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1、发酵工艺条件的优化 发酵优化对于搞发酵的工作者而言是非常必需的，下面结合其他战友的一些经验之谈引出此专题，希望大家踊跃讨论，以其提高发酵水平和解决实际问题。发酵工艺的优化在发酵行业起到很大的作用 , 尤其是在发酵生产中 , 它是提高发酵指标的一项非常, 有用的技术手段 . 同时也是搞发酵行业的人的必备知识要求之一, 借此我想通过和大家交流共同提高发酵方面的知识水平 .发酵工艺优化方法与思路 : 发酵工艺优化的方法有很多 , 它们之间不是孤立的 , 而是相互联系的。 在一种发酵中 , 往往是多种优化方法的结合 , 其目的就是发酵是细胞大规模培养技术中最早被人们认识和利用的。发酵技术在医药、轻工、
2、食品、农业、环保等领域的广泛应用，使这一技术在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种的选育或基因工程的构建。而实际上，发酵工艺的优化，包括生物反应器中的工程问题，也同样非常重要。发酵环境条件的优化是发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。温度、 pH值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时期，对环境条件可能会有不同的要求。因此，应该在生物反应器内，使温度、 pH值、溶氧、搅拌转速等不断变换，始终为其提供最佳的环境条件，以提高目的产物的得
3、率, 在发酵放大实验中，一般都很注重寻找最佳的培养基配方和最佳的温度、 pH 值、溶氧等参数，但往往忽视了细胞代谢流的变化。例如：在溶解氧浓度的测量与控制时，关心的是最佳氧浓度或其临界值，而不注意细胞代谢时的摄氧率；用氨水调节pH值时，关心的是最佳 pH值，却不注意添加氨水时的动态变化及其与其他发酵过程的参数的关系，而这些变化对细胞的生长代谢却非常重要。注意 : 大家可以从以下各个方面进行交流. 尽量能够分类进行叙述 , 我总结了以下几累 , 要不是很全, 当然从其他的方面进行交流要可以, 但是希望你注明附加说明 ! 谢谢大家的参与!一 . 好氧发酵1. PH 工艺的优化2. 溶氧工艺的优化3
4、. 原材料工艺的优化4. 消毒 （ 灭菌 ） 工艺的优化5. 菌种制备工艺的优化6. 小试到中试, 中试到生产等扩大实验的工艺优化7. 成本工艺优化8. 种子罐工艺的优化9. 发酵罐工艺参数控制的优化10. 仪表控制的工艺优化11. 环境的工艺优化12. 染菌处理的工艺优化13. 紧急情况处理的工艺优化 （ 停电 停水 停气 停汽等 ）14. 补料工艺的优化15. 倒种工艺的优化16. 发酵设备的工艺优化17. 其他的工艺优化二 . 厌氧工艺的优化三 . 固体发酵的工艺优化四 . 其他 1. PH 工艺的优化A.配料中的PH很重要，其中有配前PH,配后PH,消前PH,消后PH,接种前PH,工艺
5、控制PH等，配前PH,配后P H,可以用来检测原材料的质量，初步估计配料的情况，如果出了错误，有时候可以从PH中的变化看出来，能 够减少错误的发生.B.另外，每次有新的配方我们总是要用PH方法检测其中的每种原材料是否会和其他的发生反应，可以互相两两混合，检测PH的变化，也可以用来作为配微量元素的检测.C.消前PH可以用来减少消毒过程对培养基的破坏，因为培养基在消毒中会有 PH的变化，在不同的PH条件下对培养基破坏也不一样，因此可以在消毒的时候选择合适的PH,消毒完后可以调节过来，这样一来可以对PH敏感的一些原材料减少破坏, 这种方法在生产中已经取得了初步的成绩, 提高了指标 .D.工艺控制的P
6、H,在发酵的产抗期间，通过在不同的发酵时间调整不同的PH,可以减少杂质的产生，同时还可以缓解溶氧，比如在头抱发酵中，通过在后期调整PH可以减少DCPC勺含量，给提取工序带来很大的好处， E.补料罐通过PH的调节可以更好的通过流加物料而不影响发酵.（部分发酵在不同时期的PH有所不同，所以通过补料罐的调整可以对发酵指标有所提高）F. 发酵过程中的 PH 调节可以通过各种方法 , 不一定要添加氨水和氢氧化钠, 可以添加玉米桨等其他的物料来进行调节.G.控制放罐时的PH可以对后面的过滤有所影响，所以一定要控制好放罐前的PHH.绘制种子瓶和种子罐以及发酵罐等整个发酵过程的PH生长曲线，可以用来参考控制工
7、艺，检测无菌情况的发生 .A. 华东理工大学的张嗣良提出了“以细胞代谢流分析与控制为核心的发酵工程学”的观点。他认为，必须高度重视细胞代谢流分布变化的有关现象, 研究细胞代谢物质流与生物反应器物料流变化的相关性， 高度重视细胞的生长变化，尽可能多地从生长变化中做出有实际价值的分析，进一步建立细胞生长变量与生物反应器的操作变量及环境变量三者之间的关系，以便有效控制细胞的代谢流，实现发酵过程的优化。B. 补料分批发酵技术该技术可以有效地减少发酵过程中培养基黏度升高引起的传质效率降低、 降解物的阻 遏和底物的反馈抑制的现象，很好地控制代谢方向，延长产物合成期和增加代谢物的积累。所需营养物限量的补加，
8、常用来控制营养缺陷型突变菌种，使代谢产物积累到最大。氨基酸发酵中采用这种补料分批技 术最普遍，实现了准确的代谢调控。C. 超声波的应用 : 超声波有很强的生物学效应。可应用于发酵过程的上、中、下游三个阶段。其在发酵工艺上的应用，可增加细胞膜的通透性和选择性，促进酶的变性或分泌，增强细胞代谢过程，从而缩短发酵时间， 改善生物反应条件, 高生物产品的质量和产量. 超声波的作用机制分为热作用、 空化作用和机械传质作用。热作用是超声波在介质内传播过程中，能量不断被介质吸收而使介质的温度升高的一种现象，可用于杀菌或使酶失活。空化作用是超声波在介质中传播时，液体中分子的平均距离随着分子的振动而变化。当其超
9、过保持液体作用的临界分子间距，就形成空化（空泡）。空泡内可产生瞬间高温高压并伴有强大的冲击波或射线流等，这足以改变细胞的壁膜结构，使细胞内外发生物质交换。机械传质作用是超声波在介质中传播时，可使介质质点进入振动状态，加速发酵液的质量传递，提高发酵过程的反应速度。超声波可广泛应用于生物发酵工程。不同频率和强度的超声波对发酵过程的作用是不同的，使用时应视具体的发酵工艺和使用条件进行选择。增加前体物的合成增加目的产物的前体物的合成或是直接添加前体物，均有利于目的产物的大量积累。如：在氨基酸的发酵中，通常在微生物的培养中加入前体，生产氨基酸；在花生四烯酸的发酵中，通过增加前体物或是加强糖代谢的途径，增
10、加其前体物的合成，均有助于提高花生四烯酸的产量。去除代谢终产物改变细胞膜的通透性，把属于反馈控制因子的终产物迅速不断地排出细胞外，不使终产物积累到可引起反馈调节的浓度，即可以预防反馈控制。我再根据自己的经验谈谈：不足之处，敬请大家给与补充改正！2. 溶氧工艺的优化A. 影响溶氧的条件有：温度、通气量、发酵液性质、物料的性质、补料的情况、压力、搅拌的形式、设备的各种参数、菌丝本身的情况、染菌等等b. 控制好的溶氧要从各个方面分析入手， 比如说， 在不同的周期要调整各种影响溶氧的条件顺序就不一样，前期可以调整通气量，罐压然后温度，经搅拌等对生产指标影响不大，但是在发酵后期则要注意：如果你的军种和产
11、物的生产对温度敏感的话，则需要最后调整温度，如果对压力或者二氧化碳敏感的话则最后再调整压力。其他的情况一样。也可以通过顺序调整来节省成本。c. 搅拌的形式很多， 我们试过很多的形式， 根据设备的不同选型有所不同， 但是必须要根据你的发酵液的性质和电机的功率等进行选择。这方面在发酵设备这本书上有详细的描述。注意一点是：搅拌的选择要注意它的接口和缝隙，避免染菌。d. 空气分布器可以根据设备的情况进行设计， 保证它和物料的混合度达到最大当然最好。 不过一定要考虑它对染菌的影响。以及对其进行清洗的方便和消毒的方便，不易杜塞等。e. 通过补料可以缓解溶氧， 尤其是你的部料成分对发酵后其有很大影响的时候，
12、 通过合适的补料时间和补料量的控制可达到提高发酵指标的效果。具体问题具体分析了！f. 通气量的控制可以根据菌丝的 ph 的变化和溶氧计的测量进行控制，同时可以根据补料量 的多少进行 控制，这些均可以作为调整溶氧的参考依据。做发酵优化一定要有针对性, 在你做一个新品种时, 一定要忘记你原来品种的所有特性, 把注意力集中到你所从事的具体微生物的培养上来! 就象人才培养一样要因才施教, 要有感情的去对待它 , 微生物也是生物 , 在某方面同人一样，这是我做发酵几年的体会，对于发酵是TECHNOLOGY SCIENCE以及前途如何均不重要， 重要的是要把自己所做的事情做好 ，做精，做细，就能实现TEC
13、HNOLOGYSCIENCE1间的转化，它们表象不同 本质一样 ! 再补充些工艺优化的知识和经验从摇瓶试验到中试发酵罐试验的不同之处1、消毒方式不同，摇瓶是外流蒸汽静态加热（大部分是这样的），发酵罐是直接蒸汽动态加热，部分的是直接和蒸汽混合，会因此影响发酵培养基的质量，体积，PH,透光率等指标。扩大时摇考虑2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时的菌株损失和菌种的适应性等。3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面直接接触。发酵罐是和空气混合接触，考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发
14、酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决的。5、搅拌方式不同，摇瓶是摇转方式进行混合搅拌，对菌株的剪切力较小。发酵罐是直接机械搅拌，注意剪切力的影响和无菌的影响。6、PH的控制，摇瓶一般通过碳酸钙和间断补料控制PH,发酵可以直接流加控制PH,比较方便。7、温度控制，摇瓶是空气直接接触或者传热控制温度，但是发酵罐是蛇罐或者夹套水降温控制，注意降温和加热的影响。8、 注意染菌的控制方法不一样， 发酵罐根据染菌的周期和染菌的类型等可以采取一些必要的措施减少损失。9、发酵罐可以取样或者仪表时时检测，但是摇瓶因为量小不能方便的进行控制和检测。10、原材料不一样，发酵所用原材料比较廉价而且粗旷，工艺控制和摇瓶区
15、别很大等等。，着说说发酵工艺中补料的作用补料分批培养（fed batch culture 简称FBC层指在分批培养过程中、间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法、与传统的分批集中补料培养相比、它有以下优点：（1） 可以避免在分批发酵中因次投料过多造成发酵液环境突变， 造成菌丝大量生长等问题， 改善发酵液流 变等性质，使得发酵过程泡沫得以控制，节省消泡剂，并提高了装罐系数。（2） 可以控制细胞质量，以提高芽抱的比例，并使pH 得以稳定。（3） 可以解除底物抑制，产物反馈抑制和分解阻遏。（4） 可以使“放料和补料”方法得以实施。该方法在发酵后期、产生了一定数量代谢产物后，在发酵液体积测量监控下，放出一部分发酵液，同时连续补充部分新鲜营养液，实现连续带放、既有利于提高产物产量又可降低成本，使得发酵指数得以大幅度提高。（5）利用FBC技术、可以使菌种保持最大的生产力状态.随着传感技术以及对发酵过程动力学理沦深入研究、用模拟复杂的数学模型使在线方式实最优控制成为可能。连续补料控制目前采用有反馈控制和无反馈控制两种方式。有反馈控制：选择与过程直接关系的可检测参数作为控制指标，例如可以
