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    影響物料在發酵罐反應的因素

    返回列表文章來源:恒東科技 責任編輯: 瀏覽:- 發表時間:2019-07-19 10:10 【

    物料在發酵罐中發酵的過程是一個復雜的過程,在這個過程中必須要嚴格控制各項參數以保證發酵過程不受影響,在這個過程中有很多因素會影響發酵過程:如溫度、壓力、攪拌功率、轉速、泡沫、發酵液粘度、濁度、pH、離子濃度、溶解氧、基質濃度等,稱為直接參數;另外一類包括細胞生長速率、產物合成速率和呼吸嫡等。這些參數需要根據一些直接檢測出來的參數,借助于電腦計算和特定的數學模型才能得到。因此這類參數被稱為間接參數。在這些因素中對發酵過程影響較大的有溫度、pH值和溶解氧濃度等。

    一、溫度對發酵過程的影響

    發酵罐溫度會影響各種酶反應的速率,改變菌體代謝產物的合成方向,影響微生物的代謝調控機制。除這些直接影響外,溫度還對發酵液的理化性質產生影響,如發酵液的粘度、基質和氧在發酵液中的溶解度和傳遞速率、某些基質的分解和吸收速率等,進而影響發酵的動力學特性和產物的生物合成。

    發酵溫度可通過溫度計或自動記錄儀表進行檢測,通過向發酵罐的夾套或蛇形管中通人冷水、熱水或蒸汽進行調節。工業生產上,所用的大型發酵罐在發酵過程中一般不需要加熱,因發酵中釋放了大量的熱,在這種情況下通常還需要加以冷卻,利用自動控制或手動調整的閥門,將冷卻水通人夾套或蛇形管中,通過熱交換來降溫,保持恒溫發酵。 

    二、溶解氧濃度對發酵罐發酵過程的影響 

    對于好氧發酵,溶解氧濃度是重要的參數之一。微生物深層培養時,需要適量的溶解氧以維持其呼吸代謝和某些產物的合成,氧的不足會造成代謝異常,產量降低。

    微生物發酵的適氧濃度與臨界氧濃度是不同的。前者是指溶解氧濃度對生長或合成在適合的濃度范圍內,后者一般指不影響菌體呼吸所允許的較低氧濃度。為了避免生物合成處在氧限制的條件下,需要考察發酵過程的臨界氧濃度和適氧濃度,并使其保持在適氧濃度范圍。

    現在已可采用復膜氧電極來檢測發酵液中的溶解氧濃度。要維持一定的溶氧水平,需從供氧和需氧兩方面著手。在供氧方面,主要是設法提高氧傳遞的推動力和氧傳遞系數,可以通過調節攪拌轉速或通氣速率來控制。同時要有適當的工藝條件來控制需氧量,使菌體的生長和產物形成對氧的需求量不超過設備的供氧能力。

    已知發酵液的需氧量,受菌體濃度、基質的種類和濃度以及培養條件等因素的影響,其中以菌濃的影響較為明顯。發酵液的攝氧率隨菌濃增大而增大,但氧的傳遞速率隨菌濃的對數關系減少。

    因此可以控制菌的比生長速率比臨界值略高一點,達到適宜的菌體濃度。這樣既能保證產物的比生產速率維持在很大值,又不會使需氧大于供氧。這可以通過控制基質的濃度來實現,如控制補糖速率。除控制補料速度外,在工業上,還可采用調節溫度(降低培養溫度可提高溶氧濃度)。液化培養基、中間補水,添加表面活性劑等工藝措施,來改善溶氧水平。

    發酵罐.jpg

    三、PH值對發酵罐發酵過程的影響

    發酵過程中,pH值的變化取決于所用的菌種、培養基的成分和培養條件。培養基中的營養物質的代謝,是引起pH值變化的重要原因,發酵液的pH值變化乃是菌體產酸和產堿的代謝反應的綜合結果。每一類微生物都有其適宜的和能耐受的pH值范圍,而且微生物生長階段和產物合成階段的適宜pH值往往不一樣,需要根據實驗結果來確定。

    PH值對發酵罐發酵過程的影響主要表現在以下幾個方面:

    1,影響酶的活性,當pH值抑制菌體中某些酶的活性時,會阻礙菌體的新陳代謝;

    2,影響培養基中某些組分和中間代謝產物的離解,從而影響微生物對這些物質的利用;

    3,影響微生物細胞膜所帶電荷的狀態,改變細胞膜的通透性,影響微生物對營養物質的吸收及代謝產物的排泄;

    4,PH值不同,往往引起菌體代謝過程的不同,使代謝產物的質量和比例發生改變;

    5,pH值還會影響某些霉菌的形態。

    為了確保發酵罐發酵的順利進行,必須使其各個階段經常處于適宜pH值范圍之內,這就需要在發酵過程中不斷地調節和控制pH值的變化。

    首先需要考慮和試驗發酵培養基的基礎配方,使它們有個適當的配比,使發酵過程中的pH值變化在合適的范圍內。如果達不到要求,還可在發酵過程中補加酸或堿。

    此外,用補料的方式來調節pH值也比較有效。這種方法,既可以達到穩定pH值的目的,又可以不斷補充營養物質。成功的例子就是青霉素發酵的補料工藝,利用控制葡萄糖的補加速率來控制pH值的變化,其青霉素產量比用恒定的加糖速率和加酸或堿來控制pH值的產量高25%。

    目前已試制成功適合于發酵過程監測pH值的電極,能連續測定并記錄pH值的變化,將信號輸人pH值控制器來指令加糖、加酸或加堿,使發酵液的pH值控制在預定的數值。

    發酵過程中溫度、溶解氧濃度、PH值等各參數的控制很重要,目前發酵工藝控制的方向是轉向自動化控制,因而希望能開發出更多更有效的傳感器用于過程參數的檢測,有助于企業更好的使用發酵罐來進行生產作業。

    此文關鍵字:發酵罐 發酵罐設備 發酵

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