發(fā)酵過程介紹及其特點分析1.1發(fā)酵過程介紹發(fā)酵產(chǎn)品在我們的日常生活中占據(jù)了重要的地位，國家也越來越關(guān)注發(fā)酵生產(chǎn)這一行業(yè)。發(fā)酵需要有微生物才能進行，通過微生物的代謝過程來獲取我們需要的某種產(chǎn)物。不同種類的微生物在各異的環(huán)境條件下所進行的代謝反應(yīng)也是有相當大差別的。所以在實際條件下進行生產(chǎn)前，工作人員需要做好一系列的準備工作以保證生物代謝的正常進行，比如培養(yǎng)基中各種養(yǎng)料的配置比例、微生物適宜的生存條件等。在我們周圍的環(huán)境中有許許多多的微生物，但是在發(fā)酵時我們要得到的產(chǎn)物是明確的，所以在實際生產(chǎn)時，首先就要進行滅菌操作以保證發(fā)酵罐中沒有雜菌，然后將培養(yǎng)好的種子以及制備的培養(yǎng)基放到發(fā)酵罐中。此外，發(fā)酵液的內(nèi)部環(huán)境也是至關(guān)重要的，適宜的條件才能保證在發(fā)酵罐中微生物可以進行充分地反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，最終通過提煉及純化等操作可以獲取最終的產(chǎn)品。整個發(fā)酵過程的簡要流程如圖1-1所示。圖1-1發(fā)酵過程簡要流程Fig.1-1Briefflowofthefermentationprocess1.2發(fā)酵過程特點總體來說，發(fā)酵過程對于最終產(chǎn)物的獲取方式相對單一，在保證環(huán)境條件適宜的情況下，讓微生物進行充分地代謝反應(yīng)即可。但是，此類化學反應(yīng)依據(jù)不同的條件、不同的微生物是存在相當大差異并且非常復(fù)雜的。除此之外，通過該過程所獲取的數(shù)據(jù)也具有其他工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)所不具備的特點。下面從多個角度說明發(fā)酵過程的特點：（1）發(fā)酵環(huán)境盡管發(fā)酵流程相對簡單，但是對于生產(chǎn)中任何一步環(huán)境條件的控制要求都是異常嚴格的，所以在生產(chǎn)過程中工作人員要及時且認真地關(guān)注發(fā)酵環(huán)境條件。環(huán)境條件往往是通過參與反應(yīng)的不同變量的值的變化體現(xiàn)出來的，正因為如此，定時間隔采樣獲取反應(yīng)相關(guān)變量的值是非常重要且必要的。（2）發(fā)酵的單向性從制備培養(yǎng)基及醒種開始，就意味著發(fā)酵生產(chǎn)已經(jīng)進行了，然后將醒好的種子及培養(yǎng)基放入發(fā)酵罐中，不同步驟的順序是固定且不能混亂的。這也導(dǎo)致了在發(fā)酵進行時微生物的代謝過程也是有規(guī)律可循且是不可逆的。（3）發(fā)酵的不同步發(fā)酵生產(chǎn)是按照一批一批進行的，由于發(fā)酵環(huán)境差異及微生物自身也存在些許差異，難免導(dǎo)致不同批次之間的差異性，比如某個批次發(fā)酵已經(jīng)完成，但是另一個批次比該批早一些或晚一些都是極有可能的。需要說明的是，盡管它們的發(fā)酵時間可能不一致，但是它們的發(fā)酵規(guī)律曲線一定是相似的。（4）某些變量難獲取在第一點說明了發(fā)酵環(huán)境的重要性及嚴格控制環(huán)境變量是通過調(diào)整生產(chǎn)過程中的變量值實現(xiàn)的。遺憾的是，盡管大部分常見的變量可以通過傳感器獲得，比如溫度值可以通過溫度傳感器測量，酸堿度可以通過酸堿度傳感器測量，但是由于傳感器技術(shù)的限制，某些重要變量要通過相應(yīng)的傳感器獲取是比較難實現(xiàn)的，比如質(zhì)量變量。（5）數(shù)據(jù)形式發(fā)酵屬于一種必須具備開始時間和結(jié)束時間的過程。不同批次的過程互不影響。所以除了變量維度和時間維度外，發(fā)酵還有一個批次維度，代表了不同的過程ADDINNE.Ref.{9A4330D5-9744-45E7-9D5E-5FF4D38BF762}[18-23]。比如，煉鋼過程可以看成是一個有開始沒結(jié)束的流過程，只要我們不斷添加生產(chǎn)原料，生產(chǎn)就會一直進行。不同的是，在發(fā)酵過程中，發(fā)酵開始后就不能繼續(xù)添加原料了，等到微生物反應(yīng)結(jié)束，便獲得了該批的最終產(chǎn)物。然后，工作人員可以仿照上一批生產(chǎn)過程再開始新一批次的生產(chǎn)。發(fā)酵數(shù)據(jù)形式如圖1-2所示。圖1-2發(fā)酵數(shù)據(jù)形式Fig.1-2Theformoffermentationdata（6）多階段特點一個批次的生產(chǎn)是從前到后按照順序生產(chǎn)的，這也導(dǎo)致了微生物的代謝過程也是按照某一模式從前到后進行的。通常隨著發(fā)酵的進行，微生物的數(shù)量變化呈現(xiàn)出先增加后減少的規(guī)律。某個時間段內(nèi)部微生物的數(shù)量變化規(guī)律又是相似的，示意圖如1-3所示。圖1-3菌種代謝生長過程Fig.1-3Metabolicgrowthprocessofbacterialspecies（7）非線性特點盡管微生物的代謝過程按照一定的規(guī)律進行，但是其代謝涉及到非常復(fù)雜的生物化學知識，且發(fā)酵變量的形式及種類也復(fù)雜多樣，這導(dǎo)致了發(fā)酵變量呈現(xiàn)出非常明顯的非線性特點。（8）動態(tài)性特點發(fā)酵要求在控制生產(chǎn)條件的情況下進行有序步驟地生產(chǎn)，而且整個生產(chǎn)過程需要持