Tìm hiểu thiết bị tiệt trùng các môi trường dinh dưỡng

A. ĐẶT VẤN ĐỀ: Ngày nay, sản phẩm thực phẩm rất đa dạng. Việc sản xuất ra các loại sản phẩm thực phẩm này đòi hỏi phải có một qui trình sản xuất cụ thể và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, mà thực phẩm là sự tổng hợp sinh hoá của các chất hoạt hoá sinh học. Một trong những điều kiện có ảnh hưởng lớn nhất tới sự tổng hợp sinh hóa này là bảo đảm độ tiệt trùng trong đó có độ tiệt trùng các cấu tử của môi trường dinh dưỡng. Khi sản xuất các chất hoạt hoá sinh học thường người ta ứng dụng các môi trường dinh dưỡng có nhiều cấu tử khác nhau. Các môi trường này có thể chứa nhiều sinh vật lạ. Cần phải phá huỷ hay loại chúng hoàn toàn ra khỏi môi trường. Quá trình tác động tới môi trường dinh dưỡng nhằm phá huỷ hay tách hoàn toàn vi sinh vật được gọi là tiệt trùng.

A ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ngày nay, sản phẩm thực phẩm rất đa dạng Việc sản xuất ra các loại sản phẩm thực phẩm này đòi hỏi phải có một qui trình sản xuất cụ thể và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, mà thực phẩm là sự tổng hợp sinh hoá của các chất hoạt hoá sinh học Một trong những điều kiện có ảnh hưởng lớn nhất tới sự tổng hợp sinh hóa này là bảo đảm độ tiệt trùng trong đó có độ tiệt trùng các cấu tử của môi trường dinh dưỡng Khi sản xuất các chất hoạt hoá sinh học thường người ta ứng dụng các môi trường dinh dưỡng có nhiều cấu tử khác nhau Các môi trường này có thể chứa nhiều sinh vật lạ Cần phải phá huỷ hay loại chúng hoàn toàn ra khỏi môi trường Quá trình tác động tới môi trường dinh dưỡng nhằm phá huỷ hay tách hoàn toàn vi sinh vật được gọi là tiệt trùng

Thành phần và tính chất của môi trường dinh dưỡng cũng như phương pháp nuôi cấy sẽ xác định việc lựa chọn phương pháp tiệt trùng và thiết bị cho quá trình công nghệ quan trọng

II Các thiết bị tiệt trùng các môi trường dinh dưỡng:

1 Thiết bị tiệt trùng môi trường dinh dưỡng rắn:

Theo nguyên tắc tác động, tiệt trùng các môi trường dinh dưỡng rắn được chia thành hai loại: tiệt trùng gián đoạn và tiệt trùng liên tục, theo sự hình thành về kết cấu các nồi tiệt trùng tác động tuần hoàn được chia thành các loại sau: nồi tiệt trùng nằm ngang một mức, hai mức, hai mức kết hợp

với mức đứng, còn loại khác là loại nằm ngang và loại tác động liên tục - rung

1.1 Thiết bị tiệt trùng dạng nằm ngang:

1.1.1 Cấu tạo:

Đặc tính kỹ thuật thiết bị tiệt trùng dạng nằm ngang:

Lượng các cấu tử khô của môi trường cho vào, kg 400

Số vòng quay của máy trộn, vòng/s 0,25

Kích thước cơ bản, mm

Khối lượng của thiết bị, kg 8000

1.1.2 Nguyên tắc hoạt động:

- Nguyên liệu được cho vào thiết bị theo cửa nạp nguyên liệu số 3

- Nước được cho vào thiết bị qua khớp nối 2

- Nước và nguyên liệu sẽ được trỗn lẫn nhau với 400kg các cấu tử khô của môi trường với 600 lít nước nhằm mục đích thu nhận môi trường có độ

ẩm 58-60% Trong thiết bị được bố trí hai trục nối các cánh có thể quay một góc độ nào đó để dễ dàng điều chỉnh, điều đó cho phép xác định klhe hở cần thiết theo hướng kính giữa các cánh và thành tường của thiết bị, nó phụ thuộc vào các tính chất hóa lý của các cấu tử và thành phần của môi trường Các trục quay theo các hướng khác nhau làm cho môi trường chuyển đảo liên tục, trong những hướng đối nhau.

- Hơi với áp suất là 0,2MPa theo khớp nối số 9 được cho vào áo tơi để làm tăng nhanh quá trình đun nóng môi trường Môi trường được giữ ở chế

độ tiệt trùng đã cho khi khởi động chu kỳ các cơ cấu chuyển đảo

- Sau khi môi trường dinh dưỡng tiệt trùng đến mức đạt yêu cầu thì ta tiến hành tháo môi trường dinh dưỡng đã tiệt trùng ra thiết bị qua cửa tháo liệu 7 bên dưới Cửa tháo liệu có các nắp trong và ngoài được lắp chặt bằng các vít

Ngoài ra trong thiết bị còn có các cửa nạp liệu, nhiều khớp nối để nạp hơi và thải nước ngưng, để nạp và thải nước lạnh, cho các dụng cụ kiểm tra

và điều chỉnh nhiệt độ, áp suất và các van bảo hiểm

1.1.3 Ưu – nhược điểm:

+ Ưu điểm:

 Đảm bảo sự đảo trộn môi trường

 Làm giảm đáng kể sự vón cục

 Đảm bảo sự đồng nhất môi trường có thành phần nhiều cấu tử

 Ảnh hưởng tốt đến quá trình nuôi cấy

 Khả năng xâm nhập vào các ngóc ngách của thiết bị dễ dàng

 Tỏa nhiệt cao khi ngưng tụ

+ Nhược điểm:

Thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích đặt thiết bị

 Khó vệ sinh

trùng, 13.Dẫn động vít tải của bộ làm ấm, 14 Dẫn động vít tải của thiết

bị tiệt trùng

Đặc tính kỹ thuật của thiết bị tiệt trùng dạng đứng cho mức 1

Năng suất, kg/h:

của thiết bị tiệt trùng (mức trên): 150

của bộ làm ẩm (mức dưới): 225

Kích thước cơ bản, mm: 7000 × 3000×2000

1.2.2 Nguyên tắc hoạt động:

- Nguyên liệu từ phễu chứa nguyên liệu 1 được đưa xuống bộ phận định lượng nguyên liệu 2, rồi đưa xuống nồi tiệt trùng 4 ở mức trên của thiết bị

- Nguyên liệu trong thiết bị nồi tiệt trùng được dịch chuyển nhờ vít tải thông qua bộ dẫn động vít tải của thiết bị tiệt trùng 14 Trong vít tải được

bố trí các cánh hãm được lắp chặt vào trục của vít tải, cứ 5 -6 cánh hướng thì

có một cánh hãm Nhờ thế mà sự đun nóng đều môi trường và sự chuyển dich tốt được đảm bảo nhằm tránh hiện tượng vón cục của môi trường

- Hơi có áp suất 0,5 – 0,6 MPa được nạp vào áo hơi 5 của mỗi đoạn ống qua khớp nối 3 của nồi tiệt trùng Có tác dụng sẽ tiệt trùng môi trường dinh dưỡng Môi trường được dịch chuyển nhờ vít tải cùng với sụ đảo trộn môi trường nhờ các cánh, sẽ tăng cường sự tiếp xúc giữa hơi với môi trương nên quá trình tiệt trùng sẽ xảy ra triệt để hơn Và nước ngưng tụ sẽ được tháo ra theo đường dẫn nước ngưng tụ của nồi tiệt trùng

- Môi trường dinh dưỡng sau khi tiệt trùng ở mức trên sẽ được đưa xuống bộ giữ 6 Tại bộ giữ, môi trường được giữ khoảng 60 – 90 phút nhằm

để ổn định nhiệt độ của môi trường dinh dưỡng

- Tại bộ giữ, môi trường được qua bộ định lượng 7 vào mức dưới của thiết bị tiệt trùng với một lượngđồng nhất theo mức trên.

- Tại mức dưới này xaỷ ra quá trình làm ẩm, làm nguội môi trường và cấy huyền phù của canh trường Mức dưới gốm có bộ làm ẩm 9, áo nước 10 bọc bên ngoài bộ làm ẩm, và vit tải để dịch chuyển môi trường thong qua bộ dẫn động vít tải 13 Môi trường được dịch chuyển trong bộ làm ẩm, nược tiệt trùng được cho vào môi trường qua khớp nối 8, nước làm lạnh được cho vào

áo nước của bộ làm ẩm, có tác dụng làm ẩm môi trường dinh dưỡng

- Huyền phù canh trường được cho vào môi trường thông qua bộ định lượng 11, môi trường tiệt trùng đạt yêu cầu thì được tháo ra qua khớp nối 12

1.2.3 Ưu – nhược điểm:

+ Ưu điểm:

 Môi trường được đun nóng đều hơn.

 Làm giảm sự vón cục của môi trường.

 Khả năng xâm nhập vào các ngóc ngách của thiết bị dễ dàng.

 Không độc hại.

 Tỏa nhiệt cao khi ngưng tụ.

+ Nhược điểm:

 Không sử dụng hết thể tích của thiết bị.

 Môi trường lấp kín cửa tháo liệu làm cho chế độ tiệt trùng khó bảo

đảm cũng như tháo liệu không hết

 Thiết bị cồng kềnh, tốn nhiều chi phí lắp đặt.

1.2.4 Ứng dụng:

Dùng để tiệt trùng cám, lúa mì, bột sắn

1.3 Thiết bị tiệt trùng tác động tuần hoàn dạng đứng:

1.3.1 Cấu tạo

Đặc tính kỹ thuật của thiết bị tiệt trùng dạng đứng cho mức 1

Áp suất dư trong thiết bị và trong áo hơi, MPa: 0,147

1.3.2 Nguyên tắc hoạt động:

- Nguyên liệu được nạp vào qua cửa nạp liệu 8, rồi đi vào nồi tiệt trùng Khối lượng của thiết bị tiệt trùng được đảm bảo để nạp đến 600kg môi trường có độ ẩm là 30%

- Hơi một phần được nạp vào áo hơi 1 có tác dụng để tiệt trùng môi trường dinh dưỡng, và một phần hơi được nạp vào qua trục rỗng vào các cánh có tác dụng tăng nhanh quá trình đun nóng môi trường và quá trình tiệt trùng sẽ được triệt để hơn.

- Trong thiết bị dạng đứng này được trang bị bộ khuấy trộn có các cánh khuấy trộn 4 được bố trí theo chiều cao, khi quay thì bề mặt dưới của cánh chuyển động song song với tiết diện ngang của thiết bị , còn bề mặt trên của cánh tạo thành mặt nghiêng để cho môi trường dễ dịch chuyển, do

đó các cánh có sức cản chính diện nhỏ và môi trường không bị nén Bước của các cánh được chọn sao cho khi trục quay có thể đổ tràng môi trường một cách tự do Và các cánh khuấy trộn 4 này còn có tác dụng phân bố hơi được đều hơn vào trong môi trường dinh dưỡng, tăng sự đảo trộn sẽ giúp cho quá trình đun nóng được triệt để hơn

- Môi trường tiệt trùng đạt yêu cầu được tháo ra qua cửa tháo liệu 6 nhờ các cánh tháo 5 nhằm giúp cho việc tháo liệu được thực hiện nhanh chóng hơn

- Nước ngưng tụ sẽ được tháo ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng Thiết bị có các cửa quan sát được lắp ở trên nắp thiết bị nhằm giúp cho việc quan sát môi trường tiệt trùng được tốt hơn Ngoài ra thiết bị này còn có các khớp nối bảo hiểm 9 (hay van an toàn) nhằm giúp khắc phục sự cố có thể xảy ra trong quá trình tiệt trùng và có các phương tiện tự động hóa để điều chỉnh nhiệt độ và áp suất hơi

1.3.3 Ưu – nhược điểm:

+ Ưu điểm:

 Nguyên liệu không bị vón cục

 Có thể điều chỉnh nhiệt độ và áp suất hơi

 Cấu tạo đơn giản, có van bảo hiểm.

1.4 Thiết bị tiệt trùng dạng rung:

1.4.1 Cấu tạo:

1-Cửa nạp liệu; 2- Khung giá; 3- Các tấm cách nhiệt; 4- Bộ đun nóng dạng ống; 5- Máng rung; 6- Các ống để phun nước tiệt trùng; 7- Khớp nối để nạp canh trường ; 8- Khớp nối để tháo liệu; 9- Giằng đàn hồi; 10- Bệ; 11- Máy rung; 12- Hộp giảm tốc; 13- Động cơ

Đặc tính kỹ thuật của máy tiệt trùng rung:

Năng suất tính theo chủng nấm mốc, tấn/ngày: 3,5

Nhiệt độ tiệt trùng, 0C: 120 – 1400c

- Nguyên liệu từ thùng chứa được cho vào thiết bị qua cửa nạp liệu 1, chiều cao của lớp nguyên liệu có thể được xác dịnh nhờ van điều chỉnh và định lượng lớp nguyên liệu được điều chỉnh bởi tần số dao động của máy rung Nguyên liệu đươc chuyển đảo theo máng rung 5, nguyên liệu sẽ được tiệt trùng bằng nguồn nhiệt bức xạ với nhiệt độ đã được quy định Máy rung đượcc gắn với động cơ 13 thông qua hộp giảm tốc 11 nhằm điều chỉnh tốc

độ của máy rung Thiết bị được nâng đỡ bởi bệ 10 và thiết bị rung thông qua giằng đàn hồi 9

- Sau đó nguyên liệu được cho vào phòng cấy, được làm lạnh bằng nước trong ruột xoắn qua các ống phun nước tiệt trùng 6 nhằm làm ẩm môi trường dinh dưỡng Sau khi lành lạnh môi trường, nạp lượng huyền phù nấm mốc đã được định lượng vào thiết bị qua khớp nối canh trường và do rung động truyền liên tục cho máng làm tăng mạnh sự khuấy trộn môi trường

- Môi trường dinh dưỡng tiệt trùng đạt yêu cầu thì được tháo ra qua khớp nối 8.

1.4.3 Ưu – nhược điểm:

Vỏ thiết bị phải kín và cách nhiệt

Sự phân bố của nhiệt trong khối tiệt trùng không đồng đều khi khuấy trộn làm cho môi trường đun nóng không đều phải sử dụng thiết bị nhiệt năng khác

 Tạo vón cục môi trường dinh dưỡng trong quá trình tiệt trùng

 Tạo hồ hóa tinh bột làm giảm đáng kể quá trình phát triển canh trường

1.4.4 Ứng dụng:

Dùng để tiệt trùng cám, lúa mì, bột sắn

1.5 Thiết bị tiệt trùng môi trường bằng dòng điện cao tần:

1.5.1 Cấu tạo:

Hình 6.6 Thiết bị tiệt trùng cao tần tác dụng liên tục:

1- Phễu nạp liệu có bộ định lượng kiểu rôto; 2- Thanh dẫn điện; 3- Cơ cấu chuyển dịch các bảng mỏng của bộ ngưng tụ; 4- Các bảng mỏng của bộ ngưng tụ; 5- Vận chuyển băng tải; 6- Bộ định lượng nước tiệt trùng; 7- Bộ định lượng huyền phù cấy; 8- Vít hai đoạn; 9- Dẫn động vít tải; 10- Dẫn động băng tải; 11- Đèn diệt khuẩn

1.5.2 Nguyên tắc hoạt động:

- Môi trường dinh dưỡng đươc nạp vào thiết bị qua phễu nạp lieu nhờ

có bộ định lượng kiểu rô to 1, và vào băng tải vận chuyển 5 nhờ bộ phận dẫn động băng tải 10, chiều dày của lớp vật liệu trên băng tải này là 30mm

- Trong thiết bị được bố trí máy phát điện có thanh dẫn điện 3, trường điện cao tần được tạo ra do hai cực bảng mỏng của bộ ngưng tụ 4 có kích thước 800×500 mm, khoảng cách là 30: 80 mm, một cực có điện thế cao nối với cơ cấu nâng của điện cực qua gốm cách điện, và cực thứ hai là đáy của nồi tiệt trùng được cố định vào phía dưới băng tải trong đó có chứa nước ngưng Việc nâng hạ các cực có điện thế cao sẽ bảo đảm điều chỉnh khe giữa điện cực của bộ ngưng tụ và bề mặt đun nóng Khi cường độ của trường đối tượng là 300 W/cm và tần số của dòng điện 13 : 40,6 MHz, có thể đạt được nhiệt độ trong giới hạn 140 – 1800c Với thời gian lộ sáng từ 120 đến 180s thì các cấu tử của môi trường có độ ẩm từ 10 – 12 % sẽ đạt được độ tiệt

trùng hoàn toàn hơn Thời gian tiệt trùng giảm xuống từ 12 đến 20 lần so với tiệt trùng dạng hơi.

- Khi môi trường được băng tải vận chuyển vào vùng có trường điện cao tần thì môi trường được đun nóng lên đến nhiệt độ tiệt trùng, do thanh điện có điên thế cao có thể di động được nên sẽ làm nóng thanh điên cực đươc cố định vào văng tải sẽ làm cho nước ngưng nóng lên đến nhiệt độ yêu cầu và nhờ đó môi trường sẽ được tiệt trùng

- Để tạo điều kiện loại trừ sự xuất hiện của vi sinh vật tiệt để hơn người ta lắp các đèn diệt khuẩn 11

- Môi trường sẽ được tiệt trùng một cách triệt để nhờ dòng điện có tần

số cao, môi trường sau khi qua khỏi cặp điện cực sẽ có giai đoạn làm nguội, môi trường được làm nguội do tỏa nhiệt tự nhiên đến 40 – 500c, và sau đó sẽ được đổ từ băng tải vận chuyển bộ phận làm ẩm, làm lạnh và cấy huyền phù canh trường Tại đây môi trường được dịch chuyển nhờ các vít tải thông qua

bộ dẫn động vit tải Nước tiệt trùng sẽ được cho vào thông qua bộ định lượng 6, sau đó huyền phù cấy sẽ đươc cho vào môi trường qua bộ định lượng 7

- Môi trường đạt yêu cầu thì sẽ được tháo ra qua cửa tháo liệu

1.5.3 Ưu – nhược điểm:

+ Ưu điểm

 Quá trình tiệt trùng được thực hiện liên tục

 Tốc độ đun nóng khối vật liệu lớn hơn khoảng 18 – 10 lần

 Việc tự động hóa và kiểm tra quá trinh tiệt trùng tương đối đơn giản

 Nâng cao các tính chất công nghệ của sản phẩm

 Có hiệu quả cao và đảm bảo được độ tiệt trùng

 Rút ngắn được thời gian tiệt trùng

2 Thiết bị tiệt trùng môi trường dinh dưỡng dạng lỏng:

Tiệt trùng môi trường dinh dưỡng có thể tiến hành trong các thiết bị tiệt trùng tác động tuần hoàn và liên tục Nếu tiệt trùng một khối lượng

không lớn có thể tiến hành trực tiếp trong các thiết bị lên men

- Trong đường ống dẫn hơi có lưới lọc để lọc hơi Quá trình tiệt trùng môi trường được kiểm tra, điều chỉnh nhiệt độ và áp suất một cách tự động Nếu tiến hành làm nguội nhanh sau khi tiệt trùng thì có thể tạo ra độ chân không, cho nên phải tiến hành nạp sơ bộ không khí với áp suất nhất định đã được tiệt trùng vào thiết bị Tháo môi trường ra khỏi thiết bị cũng được thực hiện với chế độ nạp liên tục không khí tiệt trùng Nếu không lưu ý các biện pháp này có thể dẫn đến sự phóng điện mạnh vào thiết bị làm ảnh hưởng đến toàn hệ thống

2.1.3 Ưu - nhược điểm:

+ Ưu điểm:

 Quá trình tiệt trùng môi trường được kiểm tra, điều chỉnh nhiệt độ và

áp suất một cách tự động

+ Nhược điểm:

 Năng suất thấp

 Tiêu hao hơi, nước và năng lượng điện cao

 Tiệt trùng trực tiếp trong thiết bị làm cho việc sử dụng các thiết bị lên men ít hiệu quả và làm giảm giá trị dinh dưỡng của các cấu tử môi

trường

2.1.4 Ứng dụng:

Khi tiệt trùng các môi trường phức tạp, trước hết một số cấu tử của môi trường dinh dưỡng chứa nitơ phải được tiệt trùng theo chế độ mềm hơn, cho nên phải tiệt trùng riêng biệt trong những thiết bị đặc biệt được gọi là bánh răng vệ tinh

2.2 Thiết bị tiệt trùng liên tục các môi trường dinh dưỡng lỏng:

2.2.1 Thiết bị tiệt trùng liên tục có năng suất 5 m 3 /h:

a Cấu tạo:

- Thiết bị gồm thùng chứa, bộ đun nóng, bộ giữ nhiệt, làm nguội, các bơm, lọc môi trường, lọc hơi, hệ thống kiểm tra tự động và điều chỉnh các thông số của quá trình

- Bộ thu nhận và bảo quản môi trường dinh dưỡng chưa tiệt trùng là thiết bị hình trụ có nắp với sức chứa 10 m3 Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu khuấy trộn và các khớp nối cần thiết Thiết bị có áo ngoài để làm nguội môi trường cho nên rất tiện lợi cho bảo quản dài hạn trong trường hợp cần thiết cho sản xuất

- Để loại những vật lớn hơn 0,8 mm ra khỏi môi trường thường ứng dụng làm sạch hai mức Trên đường nạp môi trường vào bộ đun nóng được gắn lưới lọc bằng thép không gỉ có lỗ lưới 0,8 ×0,8 mm Việc làm sạch bổ sung được tiến hành trong cốc lọc cũng được làm từ loại lưới trên và đặt ở vị trí khớp nối vào của lưu lượng kế Dùng bơm xoáy để đẩy môi trường vào bộ đun nóng Bộ đun nóng gồm vỏ trụ đứng, nắp và hai vòi phun Các khớp nối để nạp môi trường dinh dưỡng và hơi nước được lắp trên vỏ thiết bị Giữa các phần trên và dưới thiết bị có côn để nạp lớp mỏng đều của môi