1、生物發(fā)酵過程解決方案資料內容僅供參考，如有不當或者侵權，請聯(lián)系本人改正或者刪除。生物發(fā)酵過程解決方案引言：發(fā)酵過程是一種既古老又年輕的生化過程。早在幾千年前人們就已經(jīng)在食品生產(chǎn)方面利用酵母對淀粉進行發(fā)酵以獲得含有乙醇的飲料，這一生產(chǎn)過程一直延續(xù)至今，它就是人們所熟知的制酒工業(yè)的核心一一釀造工 業(yè)。利用微生物生長過程中的二次代謝作用以制取醫(yī)藥工業(yè)中的抗生素則是人類運用生化技術的一大創(chuàng)造。工業(yè)生產(chǎn)時這一新陳代謝過程在發(fā)酵罐內完成。深入研究發(fā)酵過程將為生化反應一一發(fā)酵罐的設計、操作和控制奠定基礎。因此，它是提高生化工程水平的重要內容之一 ；生化反 應是生化技術中的難點所在，在研究和實際應用時既需要微

2、生物技術也需 要借用化工技術以及融匯近代測量技術、計算機技術和控制技術于一體。微生物發(fā)酵過程是個極其復雜的生化反應過程，對于發(fā)酵罐的操作，以前人們是憑借實踐經(jīng)驗來進行的，由于缺乏發(fā)酵過程參數(shù)的測量監(jiān)視和 控制系統(tǒng)，使得發(fā)酵產(chǎn)品成本高、操作費用大、 產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭力。為此，需要對發(fā)酵罐實行優(yōu)化操作和控制。一、發(fā)酵過程中的工藝及其特點一般的耗氧型發(fā)酵罐系統(tǒng)如下圖所示 ，其中要測量的參數(shù)能夠分為物 理參數(shù)、化學參數(shù)以及生物參數(shù)。2資料內容僅供參考，如有不當或者侵權，請聯(lián)系本人改正或者刪除。發(fā)酵過程物理參數(shù)：一般有發(fā)酵罐 溫度（T）、發(fā)酵罐壓力（P）、發(fā)酵 液體積（V）、空氣流量（Fa）、冷

3、卻 水進出口溫度（Ti和T2）、攪拌馬達 轉速（RMP）、攪拌馬達電流（I）、 泡沫高度（H）等，這些物理參數(shù)根據(jù) 不同種類的發(fā)酵要求，都能夠選擇性 的選取有關測量儀表來實現(xiàn)自動測發(fā)酵過程化學參數(shù)： 發(fā)酵過程典型的化學參數(shù)有 PH值（PH）和溶解氧濃度（DO）,這兩個參數(shù)對于微生物的生長 ，代謝產(chǎn)物的形成極為重要。過于由于缺乏耐消毒的能進行無菌操作的 PH電極和溶解氧電極，使得無 法做到實時的在線測量。而現(xiàn)在已有成熟的 PH和溶解氧測量電極，典型 的產(chǎn)品如瑞士的Ingold電極等。發(fā)酵過程生物參數(shù)：生物參數(shù)一般包括生物質呼吸代謝參數(shù)、 生物質 濃度、代謝產(chǎn)物濃度、底物濃度以及生物比生長速率、

4、底物消耗速率 和產(chǎn)物形成速率等。關于生物參數(shù)，無論在國內還是國外，在工業(yè)生產(chǎn)中實時在線的測量 儀表都還很少。正是由于這些原因 ，使得微生物發(fā)酵過程的控制比一般的 工業(yè)生產(chǎn)過程難度更大。呼吸代謝參數(shù)的測量：微生物呼吸代謝參數(shù)一般有三個，即微生物的 氧利用速率（OUR）,二氧化碳釋放速率（CER）和呼吸商（RQ）。這三個參資料內容僅供參考，如有不當或者侵權，請聯(lián)系本人改正或者刪除。數(shù)的測量，能夠給予發(fā)酵罐系統(tǒng)氣相平衡計算出來。要測量呼吸代謝參數(shù)必須測量除發(fā)酵液體積、空氣流量，排出氣體氧含量和二氧化碳的含量。假設流出發(fā)酵罐的氣體流量與空氣流入量相等，空氣中氧含量為21% ,二氧化碳的濃度為零，測量到

5、派出氣體的氧濃度為 02出 ,二氧化碳 的濃度為CO2%o微生物發(fā)酵熱的測量：微生物發(fā)酵熱從某種意義上說間接地反應了微 生物生長過程的細胞濃度和生長速率。因此，經(jīng)過測量發(fā)酵熱，就能夠了解微生物生長狀態(tài)。這樣只要測量出冷卻水流量和它的進出口溫度就能夠粗略地知道發(fā)酵熱的變化。生物質底物和產(chǎn)物濃度的測量：就當前來看，還沒有可在工業(yè)生產(chǎn)實用 的這些參數(shù)的測量儀器。在實驗室中 ，已有用質譜儀和核磁共震分析儀來測量發(fā)酵液中各種物質的濃度。利用生物傳感器來測量生物質濃度、底物和產(chǎn)物濃度在成為研究熱點。在工業(yè)生產(chǎn)中這些參數(shù)的測量大都基于取出發(fā)酵液樣品到實驗室采用化學分析方法和借用如 HPLC儀器來分析，由于分

6、析一個樣品要用很長時間,這對于實時控制來說就很難經(jīng)過這樣的方法來利用這些數(shù)據(jù)。發(fā)酵過程的控制隨著生物工業(yè)技術的迅速發(fā)展，其生產(chǎn)設備和規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)過程的強化，對自動控制技術的要求越來越迫切，對生化過程實行優(yōu)化控制資料內容僅供參考，如有不當或者侵權，請聯(lián)系本人改正或者刪除?？煞€(wěn)定生產(chǎn)，提高彳#率，降低消耗，增加效益。然而，微生物發(fā)酵過程，不同 于一般的過程工業(yè)，由于它涉及生命體的生長繁殖過程 ，機理十分復雜，至 今還有許多發(fā)酵過程信息無法測量 ，這給發(fā)酵過程優(yōu)化控制帶來極大的困 難。影響發(fā)酵過程的兩個主要因素是發(fā)酵培養(yǎng)基和發(fā)酵條件，在培養(yǎng)基配方基本固定的情況下，發(fā)酵條件是影響過程代謝變化的主要方面。根據(jù)那 些反映發(fā)酵條件和代謝變化的參數(shù) ，參照代謝變化規(guī)律來控制以下發(fā)酵條 件,盡可能縮短菌體生長期，延長產(chǎn)物合成期，使菌體生長既迅速而又不易 衰老，并保持產(chǎn)物的最大生產(chǎn)速率，從而達到提高最終產(chǎn)物產(chǎn)量目的。及 第工過一理:白