发酵罐的操作及控制
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发酵罐的操作及控制
一、实验目的
1、学习发酵过程中发酵控制、取样、流加等一般操作过程。
2、了解和学习自动发酵罐的操作过程和注意事项。
二、实验原理
(一)发酵控制 1、发酵温度的控制
一般来说,接种后应适当提高培养温度,以利于孢子的萌发或加快微生物的生长、
繁殖,而且此时发酵的温度大多数是上升的。随着发酵液的温度逐渐上升,发酵液的温
度应该控制在微生物的最适生长温度;到主发酵旺盛阶段温度的控制可比最适生长温度低些,即控制在微生物代谢产物合成的最适温度;到发酵的后期,温度出现下降的趋势,
直至发酵成熟即可放罐。 工业发酵过程一般无须加热,因为释放的发酵热常常超过微生物的最适生长温度,
所以需要冷却阶段较多。通常是利用发酵罐的热交换装置进行降温(如采用夹套或蛇形
管进行调温),冬季发酵时空气还需进行加热处理,以便维持发酵的正常温度。 2、发酵pH值控制
首先应根据不同微生物的特性,不仅要控制原始培养基的pH值,而且在整个发酵
过程中,必须随时检测pH值的变化情况,根据发酵过程中的pH值变化规律,选用适
当的方法对pH值进行调节和控制。 3、提高溶解氧的措施 控制溶解氧的工艺手段主要是从供氧和需氧两方面来考虑。影响溶解氧效果的主要
因素有:(1)通气流量(通风量);(2)搅拌速度;(3)气体组分中的氧分压;(4)罐
压;(5)温度;(6)培养基的物理性质等。而影响需氧的则是菌体的生理特性,诸如不
同菌龄的呼吸强度差别,基质加入时菌丝耗氧的增加等。 4、二氧化碳浓度控制 CO2在发酵液中的浓度变化受到许多因素的影响,如细胞的呼吸强度、发酵液的流
变学特性、通气搅拌程度;罐压大小、设备规模等。对CO2浓度的控制主要看其对发
酵的影响,如果对发酵有促进作用,应该提高其浓度;反之应设法降低其浓度。 5、泡沫的控制
泡沫产生的原因:通气和搅拌、培养基成分、培养基的灭菌方法、培养液的温度、酸碱度、浓度等对发酵过程的泡沫形成也有一定的影响
泡沫的消除和防止:了解发酵过程中泡沫的消长规律,方可有效的控制泡沫。消除
和控制泡沫的方法主要包括化学消泡和机械消泡两种方法,同行司还可以考虑从减少起
泡物质和产泡外力着手(如起泡物质多为表面活性物质,可以适当予以减少;通气使氧
的含量达到临界值即可,不一定要达到饱和度)。 (二)、青霉素发酵控制 1、加糖控制
加糖的控制主要根据产糖即发酵过程中的pH,或最好是根据排气中CO2及O2的
量来控制。一般在残糖量降至0.6%左右,pH上升时开始加糖 2、补氮及加前体 补氮是指加硫酸铵、氨或尿素,使发酵液氨氮控制在0.01%~0.05%。补前体以使发酵液中参与苯乙酰胺浓度为0.05%~0.08%。 3、pH控制
对pH的要求视不同菌种而已,一般为6.4~6.6。可以加葡萄糖来控制pH。当前趋势是加酸或碱自动控制pH。 4、温度控制
一般前期为25~26℃,后期为23℃,以减少后期发酵液中青霉素的降解破坏。 5、温度控制
抗生素深层培养需要通气与搅拌,一般要求发酵液中溶解氧含量不低于饱和情况下溶解氧的30%。通气比一般为1:0.8VVM。搅拌转速在发酵各阶段应根据需要而调整。 6、泡沫与消泡
在发酵过程中产生大量泡沫,可以用天然油脂或 “泡敌”来消泡。应当控制其用量
并少量多次加入,尤其在发酵前期不宜多用,否则会影响菌的呼吸代谢。
三、方法步骤
(一)发酵培养 1、通气量的调节
要加大通气量,则需调大进气阀F13,反之则调小进气阀F13的开度;阀F14要作
出相应调整,以保持罐压。通气量的测量:通过流量计进行检测。青霉素发酵过程中通气量一般为1:1~1:0.8VVM。 2、发酵温度、pH、转速、流加控制、消泡等各参数的调整
按照“DF-BIC控制系统或发酵罐过程控制系统的操作说明”所述方法进行调整。将
控制器设置至“开机”状态,并分别按“加热”、“冷却”、“搅拌”键,使之置于“自动”状态。
此时,各参数进入自动控制,并根据记录周期所定的时间进行各参数的记录。青霉素发酵温度设定在23℃,pH控制在6.4~6.6,流加氨水溶液控制;消泡自动控制;转速待
定。 3、DO电极的满度校正
当温度、通风量、罐压、搅拌转速稳定后,将此时的DO值校正为100%。 4、将预先准备好的碱液和灭过菌的消泡剂、流加物料及硅胶管与蠕动泵及发酵罐(将针插入发酵罐备用口)联接好;注意操作过程中必须保持无菌。 5、打开“pH”、“消泡”、“流加”开关,将手动、自动开关置于“自动”位置。此时,上述参数
进入自动控制。 6、取样测定发酵过程中还原糖含量、青霉素效价、酸碱度等指标。取样步骤按GUJS-10说
明进行。 (二)单片机控制 1、自动控制
打开单片机确定运行状态为开机状态。
打开单片机的主界面,进入参数设定,选定所需要设定的参数,最常用的是温度、pH值、DO值、搅拌机速度等。将所设定数据输入单片机后,按下回车键,单片机进入设定状态,否则输入无效。
返回主界面,将所有的已设定参数中能够使该参数上升或减少(双向控制)的功能
键均打开,并处于绿色指示灯状态。如温度的设定:将升温和降温同时打开为绿灯指示,
使之处于自动控制状态。
注意:自动控制必须是在双向控制均存在时才起作用。 2、手动控制 打开单片机确定运行状态为开机状态。
将双向控制键设定于红灯状态下,此时处于手动状态。
将双向控制键中能达到你需要参数数据的键,当屏幕显示到你所需要的数据时,停止手动。