バイオリアクター発酵槽に投入する殺菌プロセスである。 または他の装置では、図1に示すように、蒸気を導入して培養培地および使用機器を滅菌温度まで加熱し、一定時間維持した後、接種温度まで冷却します。
図1 実際の除去の模式図
このプロセスは、断続的滅菌またはバッチ滅菌（連続滅菌に対して）とも呼ばれます。
全槽殺菌操作は、加熱、保温、冷却の3つの工程から構成されます。図2は、培養液の全槽殺菌中の温度変化を示しています。
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図2 缶の殺菌中の温度変化
缶の殺菌の具体的な手順:
1. タンク洗浄検査
清掃する前に、バルブの状態が正しいかどうかを確認してください。清掃時には、機器や配管、主に冷却配管に漏れがないか注意してください。
発酵槽ジャケット内の凝縮水が排出されているかどうかを確認し、ジャケット内に冷却水がないことを確認します。
洗浄後、タンク内部をチェックして、目立った汚れがなく元の色になっているか確認します。
2. 滅菌前の準備
発酵槽のエアフィルターを滅菌し、滅菌空気で乾燥させます。
タンクが減圧されていることを確認します。洗浄および校正された電極をタンクに挿入し、電極ワイヤを接続します。タンクの底部のバルブが閉じていることを確認します。
次に、準備した材料をタンクに入れ、プロセス要件に応じて必要な水を加えて容量を補充し、消泡剤を追加して、不足している材料がないか確認します。完了したら、液体が沈殿しないように攪拌します。
3. 暖房
（１）間接加熱
タンク本体の排気バルブを開き、同時にジャケット冷却水を止め、ジャケットまたはコイルの蒸気バルブを開き、ジャケットまたはコイルに蒸気を導入して液体を間接的に加熱し、ジャケット水入口パイプの排水バルブを少し開き、タンク本体とジャケット内の凝縮水を排出します。
タンク温度が80～90℃まで上昇したら、排気バルブを徐々に閉じます。
ジャケット蒸気予熱の役割：
①凝縮水の発生を抑え、消毒後の培地量の精度を確保します。
最初は蒸気がタンクに直接導入され、タンク内の冷たい物質が直接蒸気に突入するため、大量の凝縮水が発生し、消費後に培地の体積が大きくなりすぎる可能性が非常に高くなります。一部の工場ではこのステップを省略し、培地の濃度を確保するために実験を通じて凝縮水の発生量を制御する必要があります。
②ノイズを軽減します。
材料と蒸気の温度差が大きすぎるため、蒸気を直接導入すると機器の振動が発生します。
③デンプン質原料の糊化・液化を促進します。（デンプン質を含まない原料には適用されません）
ジャケットの温度上昇は比較的緩やかで、デンプン質材料の培養培地では完全に溶解しない可能性のある材料を完全に溶解するのに有利であり、殺菌効果に影響を与える急速な温度上昇によって引き起こされる材料表面のゲル化と凝集を回避します。
（２）直接加熱
ジャケットを80〜90 ℃に予熱した後、ジャケットの蒸気入口バルブを閉じ（閉じることもできます）、タンクの蒸気入口バルブを開き、蒸気が直接タンクに流入してタンク温度を118〜121 ℃に上げます。各種排気バルブを開き、撹拌を停止します。
4. 熱および圧力の絶縁
材料の温度がプロセスで指定された温度に近づいたら、蒸気バルブを徐々に下げ、各バルブのバランスを調整して、圧力と温度がプロセスで必要な圧力と温度に安定的に到達するようにします（通常は培養温度より0.5〜2℃高く、そうでないと温度が低くなりすぎます）。
このとき、反応器に接続されたすべてのパイプは、パイプを滅菌するために、蒸気入口または蒸気出口の 2 つの状態にある必要があります。
保温段階では、培地の液面より下のパイプすべてに蒸気を導入し、液面より上のパイプからは蒸気を排出して、死角のない徹底した滅菌を確実にします。保温は通常、121℃で25～30分です。
一般的な発酵タンクには、蒸気を取り入れるための開口部が3つ（吸気管、排気管、サンプリング管）あるのが一般的で、いわゆる「三方蒸気取り入れ口」と呼ばれます。
「4 方向蒸気出口」とは、排気管、接種管、供給管、消泡管から蒸気が直接排出されることを意味します。主にこの 4 つの方法で、蒸気入口バルブと出口バルブも開く必要があります。
5. コリング
滅菌後、まずすべての蒸気入口バルブを閉じ、排気バルブを少し下げます。次に、空気入口バルブを開いて滅菌空気を取り込み、タンク圧力を維持します。培養培地の逆流を防ぐために、タンク内の圧力はエアフィルター圧力よりも低くする必要があります。
発酵プロセスに必要な温度まで冷却します。
滅菌後、冷却水を追加して冷却する前に、タンク内の圧力を確保するために、滅菌空気を適時に導入する必要があります（通常、タンク圧力は 0.1MPa に調整されます）。
滅菌空気を導入する機能は、冷却を加速し、タンク内の正圧を維持し、培養培地の冷却によってタンク内に負圧が形成され、細菌に感染したり、バイオリアクター発酵槽が損傷したりすること（バイオリアクター発酵槽のタンク圧力がゼロになり、タンク本体が吸い込まれて平らになる）を防ぐことです。これは、ステンレスジャケット発酵タンクの滅菌操作でよく発生する事故であり、重大な生産事故です。
培養培地タンクの滅菌品質を判断する基準は以下の4つです。
①滅菌後の無菌性要件を満たすこと。
②栄養素の破壊が少ない
③滅菌後の培地の容量が飼料の容量と一致している。
④泡立ちが少ない。
滅菌プロセス中は、いくつかの点に注意する必要があります。
（１）殺菌撹拌の役割
全缶殺菌においては撹拌が非常に重要な役割を果たします。
撹拌をオンにする目的：
① 缶の殺菌処理中に偽圧が発生しないように、殺菌対象物を均一に加熱して移送する。
② 材料の沈殿を避けてください。沈殿や成層が発生すると、加熱温度が一定でなくなり、誤った圧力が発生しやすくなります。
（２）滅菌後の液量の変化
培地を調製する際には、滅菌後の培地の容量増加に十分注意する必要があります。
滅菌時間が長くなるほど、体積は増加します。温度が低いほど、入ってくる蒸気の体積は大きくなり、一般的に約 10% 増加しますが、これは蒸気の質に関係します。
ジャケットが予熱されていない、または予熱が不十分、蒸気管内の凝縮水が完全に排出されていない、ボイラー室から送られる蒸気に水分が多すぎるなどにより、凝縮水が多く形成され、体積が増加します。
（３）缶の殺菌時間の考慮
工業的な発酵生産では、保温段階が通常殺菌時間と見なされ、現在は121℃、30分が一般的に使用されています。
発酵槽で同じ殺菌効果を達成するために必要な殺菌維持時間は理論的には異なります。
40m 3 バイオリアクター発酵槽は滅菌され、理論的な滅菌時間は式によって計算される。
図4理論的な滅菌時間を計算します。
t——理論上の滅菌時間、sを示します。
N0——殺菌開始時（t=0）の生菌数（細胞/mL）
Nt——t時間後に残っている生細菌の数、細胞/mL;
k——細菌の死滅速度定数、s-1。微生物の種類と温度に関連します。
培地中に耐熱菌胞子が2×107個/mL含まれており、121 ℃での殺菌速度定数が0.0287s-1であると仮定します。
殺菌失敗確率0.001を得るのに必要な時間は23.9分である。培養液が室温から121 ℃まで上昇し、121 ℃から発酵培養温度まで下降する2段階の殺菌効果はここでは考慮していない。
実際、加熱と温度上昇は培地の殺菌に寄与しており、特に培地が 100 ℃以上に加熱されると、この効果はより顕著になります。
加熱段階での培地の殺菌効果を考慮し、培地の温度を100 ℃から121 ℃まで上昇させるのに15分かかるとすると、保温段階での殺菌時間は21.1分と計算され、保温時間は12%短縮されます。
発酵タンクの容積が大きいほど、タンク殺菌のための加熱時間が長くなり、加熱段階が殺菌に与える影響が大きくなり、対応する保温時間が短くなります。
小型タンクは加熱が早く、加熱時間は無視できます。現在発酵業界で使用されている発酵タンクは比較的大きく（60〜100m3）、加熱段階での殺菌効果を考慮して栄養素の破壊を最小限に抑える必要があります。
容積が40m3未満の発酵タンクの場合、この影響は無視できます。
また、冷却段階もある程度殺菌に寄与しますが、最近では急速冷却手段が一般的に使用されており、時間が短いため、計算では考慮されないのが一般的です。