CN109568612A - 含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统，包括配料预热罐、一级高压蒸汽喷射器、二级低压蒸汽喷射器、恒温灭菌维持器、热水罐、冷却器和分配站，热水罐的底部出口通过增压泵与二级低压蒸汽喷射的料液进口相连，二级低压蒸汽喷射的料液出口与恒温灭菌维持器的料液进口相连，恒温料液维持器的料液出口与冷却器的料液进口相连；冷却器的料液出口通过阀门连接到热水罐的进口，构成高温热水空消灭菌的封闭循环回路；所述热水罐的底部出口通过热水循环泵与恒温维持器的热水进口相连，恒温维持器的热水出口与热水罐的另一个热水进口相连，构成维持器恒温控制封闭循环回路，在保护培养基营养成分和彻底灭菌的同时，大幅削减了灭菌工序的蒸汽消耗。

Description

含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统及其方法

技术领域

本发明属于生物发酵技术领域，涉及发酵培养基连续灭菌系统，尤其针对一种含淀粉类的发酵培养基连续灭菌系统及其方法。

背景技术

在生物发酵行业，为了定向培养微生物发酵，需要对发酵培养基进行无菌化处理。培养基的无菌化处理一般采用湿法灭菌。湿法灭菌采取的方式主要有分批灭菌法（又称“实消”）和连续灭菌法(又称“连消”)。随着生物发酵技术的进步和工业实践的检验，发酵培养基的灭菌，能采用“连消”的，绝不愿意采用“实消”，个中缘由，诸多研究及文献资料可查，这里就不赘述。

在实际生产中，有这么一类发酵品种，它们的发酵培养基不能以葡萄糖为碳源而是直接以淀粉为碳源（如果以葡萄糖作培养基会产生葡萄糖效应），所以它们的发酵培养基中会含有一定比例的淀粉。

目前，对于这种含淀粉的发酵培养基灭菌，绝大多数企业虽然知道“连消”的好处，也只能无可奈何地选择“实消”灭菌。这是因为淀粉水溶液加热到一定温度其胶束结构全部崩溃，淀粉分子形成单分子，并为水所包围而成为溶液状态，这种溶液是有粘性的糊状溶液，这种现象称为糊化。淀粉糊化温度必须达到一定程度才会发生，不同淀粉的糊化温度也不一样。慢慢糊化的淀粉，粘度值很大，传热速率会很慢，一方面容易出现颗粒包裹现象，造成消毒不彻底；另一方面，容易堵塞管道和换热器，造成传统“连消”系统无法正常运行。所以，针对含淀粉的发酵培养基的灭菌，如果只是简单套用传统连消系统，淀粉糊化现象必然会出现，颗粒包裹造成灭菌不彻底和设备管道堵塞情况就会相伴而生。这也是大多数发酵企业一直沿用“实消”灭菌，不敢用“连消”系统来给含淀粉的培养基进行灭菌的根本原因。

针对含淀粉的发酵培养基，现有的“实消”灭菌的方法，就是将配制好的含淀粉的发酵培养基全部输送至发酵罐，通入蒸汽与料液直接混合加热，或者蒸汽通入发酵罐内盘管（或夹套）利用间壁传热使料液加热，当料液达到灭菌所需温度（121℃~126℃）后，为确保灭菌彻底，会维持此温度一定的时间（至少 30 分钟以上），再通入冷却水间壁传热降温至发酵所需温度（28℃~42℃）的灭菌过程。

针对含淀粉的发酵培养基，采用“实消”的缺点和不足阐述如下：

一、培养基营养破坏大，影响发酵水平的提高。

发酵罐中配制好的含淀粉的培养基，在蒸汽的直接或者间接加热下，温度从常温缓慢上升到灭菌所需的温度（121℃~126℃），高温（121℃~126℃）维持至少 30分钟后，通入冷却水间壁传热降温至发酵所需温度（35℃~45℃），整个过程培养基处于 80℃以上的高温时间要长达 60分钟以上，造成培养基在长时间高温下发生了复杂的物理变化和化学变化，培养基的外观都会发红或者呈现褐色，营养物质被破坏，甚至产生对定向培养菌有毒害的物质，影响发酵水平的提高。

二、糊化的淀粉培养基容易被烧焦，在设备壁，留下灭菌死角，清理困难，增加了员工劳动强度；

发酵罐中通入高温高压蒸汽，无论是直接混合加热还是间壁传热升温，都容易让糊化的淀粉及辅助培养基在罐壁凹凸点或盘管上烧焦，留下许多灭菌死角，非常难以清理干净。给员工的洗罐工作，带来了繁重的劳动强度，而且增加了下一批次灭菌不彻底的风险。

三、发酵罐灭菌工序占用时间长，设备利用率不高。

从配制好的培养基抽入发酵罐，要经历缓慢的升温阶段、维持高温阶段、缓慢降温阶段等，这一“实消”间歇阶段性操作，耗时较长，占用发酵罐时间也就较长，设备利用率不高。发酵罐越大，“实消”的这一缺点就越突出。

四、蒸汽消耗大，不节能。

实罐灭菌，整个升温、维持阶段发酵罐及其附属管道阀门都要保持一定开度排气，大量蒸汽被直接排出系统外，造成蒸汽消耗大，不节能。

五、污染大气环境。

实罐灭菌，整个升温、维持阶段发酵罐及其附属管道阀门都要保持一定开度排气，大量蒸汽被直接排出系统外；培养基溶液里的其他气体和长时间高温发生复杂化学反应所生成的刺激性气体，也会一并排出，对大气环境造成污染破坏。

六、设备管道振动大，噪音大，容易给设备管道造成破坏。

由于高温高压的蒸汽与冷的料液直接混合接触，汽水冲击剧烈，造成设备管道有很大的振动，同时发出不和谐的冲击声音，容易造成发酵罐及其附属管道的焊缝、紧固件等发生泄露和松脱，存在设备安全隐患。

发明内容

本发明结合淀粉水溶液受热到一定温度后会出现糊化现象，提供了一种含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统及其方法，在保护培养基营养成分和彻底灭菌的同时，大幅削减了灭菌工序的蒸汽消耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统，包括配料预热罐、一级高压蒸汽喷射器、二级低压蒸汽喷射器、恒温灭菌维持器、热水罐、冷却器和分配站，其特征在于：

所述配料预热罐的出口底阀通过供料泵与一级高压蒸汽喷射器的料液进口相连，一级高压蒸汽喷射器的料液出口通过增压泵与二级低压蒸汽喷射器的料液进口相连，二级低压蒸汽喷射器的料液出口与恒温灭菌维持器的料液进口相连；恒温料液维持器的料液出口与冷却器的料液进口相连；冷却器的料液出口与分配站进口通过阀门相连；分配站的料液出口连接灭菌好的发酵罐；

所述热水罐的底部出口通过增压泵与二级低压蒸汽喷射的料液进口相连，二级低压蒸汽喷射的料液出口与恒温灭菌维持器的料液进口相连，恒温料液维持器的料液出口与冷却器的料液进口相连；冷却器的料液出口通过阀门连接到热水罐的进口，构成高温热水空消灭菌的封闭循环回路；

所述热水罐的底部出口通过热水循环泵与恒温维持器的热水进口相连，恒温维持器的热水出口与热水罐的另一个热水进口相连，构成维持器恒温控制封闭循环回路。

作为优选的，所述的含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统还包括并列在一起的工艺水罐、CIP酸罐和CIP碱罐，所述工艺水罐、CIP酸罐和CIP碱罐的出口分别通过各自底阀与供料泵的进口相连。

进一步的，本发明一种含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统的灭菌方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，高温热水空消连续灭菌；

启动增压泵，将热水罐的高温热水抽出，进入二级低压蒸汽喷射器连续不断地进行温度补偿，得到设定的高温热水；高温热水进入恒温灭菌维持器，在恒温灭菌维持器中保温30~300秒，进入冷却器的灭菌通道，最后回到热水罐，持续 15~25分钟的闭路循环；

步骤二，对含淀粉的发酵培养基进行连续灭菌；

在配料预热罐中配置淀粉和发酵培养基，并利用盘管或夹套的蒸汽预热到低于淀粉糊化的温度，确保淀粉没糊化，打开配料预热罐的底阀，启动供料泵，关闭高温热水进入系统的阀门，配料罐内准备好的待灭菌的流体物料被抽出，进入一级高压蒸汽喷射器，淀粉和发酵培养基被高压蒸汽高速切割并分散，极快地跨越糊化温度，达到 100℃以上，再经过增压泵加压，进入二次低压蒸汽喷射器，被高温蒸汽快速混合升温，达到设定的灭菌温度，再进入恒温灭菌维持器的物料灭菌通道，恒温灭菌维持器的夹层通道循环流动的 高温热水，不断地对在维持器中流动的灭菌物料进行温度补偿式保温，保温 30~300秒后，进入冷却器的灭菌通道，与冷却器冷却通道的冷却水进行热量交换，被降温到 40℃~45℃的消后无菌物料，通过消毒灭菌好的分配站，进入预先准备好的无菌发酵罐；

步骤三，对工艺水连续灭菌，置换出系统内含淀粉的发酵培养基；

配料预热罐的待灭菌物料被连消系统处理完后，打开工艺水罐的底阀，关闭配料预热罐的底阀，工艺水罐中的工艺水可以走步骤二的灭菌通道，将系统设备和管道内的物料全部顶出分配站，到此，单批含淀粉的发酵培养基连消完成。

优选的，所述设定的高温热水的温度为145℃。

优选的，所述步骤二中淀粉糊化的温度为50℃。

优选的，所述步骤二中设定的灭菌温度为 140℃~145℃。

进一步的，本发明一种含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统的 CIP清洗方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，进入 CIP碱洗程序，关闭工艺水罐的底阀，开启 CIP碱罐的底阀，CIP碱罐内的弱碱溶液，经过供料泵的加压，依次经过一级高压蒸汽喷射器、增压泵、二级低压蒸汽喷射器、恒温灭菌维持器的灭菌通道、冷却器的灭菌通道、回到 CIP碱罐，形成一个闭路循环，经过较短时间的 CIP碱洗后，切换阀门，利用工艺水罐中的工艺水进行顶洗，将系统内的弱碱溶液全部顶回 CIP碱罐；

步骤二，再进入 CIP酸洗程序，通过切换阀门，关闭工艺水罐的底阀，开启 CIP酸罐的底阀，CIP酸罐内的弱酸溶液，经过供料泵的加压，依次经过一级高压蒸汽喷射器、增压泵、二级低压蒸汽喷射器、恒温灭菌维持器的灭菌通道、冷却器的灭菌通道、回到 CIP酸罐，形成一个闭路循环，经过较短时间的 CIP酸洗后，切换阀门，利用工艺水罐中的工艺水进行顶洗，将系统内的弱酸溶液全部顶回 CIP酸罐，CIP清洗工作完成。

针对含淀粉的发酵培养基灭菌，本发明与现有技术相比，有诸多优点：

1、高温短时，培养基营养破坏少，有利于提高发酵水平，本发明秉承高温短时的灭菌理念，灭菌温度在 140℃~145℃之间，高温灭菌维持时间缩短到 30~300秒。

1）进入灭菌系统的培养基，一级高压蒸汽喷射分散和二级低压蒸汽喷射加热都是在极短的瞬间完成，节省了实罐灭菌发酵罐缓慢升温过程的时间；

2）高温灭菌维持时间也从 30分钟（1800秒）以上，缩短到 30秒~300秒，从而减少了高温维持时间；

3）节省了实罐灭菌发酵罐缓慢降温过程的时间，连消中的冷却器可以在极短时间内将灭菌后物料从 140℃~145℃降到 45℃以下，从而缩短了降温阶段高温时间。

对比现有实罐连消，以上三个阶段的高温（80℃以上）时间，至少减少了 60分钟，从而大幅减少了高温对发酵培养基的营养破坏，对提高发酵水平有着非常重要的意义。

2、无颗粒包裹，不堵塞设备管道，灭菌彻底，本发明针淀粉这一特殊物质，采用了两级蒸汽喷射，第一级采用高压蒸汽喷射器，其作用就是将进入的淀粉颗粒及其他辅助培养基颗粒，进行快速升温，瞬间跨越淀粉糊化温度，并利用高压蒸汽的能量高速切割细小颗粒、均质分散开来，完成颗粒解体，从而确保无颗粒包裹；在一级高压蒸汽喷射器后设置了增压泵，克服淀粉溶液粘度值增大带来的管道阻力，保障设备管道不会堵塞；第二级采用低压蒸汽喷射器，其作用是确保被高速分散的淀粉培养基在极短的时间内达到灭菌所需的工艺温度；再加上恒温灭菌维持器采用夹套高温热水循环，可以对维持器内的物料进行温度补偿，从而确保整个维持阶段是恒温灭菌，不存在温度波动。有了以上三重措施，可以确保100%彻底灭菌。

3、高温热水空消系统，在线 CIP清洗工艺，无灭菌死角，本发明采用高温热水空消连消系统，而非直接通入蒸汽，避免了高温、高压蒸汽将粘附在设备壁或管壁的淀粉培养基烧焦、碳化，不会留下难以清理的灭菌死角。高温热水不但可以利用其湿热进行灭菌，还可以冲刷掉粘附在设备壁、管壁的淀粉培养基，降低了出现灭菌死角的风险；另外，系统设置了在线 CIP清洗工艺，经过一定批次或时间周期后，通过调用 CIP清洗指令，系统进入 CIP清洗程序，可以将残留在设备、管道内壁的淀粉培养基清洗干净，使连续灭菌系统恢复到最佳的工作状态。

4、节能，保护环境；

本发明的热水罐可以贮存水和热量，每次空消完成后，可以对水和热量进行回收贮存，以供下一批空消使用，循环利用水和热量，减少蒸汽消耗。另外，连续灭菌过程中，没有像实罐灭菌那样向外排气，大幅减少蒸汽消耗的同时，没有刺激性气体排向大气，保护了环境。

5、间接保护了发酵设备安全，提高了发酵罐的设备利用率；

本发明对含淀粉的发酵培养基进行连续灭菌，在连消系统中完成，不存在实罐灭菌那样剧烈的汽水冲击，无振动、无刺耳噪音，保护了发酵罐及其附属设备。另外，本连续灭菌系统占用发酵罐的时间很短，只相当于实罐灭菌从配料罐向发酵罐抽料的时间，抽料完即灭菌完，节省了实罐灭菌过程中缓慢升温、高温维持、缓慢降温这三个阶段的时间，缩短了灭菌工序占用的时间，从而大幅提高了发酵罐的设备利用率。

6、电脑一键式启停，全自动化测控，无需人为操控，减少人为操作失误，降低员工劳动强度；

本发明的热水空消程序、连续灭菌程序、CIP清洗程序，可编程地实现了电脑一键式启停，全自动化准确操控相关仪表、阀门、马达，无需人为过多操作，相比实罐灭菌，本发明提供了舒适的工作环境，降低了员工劳动强度。

附图说明

图1是含淀粉的发酵培养基连续灭菌工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图与实施例，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，粗黑实心箭头表示含淀粉的发酵培养基连续灭菌走向，细黑空心箭头表示系统空消热水走向，细黑虚线箭头表示 CIP 清洗工艺走向；配料预热罐 1、一级高压蒸汽喷射器 3、二级低压蒸汽喷射器 5、热水罐 8 均设有蒸汽管线，冷却器 9 设有冷却水进出管线。

粗黑实心箭头表示料液连续灭菌走向，其连接关系如下：

配料预热罐 1的出口底阀与供料泵 2的进口相连；供料泵 2的出口与一级高压蒸汽喷射器 3的料液进口相连；一级高压蒸汽喷射器 3的料液出口与增压泵 4的进口通过阀门相连；增压泵 4的出口与二级低压蒸汽喷射 5的料液进口相连；二级低压蒸汽喷射 5的料液出口与恒温灭菌维持器 6的料液进口相连；恒温料液维持器 6的料液出口与冷却器 9的料液进口相连；冷却器 9的料液出口与分配站10进口通过阀门相连；分配站 10的料液出口连接灭菌好的发酵罐。

细黑空心箭头表示系统空消热水走向，热水罐 8的辅助管线可以构成两个循环回路：

循环回路 A，又叫高温热水空消灭菌回路：热水罐 8的底部出口通过阀门可以连接到增压泵 4的进口；增压泵 4的出口与二级低压蒸汽喷射 5的料液进口相连；二级低压蒸汽喷射 5的料液出口与恒温灭菌维持器 6的料液进口相连；恒温料液维持器 6的料液出口与冷却器 9的料液进口相连；冷却器 9的料液出口通过阀门连接到热水罐 8的进口；构成了一个高温热水空消灭菌的封闭循环回路。

循环回路 B，又叫维持器恒温控制回路：热水罐 8的底部出口通过阀门可以连接到热水循环泵 7的进口；热水循环泵 7的出口与恒温维持器 6的热水进口相连；恒温维持器 6的热水出口与热水罐 8的另一个热水进口相连；构成了一个维持器恒温控制封闭循环回路。

细黑虚线箭头表示 CIP清洗工艺走向，其连接关系如下：

工艺水罐 11、CIP酸罐 12、CIP碱罐 13等三个贮罐并列一起，它们的出口通过各自底阀与供料泵 2的进口相连；供料泵 2的出口与一级高压蒸汽喷射器 3的料液进口相连；一级高压蒸汽喷射器 3的料液出口与增压泵 4的进口通过阀门相连；增压泵 4的出口与二级低压蒸汽喷射 5的料液进口相连；二级低压蒸汽喷射 5的料液出口与恒温灭菌维持器 6的料液进口相连；恒温料液维持器 6的料液出口与冷却器 9的料液进口相连；冷却器 9的料液出口，可以通过阀门切换分别连接到工艺水罐 11的进口、CIP酸罐 12的进口、CIP碱罐13的进口；构成各自功能贮罐的 CIP清洗封闭循环回路。

实施例 1：≤60m³含淀粉的发酵培养基连续灭菌。

对于 60m³及以下的发酵罐，如果培养基含淀粉，由于需要灭菌的量不是很大，所需蒸汽和冷却水也就不多，只需采用一套本发明的连续灭菌系统，就能很好地满足日常生产需求。如图 1，其连续灭菌步骤如下：

第一步：高温热水空消连续灭菌

工业自动化一键“启动热水空消程序”。按照设定的程序，系统开关好相关阀门组合，启动增压泵4，将热水罐8的高温热水抽出，进入二级低压蒸汽喷射器5连续不断地进行温度补偿，得到设定的145℃高温热水；145℃的高温热水，进入恒温灭菌维持器6，在恒温灭菌维持器6中保温 30~300秒，进入冷却器9的灭菌通道，最后回到热水罐8。持续 20分钟的闭路循环，高温热水经过的每台设备、仪表、阀门、管道内的所有细菌全部被消灭干净，同时对系统进行了一次冲刷洗涤，保证了灭菌系统本身的洁净和无菌环境。

第二步：对含淀粉的发酵培养基进行连续灭菌。

系统热水空消完成后，接受指令可进入一键式切换，启动物料连续灭菌程序。在配料预热罐1中配置淀粉和其他发酵辅料，并利用盘管或夹套的蒸汽预热到低于淀粉糊化的温度（50℃），确保淀粉没糊化，打开配料预热罐1的底阀，启动供料泵2，关闭高温热水进入系统的阀门，配料罐1内准备好的待灭菌的流体物料被抽出，进入一级高压蒸汽喷射器3，淀粉和其他发酵培养基被高压蒸汽高速切割并分散，极快地跨越糊化温度，达到 100℃以上，再经过增压泵4加压，进入二次低压蒸汽喷射器5，被高温蒸汽快速混合升温，达到设定的灭菌温度 140℃~145℃，再进入恒温灭菌维持器6的物料灭菌通道，恒温灭菌维持器6的夹层通道循环流动的 145℃的高温热水，不断地对在维持器6中流动的灭菌物料进行温度补偿式保温，保温 30~300秒后，进入冷却器9的灭菌通道，与冷却器9冷却通道的冷却水进行热量交换，被降温到 40℃~45℃的消后无菌物料，通过消毒灭菌好的分配站10，进入预先准备好的无菌发酵罐。

第三步：对工艺水连续灭菌，置换出系统内含淀粉的发酵培养基。

配料预热罐1的待灭菌物料被连消系统处理完后，打开工艺水罐11的底阀，关闭配料预热罐1的底阀，工艺水罐11中的工艺水可以走第二步的灭菌通道，将系统设备和管道内的物料全部顶出分配站，到此，单批含淀粉的发酵培养基连消完成。

第四步：定期对连续灭菌系统进行 CIP清洗经过一定批次或时间周期后，可以通过切换阀门，进行系统的 CIP清洗程序。

首先，进入 CIP碱洗程序，关闭工艺水罐11的底阀，开启 CIP碱罐13的底阀，CIP碱罐13内的弱碱溶液，经过供料泵2的加压，依次经过一级高压蒸汽喷射器3、增压泵4、二级低压蒸汽喷射器5、恒温灭菌维持器6的灭菌通道、冷却器的灭菌通道、回到 CIP碱罐13，形成一个闭路循环，经过较短时间的 CIP碱洗后，切换阀门，利用工艺水罐11中的工艺水进行顶洗，将系统内的弱碱溶液全部顶回 CIP碱罐13。

其次，再进入 CIP酸洗程序，通过切换阀门，关闭工艺水罐11的底阀，开启 CIP酸罐12的底阀，CIP酸罐12内的弱酸溶液，经过供料泵2的加压，依次经过一级高压蒸汽喷射器3、增压泵4、二级低压蒸汽喷射器5、恒温灭菌维持器6的灭菌通道、冷却器的灭菌通道、回到CIP酸罐12，形成一个闭路循环，经过较短时间的 CIP酸洗后，切换阀门，利用工艺水罐11中的工艺水进行顶洗，将系统内的弱酸溶液全部顶回 CIP酸罐12。至此，CIP清洗工作全部完成，系统内的设备、阀门、管道内壁恢复到最佳的工作状态，为始终如一的灭菌效果保驾护航。

实施例 2：＞60m³含淀粉的发酵培养基连续灭菌。

含淀粉的发酵培养基连续灭菌的时候，不能像传统连消系统一样，利用灭菌后的高温（140℃~145℃）物料对灭菌前的低温（40℃~45℃）物料进行预热。

如果采用灭菌前后物料换热的节能方法，含淀粉的发酵培养基就会在预热器中糊化，堵塞换热器，造成灭菌系统无法正常运行，所以灭菌后的高温（140℃~145℃）物料的热量不能用来预热灭菌前物料（40℃~45℃），从而造成大量热量不能回收利用，消耗大量蒸汽，并且还要用大量冷却水对灭菌好的物料进行降温（从 140多度降到 40多度），需要大量冷却水，消耗大量电能。

对于 60m³以上的大型发酵罐，如果培养基含淀粉，连续灭菌方法就是联合两套独立的“连消”系统将淀粉和其他辅料分开“连消”，灭菌后的淀粉溶液和灭菌后的不含淀粉的培养基，通过分配站进入无菌大型发酵罐混合以供使用。

一套只针对淀粉水溶液进行“连消”，采用本发明中实施例 1的方法和步骤；另一套只针对不含淀粉的发酵培养基进行“连消”，采用传统连续灭菌系统进行连消。

分开“连消”，主要出于灭菌彻底、节能这两方面考虑。如果只是单独采用传统连消，必然出现淀粉糊化引起的粘度值上升，堵塞设备和管道；并且已经糊化的淀粉，容易出现不可逆的颗粒包裹，没有办法被二次分散，从而造成灭菌不彻底。又或者只是单独采用本发明针对含淀粉的培养基连消系统，保证灭菌彻底是没有任何问题；但是，美中不足就是不太节能，尤其是对于处理总量在 60m³以上的发酵罐，需要消耗大量的蒸汽和冷却水。

分开“连消”的方法就是：将需要灭菌的含淀粉的发酵培养基分开配制和灭菌。一方面，不含淀粉的发酵辅料单独配制，进行传统的连续灭菌，灭菌后的高温（140℃~145℃）料液可以对灭菌前的低温（20℃~30℃）物料进行预热，回收 95%的热量，节约大量蒸汽；同时，低温物料预热的过程，也是灭菌后高温（140℃~145℃）物料的降温的过程，不需要额外消耗冷却水，节约了大量电能。另一方面，发酵所需总碳源的淀粉量是一定的，适当提高淀粉水溶液的浓度（由 5%以下，提高到 20%~25%），采用本发明的实施例 1的方法和步骤进行连续灭菌。淀粉浓度可以提高 4~5倍，并且没有其他发酵辅料，需要灭菌的淀粉溶液体积只有培养基总量的 25%，从而节约了大量蒸汽和冷却水。

综合两方面，对于 60m³以上的发酵罐，分开“连消”，既保证了灭菌的安全性、高效性和彻底性，又大幅削减了培养基灭菌工序的蒸汽消耗和冷却水用量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统，包括配料预热罐（1）、一级高压蒸汽喷射器（3）、二级低压蒸汽喷射器（5）、恒温灭菌维持器（6）、热水罐（8）、冷却器（9）和分配站（10），其特征在于：

所述配料预热罐（1）的出口底阀通过供料泵（2）与一级高压蒸汽喷射器（3）的料液进口相连，一级高压蒸汽喷射器（3）的料液出口通过增压泵（4）与二级低压蒸汽喷射器（5）的料液进口相连，二级低压蒸汽喷射器（5）的料液出口与恒温灭菌维持器（6）的料液进口相连；恒温料液维持器（6）的料液出口与冷却器（9）的料液进口相连；冷却器（9）的料液出口与分配站（10）进口通过阀门相连；分配站（10）的料液出口连接灭菌好的发酵罐；

所述热水罐（8）的底部出口通过增压泵（4）与二级低压蒸汽喷射（5）的料液进口相连，二级低压蒸汽喷射（5）的料液出口与恒温灭菌维持器（6）的料液进口相连，恒温料液维持器（6）的料液出口与冷却器（9）的料液进口相连；冷却器（9）的料液出口通过阀门连接到热水罐（8）的进口，构成高温热水空消灭菌的封闭循环回路；

所述热水罐（8）的底部出口通过热水循环泵（7）与恒温维持器（6）的热水进口相连，恒温维持器（6）的热水出口与热水罐（8）的另一个热水进口相连，构成维持器恒温控制封闭循环回路。

2.根据权利要求1所述的含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统，其特征在于：所述的含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统还包括并列在一起的工艺水罐（11）、CIP酸罐（12）和CIP碱罐（13），所述工艺水罐（11）、CIP酸罐（12）和CIP碱罐（13）的出口分别通过各自底阀与供料泵（2）的进口相连。

3.一种根据权利要求2所述的含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统的灭菌方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，高温热水空消连续灭菌；

启动增压泵（4），将热水罐（8）的高温热水抽出，进入二级低压蒸汽喷射器（5）连续不断地进行温度补偿，得到设定的高温热水；高温热水进入恒温灭菌维持器（6），在恒温灭菌维持器（6）中保温 30~300秒，进入冷却器（9）的灭菌通道，最后回到热水罐（8），持续 15~25分钟的闭路循环；

步骤二，对含淀粉的发酵培养基进行连续灭菌；

在配料预热罐（1）中配置淀粉和发酵培养基，并利用盘管或夹套的蒸汽预热到低于淀粉糊化的温度，确保淀粉没糊化，打开配料预热罐（1）的底阀，启动供料泵（2），关闭高温热水进入系统的阀门，配料罐（1）内准备好的待灭菌的流体物料被抽出，进入一级高压蒸汽喷射器（3），淀粉和发酵培养基被高压蒸汽高速切割并分散，极快地跨越糊化温度，达到 100℃以上，再经过增压泵（4）加压，进入二次低压蒸汽喷射器（5），被高温蒸汽快速混合升温，达到设定的灭菌温度，再进入恒温灭菌维持器（6）的物料灭菌通道，恒温灭菌维持器（6）的夹层通道循环流动的 高温热水，不断地对在维持器（6）中流动的灭菌物料进行温度补偿式保温，保温 30~300秒后，进入冷却器（9）的灭菌通道，与冷却器（9）冷却通道的冷却水进行热量交换，被降温到 40℃~45℃的消后无菌物料，通过消毒灭菌好的分配站（10），进入预先准备好的无菌发酵罐；

步骤三，对工艺水连续灭菌，置换出系统内含淀粉的发酵培养基；

配料预热罐（1）的待灭菌物料被连消系统处理完后，打开工艺水罐（11）的底阀，关闭配料预热罐（1）的底阀，工艺水罐（11）中的工艺水可以走步骤二的灭菌通道，将系统设备和管道内的物料全部顶出分配站，到此，单批含淀粉的发酵培养基连消完成。

4.根据权利要求3所述的含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统的灭菌方法，其特征在于：所述设定的高温热水的温度为145℃。

5.根据权利要求3所述的含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统的灭菌方法，其特征在于：所述步骤二中淀粉糊化的温度为50℃。

6.根据权利要求3所述的含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统的灭菌方法，其特征在于：所述步骤二中设定的灭菌温度为 140℃~145℃。

7.一种根据权利要求2所述的含淀粉的发酵培养基连续灭菌系统的 CIP清洗方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，进入 CIP碱洗程序，关闭工艺水罐（11）的底阀，开启 CIP碱罐（13）的底阀，CIP碱罐（13）内的弱碱溶液，经过供料泵（2）的加压，依次经过一级高压蒸汽喷射器（3）、增压泵（4）、二级低压蒸汽喷射器（5）、恒温灭菌维持器（6）的灭菌通道、冷却器的灭菌通道、回到CIP碱罐（13），形成一个闭路循环，经过较短时间的 CIP碱洗后，切换阀门，利用工艺水罐（11）中的工艺水进行顶洗，将系统内的弱碱溶液全部顶回 CIP碱罐（13）；

步骤二，再进入 CIP酸洗程序，通过切换阀门，关闭工艺水罐（11）的底阀，开启 CIP酸罐（12）的底阀，CIP酸罐（12）内的弱酸溶液，经过供料泵（2）的加压，依次经过一级高压蒸汽喷射器（3）、增压泵（4）、二级低压蒸汽喷射器（5）、恒温灭菌维持器（6）的灭菌通道、冷却器的灭菌通道、回到 CIP酸罐（12），形成一个闭路循环，经过较短时间的 CIP酸洗后，切换阀门，利用工艺水罐（11）中的工艺水进行顶洗，将系统内的弱酸溶液全部顶回 CIP酸罐（12），CIP清洗工作完成。