玻璃發酵罐系列

不銹鋼發酵罐系列

半玻璃半不銹鋼發酵罐系列

光合反應罐

多級發酵罐

多聯發酵罐

智能發酵過程仿真控制系統

發酵配件

 電極
 空壓機

固體發酵罐

搖床,蒸氣發生器

 
 
發酵系統中補料的作用
雙擊自動滾屏 發布者:發酵罐生產企業江蘇元洲生物 發布時間:2019-1-19 閱讀:417

目前, 補料工藝已是工業發酵領域中研究最多、 應用最廣的技術之一,一般是在發酵進行至大量生成產物的階段, 因合成產物和維持細胞活動的需要, 有選擇地補充營養物質。合適的補料工藝能夠有效地控制微生物的中間代謝, 使之向著有利于產物積累的方向發展。本文對補料工藝特點、補料原則、補料動力學和補料控制理論等問題進行綜述。

用于補料的5類營養物質

補料發酵補加的營養物質大致有五類:

①補充菌體所需的能源和碳源, 如葡萄糖和液化淀粉等;

② 補充菌體所需氮源, 如蛋白胨、豆餅粉、玉米漿、酵母粉和尿素等有機氮源, 有些發酵還采取通入氨氣或添加氨水等;

③加入某些菌體生長代謝所需的微量元素和無機鹽,如磷酸鹽、硫酸鹽等;

④對于產誘導酶的微生物, 常在補料中適當加入該酶的作用底物, 以提高酶的產量;

⑤對一些抗生素發酵, 往往需要補充抗生素形成的前體。

補料的作用

(1)有利于菌體的高密度培養:高密度發酵的生物量可達60 ~150g/L , 需投入2 ~ 5 倍于生物量的營養物。所以, 若將所有的補料一次加到培養基中, 過高濃度的營養物勢必造成菌體代謝的紊亂, 表現為遲滯期延長, 比生長速率降低, 得率下降。

(2)降低培養基中有毒底物對菌體生長的抑制有些發酵需要利用甲醇、醋酸和苯酚等有毒物質作為培養基成分, 這些物質即使在較低濃度下, 也會對微生物生長產生抑制作用。而通過補料, 可減小抑制作用

(3)解除高濃度營養物和分解代謝物引起的阻遏作用:葡萄糖分解代謝物可阻遏包括纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、轉化酶以及氨基酸合成酶等酶的合成。通過補料來控制菌體生長速率以使酶的合成明顯去阻遏;通過補料還可以減小分解代謝產生的乙醇、甲酸、乳酸等副產物對菌體生長的不利影響。

(4)維持有利的發酵條件:發酵過程中常常發生 pH 值的變化, 直接加酸或加堿可以快速調整酸堿度, 而通過補加碳源或氮源, 可以緩慢而根本地調整 pH 值。對于好氧發酵, 一次性投糖過多會造成細胞生長過快, 快速消耗氧氣, 而常規的通風攪拌無法滿足供氧需求。補料可以緩解該矛盾,此外, 補料還可調整發酵液粘度、氧傳遞系數等物性參數, 改善發酵環境, 有利于細胞生長和產物合成

無反饋控制補料方式有三種:恒 速補料、變速補料和指數補料

(1)恒速補料 :

在恒速補料發酵中, 以預先設定的恒定速率補 加限制性營養物。相對菌體來說, 營養物濃度是逐漸降低的, 菌體比生長速率也是下降的, 而菌體總量是線性增加的。恒速補料在一定程度上滿足了菌體對養料的需 要, 避免了營養物抑制, 但這種方法往往只是根據一個參數指標控制的。這類操作常見于早期報道。

(2)變速補料 

變速補料是在培養過程中補加速率以梯度、階段或線性等方式不斷增加。它可以在菌體濃度較高的情況下加入更多營養物來促進細胞的生長, 實現 細胞比生長速率不斷增加, 有利于產物的形成。盡管比較粗糙, 但要優于恒速補加法 。

(3)指數補料

指數補料是一種簡單而行之有效的方法。補加速率呈指數增加, 它能夠使反應器中營養物濃度控 制在較低的水平, 而使菌體的比生長速率為恒定值, 菌體密度呈指數增加。指數補料較好地配合菌體的生長過程, 又不需要特別復雜的儀器, 因而, 受到了較多的重視。

反饋控制補料   

實際發酵過程常會與預設過程有偏差, 如果能及時地糾正偏差, 就可使反應朝預定方向進行, 否則將很難達到預期的目標。反饋控制補料就是在發酵過程中對反應器內的營養物濃度、產物濃度以及細 胞濃度等參數進行實時或在線檢測和控制。

中間補料的前提就是了解發酵參數與微生物代謝、營養物利用以及產物形成之間的關系, 選擇恰當的反饋控制參數。可控制的參數有直接測量參數和間接測量參數。直接測量參數為溫度、pH 、溶解氧濃度、光密度、營養物濃度、壓力和尾氣成分等, 它們均可用儀器設備直接測量。間接測量參數包括比生長速率、菌體細胞濃度、攝氧率、氧氣轉移率、二氧化碳增長率和呼吸商等。它們可用一個或多個直接測 量參數值評估或計算得到。

(1)簡單反饋控制(又稱單一循環法)補料

此法控制與營養物利用相偶聯的pH 或溶解氧濃度等參數, 使之保持恒定。例如, 預先設定pH 恒定值, 發酵中菌體代謝產生酸性物質或銨, 使pH 值發生改變, 從而啟動控制開關, 開始補料, pH 恢復至恒定值;以溶解氧濃度作為補料開關則是根據培養基中某種關鍵營養物(主要是碳源)消耗, 會導致溶解氧濃度迅速改變。該方法操作較為簡單, 但帶有經驗性, 易滯后。

(2)根據營養物攝取或需求量來控制補料

就是在線檢測培養基中營養物濃度, 通過補料將營養物控制在設定值內。這類方法在補料控制中常見, 控制的對象往往是葡萄糖濃度。

(3)根據比生長速率來控制補料 

菌體的比生長速率μ越大, 說明該微生物生長得越快, 消耗營養物越多。

(4)根據尾氣成分分析來控制補料

營養物的利用通常伴隨著CO2 等氣體的釋放。 測定出口氣體, 類似于分析營養物, 也能用來控制補料速率。在王澤建等發表的《生理代謝參數RQ 在指導發酵過程優化中的應用》一文中有很多RQ指導補料的應用。

(5)根據細胞形態學控制補料

在一些微生物培養時, 細胞形態學變化與培養條件(如溶解氧濃度, 剪切速度, 培養基成分密切相關)

(6)神經網絡控制補料

人工神經網絡控制就是模擬人類大腦的運行機制, 采用處理單元代替神經元, 依靠貯存于處理單元之間相互關聯的信息實現控制。可采用這一模型來預報發酵狀態是否正常, 預測發酵階段, 預測代謝狀態、產物、營養物濃度和各種抑制狀態的產生等

(7)模糊控制的補料

發酵中的可測參數與生物的生長和代謝之間, 難以用確切的數學關系來描述, 而用隸屬函數來描述它們的模糊關系似乎更加恰當。當常規檢測和控制方法難以精確地反映系統的運行狀態時, 模糊控便可應用到控制過程。模糊控制是工程師的經驗與上述相關控制方法結合的產物,或者完成是經驗的產物。

江蘇元洲生物工程有限公司專業生產不銹鋼發酵罐、玻璃發酵罐、動物細胞發酵罐、植物細胞發酵罐、光照發酵罐、中試發酵設備、生產型發酵設備

發酵罐 | 公司簡介 | 新聞中心 | 產品展示 | 營銷網絡 | 在線留言 | 聯系我們  
 

Copyright © 2008 江蘇元洲生物工程有限公司 All rights reserved.
網站地圖 Xml 優化技術支持:易潤信息

欧洲足球指数即时比分