Процесс разрушения или уничтожения посторонней микрофлоры называется стерилизацией.
Аппараты для стерилизации классифицируются по ряду признаков.
I. Первым, из них является - вид среды и способ стерилизации.
Для твердых питательных сред используются:
· Тепловые способы.
· Холодные способы.
К тепловым способам стерилизации относятся:
а) стерилизация водяным насыщенным паром
- либо при вакууме,
- либо при атмосферном
- либо при избыточном давлении;
б) стерилизация инфракрасными лучами;
в) стерилизация электронагревом;
г) стерилизация посредством ВЧ нагрева и СВЧ нагрева.
К холодным способам относятся:
а) стерилизация посредством ионизирующего излучения;
б) стерилизация химическая окисью этилена -
- (в газовых шкафных стерилизаторах)
в) ультразвуковая стерилизация;
г) стерилизация посредством радиационного воздействия;
д) фильтрация через стерилизующие фильтры.
II. По структуре рабочего цикла стерилизаторы могут быть:
а) непрерывного; и б) периодического действия.
III. По конструктивному исполнению стерилизаторы для твердых питательных сред могут быть:
1. Горизонтальные одноступенчатые.
2. Горизонтальные двухступенчатые.
3. Совмещенные двухступенчатые с одной вертикальной и второй горизонтальной ступенью, а также и др.
Во всех этих стерилизаторах используется насыщенный водяной пар.
Следует отметить, что стерилизация паром является наиболее простой и наиболее экономичной.
Пар обладает рядом хороших свойств:
- легкость транспортировки;
- способность проникновения в труднодоступные места, особенно соединительных трубопроводов и арматуры;
- большая теплоотдача;
- не токсичность и т.д.
Жидкие питательные среды также стерилизуются паром в установках непрерывного действия типа УНС, «Де-Лаваль» и пр.
.
Стерилизаторы твердых питательных сред
К твердым питательным средам (ТПС) относятся:
- пшеничные отруби, свекловичный жом, сахарная меласса, солодовые ростки, биошрот и т.п.
Одним из аппаратов предназначенных для их стерилизации является стерилизатор конструкции ВНИИЭКИпродмаша (Рис. 1).
| Рис. Аппарат для стерилизации ТПС конструкции ВНИИЭКИПродмаша. |
· Стерилизатор снабжен горизонтальным цилиндрическим корпусом 1 с двумя эллиптическими торцевыми стенками.
· Внутри корпуса установлены мешалка в виде двух параллельных горизонтальных валов 2 с наклонно поставленными радиальными лопастями 3.
· Валы опираются на две вертикальные стойки 4, в которых установлены подшипниковые опоры валов.
· Валы мешалок периодически по заданному автоматическому циклу получают вращение от привода, размещенного вне корпуса.
· Радиальные лопасти мешалки 3 обладают возможностью изменения угла поворота относительно оси валов.
· Это позволяет устанавливать оптимальный радиальный зазор между лопастями и внутренними стенками аппарата.
· Направление вращения валов разное, это позволяет хорошо перемешивать твердые питательные среды внутри стерилизатора.
· При этом среда перемещается в двух противоположных направлениях, двигаясь от одного торца аппарата к другому.
· В верхней части корпуса аппарата установлен люк для загрузки среды 5.
· Пространство между нижней частью наружного цилиндрического корпуса аппарата и внутренним днищем 6, выполненным в виде двух криволинейных поверхностей, служит пароводяной рубашкой 7.
· Радиус двух полуцилиндрических поверхностей внутреннего днища соответствует радиусам радиальных лопастей.
· В паровую рубашку подается пар давлением до 0,2 МПа. За счет этого поддерживается заданная температура стерилизации.
· Помимо всего прочего стерилизатор укомплектован:
- штуцерами для подвода и отвода пара и конденсата,
- приборами регулирования температуры, давления
- и предохранительным клапаном.
Для этого стерилизатора характерны следующие технические параметры:
- Единовременная загрузка составляет 400 кг.
- Производительность до 2000 кг/сутки.
- Число оборотов мешалки – 15 об/мин.
- Мощность двигателя – 10 кВт.
- Время цикла обработки – 3 - 4 часа.
Двухступенчатый стерилизатор горизонтального типа.
| Рис. Двухступенчатый стерилизатор для сыпучих ТПС. |
Этот стерилизатор:
Состоит из двух горизонтальных цилиндрических ступеней 1 и 2, между которыми расположен вертикальный емкостной выдерживатель 3.
· Ступени состоят из трех последовательно соединенных горизонтальных труб – секций, общей длиной около 7 м.
· Каждая секция имеет пароводяную рубашку 4 давление пара, в которой – до 0,6 МПа.
· Внутри ступеней установлены валы с косо поставленными лопатками 5. Частота вращения вала до 0,1 с-1 (т.е. 6,0 об/мин).
· Компоненты сыпучей твердой питательной среды перемещаются наклонно поставленными лопастями и одновременно стерилизуются.
Особенностью верхней ступени является то, что, она оснащена тормозными лопатками (повернутыми в противоположную сторону).
Они установлены через каждые 5-6 направляющих лопаток.
· Благодаря этому происходит хорошее перемешивание среды, и ее медленное одновременное перемещение, что способствует её равномерному нагреву.
· Из верхней ступени среда поступает в цилиндрический выдерживатель.
· Днище выдерживателя выполнено коническим и под ним установлен шлюзовой дозатор.
· Внутри выдерживателя установлена мешалка.
· Здесь стерилизованная выдержанная ТПС находится около 60 – 90 минут.
· Из выдерживателя среда поступает в нижнюю ступень, которая по конструкции не отличается от верхней.
· В этой ступени происходит доувлажнение, охлаждение и засев стерильной среды посевной культурой.
Двухступенчатый стерилизатор вертикального типа.
Он также предназначен для сыпучих ТПС (пшеничные отруби). Стерилизатор состоит из двух ступеней, причем первая ступень является вертикальной.
Вертикальная часть стерилизатора представляет собой цилиндрическую обечайку 1 с наружной тепловой рубашкой и коническим днищем.
Внутри вертикального аппарата имеется мешалка 2 с лопастями установленными горизонтально. Шаг между лопастями выбран так, что среда может свободно пересыпаться сверху вниз.
Лопасть 3 имеет форму клина и представляет собой перфорированную трубку, к которой спереди приварены две плоскости, причем:
- одна плоскость – нижняя расположена перпендикулярно оси вала мешалки,
- а верхняя плоскость расположена наклонно к оси вала.
| Рис. Схема вертикального стерилизатора твердых питательных сред. |
Соответственно, при вращении мешалки:
- нижняя плоскость лопасти движется параллельно поперечному сечению аппарата;
- верхняя плоскость лопасти образует наклон, по которой перемещается среда.
Таким образом, лопасть как клин вклинивается в продукт, она имеет малое лобовое сопротивление и не прессует продукт.
Пар в стерилизатор подается через трубчатый вал 4 мешалки непосредственно в лопасти.
Противоположная сторона лопасти представляет собой трубку, перфорированную с тыльной стороны.
В конической части аппарата имеются перемешивающие лопасти расположенные параллельно образующей конуса.
Данные лопасти предназначены для обеспечения выгрузки стерилизованной ТПС через нижний люк, открываемый с помощью автоматического гидропривода.
Кроме того, аппарат снабжен:
- тепловыми рубашками,
- смотровыми люками,
- средствами автоматизации для регулирования давления и температуры.
Вторая ступень представляет собой горизонтально установленный смеситель, в котором осуществляются функции:
- по доувлажнению,
- охлаждению,
- и засеву среды посевной культурой.
Стерилизатор вибрационного типа непрерывного действия.
 |
| Рис. Схема вибрационного стерилизатора. |
В состав данного стерилизатора входит:
- загрузочный бункер 1;
- прямоугольный горизонтальный корпус 2, снабженный теплоизоляционным слоем;
- горизонтальный, герметичный прямоугольный желоб 3, установленный внутри корпуса;
- трубчатые электрические нагреватели для нагрева среды 4 (муфели);
- трубы для разбрызгивания стерильной воды 5;
- штуцеры для подачи посевной культуры 6;
- штуцер для выгрузки стерильной среды 7;
- и эксцентриковый вибратор 8 с электродвигателем, расположенный в средней части аппарата (на схеме не показан).
Желоб стерилизатора по длине разделен на три части:
- загрузочную; стерилизационную; и посевную.
Загрузочная часть выполняет функции дозатора.
Стерилизационная часть располагается в первом муфеле:
· здесь происходит нагрев и стерилизация среды при температуре 130 –140 0С.
Посевная часть располагается в другом муфеле.
Здесь происходит:
· увлажнение среды при добавлении холодной стерильной воды,
· а также засев твердой питательной среды и перемешивание.
Вибростерилизатор работает следующим образом:
- пшеничные отруби из бункера поступают в загрузочную часть;
- с помощью регулирующей шиберной заслонки они равномерно рассыпаются по лотку;
- дозирование отрубей регулируется частотой колебаний, сообщаемых вибратором;
- отруби перемещаются по лотку, установленному с небольшим уклоном, за счет колебаний последнего;
- твердая питательная среда, проходя стерилизационную часть, стерилизуется за счет тепла передаваемого радиацией от муфелей;
- в засевной части аппарата происходит охлаждение среды водой поступающей в змеевик и стерильной холодной водой предназначенной для увлажнения среды;
- после охлаждения в аппарат подается дозированное количество конидии гриба и за счет колебаний, непрерывно сообщаемых лотку-желобу вибратором, происходит интенсивное перемешивание среды.
Высокочастотный стерилизатор
   
     
 
 
       | ||||||||||||||||||||||||||
| Рис. Схема высокочастотного стерилизатора. |
Этот стерилизатор состоит из двух ступеней. Первой ступенью 1 является стерилизационная экранированная камера. Она снабжена бункером 2 с роторным дозатором для загрузки среды.
Внутри камеры установлены:
· термоустойчивый ленточный транспортер 3, высокочастотный генератор 4,
· плоскопараллельный конденсатор 5 одна пластина, которого находится под, а вторая над лентой транспортера,
· и, 6 - бактерицидные лампы БУВ-30.
Вторая ступень стерилизатора - двухсекционный шнековый транспортер 7 с дозаторами стерильной воды 8 и посевной культуры 9. Кроме того, внутри камеры установлены приводы ленточного 10 и шнекового 11 транспортеров.
Работа стерилизатора происходит следующим образом:
- питательная среда загружается в бункер и равномерным слоем (30 мм) поступает на ленту транспортера;
- перемещаясь в зону высокочастотного электромагнитного поля создаваемого генератором между пластинами плоскопараллельного конденсатора, среда нагревается до температуры стерилизации;
- возникновение спонтанной микрофлоры в питательной среде исключается за счет излучения бактерицидных ламп;
- при выходе из зоны нагрева среда начинает охлаждаться и затем ссыпается в бункер второй ступени стерилизатора, которая представляет собой шнековый транспортер;
- здесь происходит охлаждение и увлажнение твердой питательной среды.
Высокочастотный стерилизатор имеет ряд преимуществ:
- время стерилизации в 12 – 30 раз сокращается в сравнении с паровыми. Нагрев происходит очень быстро (скорость нагрева в 18 –20 раз быстрее);
Таковы основные разновидности стерилизаторов для стерилизации ТПС перед культивированием.
Рекомендуемая литература
1. Калунянц К.А., Голгер Л.И., Балашов В.Е., Оборудование микробиологических производств М.; Агропромиздат, 1987. стр. 69 - 81.
2. Боротников И.В., Босенко А.М., Машины и аппараты микробиологических производств. Минск, Высшая школа, 1982. - 288 с.
3. Еренгалиев А.Е., Какимов А.К., Жаксыбаев А.М. Биотехнологическое оборудование. Учебное пособие. – Семипалатинск, 2006. – стр. 83 - 92