमान वृद्धि संस्कृति माध्यम की नसबंदी में योगदान देती है, खासकर जब संस्कृति माध्यम को 100 ℃ से ऊपर गरम किया जाता है , तो यह प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है।

यदि हीटिंग चरण के दौरान संस्कृति माध्यम के नसबंदी प्रभाव को ध्यान में रखा जाता है, और यदि संस्कृति माध्यम के तापमान को 100 ℃ से 121 ℃ तक बढ़ाने में 15 मिनट लगते हैं , तो इन्सुलेशन चरण के दौरान नसबंदी समय की गणना 21.1 मिनट की जाती है, और इन्सुलेशन समय 12% कम हो जाता है।

किण्वन टैंक का आयतन जितना बड़ा होगा , टैंक कीटाणुशोधन के लिए हीटिंग का समय उतना ही अधिक होगा, हीटिंग चरण का कीटाणुशोधन पर प्रभाव उतना ही अधिक होगा, तथा संबंधित इन्सुलेशन समय भी उतना ही कम होगा।

छोटे टैंक जल्दी गर्म हो जाते हैं और हीटिंग समय को अनदेखा किया जा सकता है। किण्वन उद्योग में वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले किण्वन टैंक अपेक्षाकृत बड़े (60-100m3) हैं, और पोषक तत्वों के विनाश को कम करने के लिए हीटिंग चरण के दौरान नसबंदी प्रभाव पर विचार किया जाना चाहिए।

40m3 से कम आयतन वाले किण्वन टैंकों के लिए , इस प्रभाव को नजरअंदाज किया जा सकता है।

इसके अलावा, शीतलन चरण भी एक निश्चित सीमा तक स्टरलाइज़ेशन में योगदान देता है, लेकिन आजकल आमतौर पर तीव्र शीतलन उपायों का उपयोग किया जाता है, जो समय में कम होते हैं और आमतौर पर गणना में ध्यान में नहीं रखे जाते हैं।