發酵配料連消技術
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。
①一代連消技術（T≥120℃，t≥30min）
②二代連消技術（T≥130℃，t≥5min）
③三代連消技術（T=140℃，t<1 min）——TiZOO連消
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】 | ① 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】
②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 | 無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）
| 無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） | 配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：
① 滅菌高溫短時（T=140℃,t≤1min），培養基的營養成分破壞程度??；
② 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；
③ 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；
④ 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）；
⑤ 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；
⑥ 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；
⑦ 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）
2、黑龍江**生物科技有限公司（TiZOO三代連消技術）
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