发酵工艺优化 高密度发酵 免费

发酵工艺优化

前言：发酵工艺的优化在发酵行业起到很大的作用,尤其是在发

酵生产中,它是提高发酵指标的一项非常,有用的技术手段.同时也

是搞发酵行业的人的必备知识要求之一,借此我想通过和大家交

流共同提高发酵方面的知识水平.

一、发酵工艺优化方法与思路:发酵工艺优化的方法有很多,它们

之间不是孤立的,而是相互联系的。在一种发酵中,往往是多种优

化方法的结合,其目的就是发酵是细胞大规模培养技术中最早被

人们认识和利用的。发酵技术在医药、轻工、食品、农业、环保

等领域的广泛应用，使这一技术在国民经济发展中发挥着越来越

重要的作用。为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种的

选育或基因工程的构建。而实际上，发酵工艺的优化，包括生物

反应器中的工程问题，也同样非常重要。发酵环境条件的优化是

发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。

温度、pH值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓

度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。

同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时

期，对环境条件可能会有不同的要求。因此，应该在生物反应器

内，使温度、pH值、溶氧、搅拌转速等不断变换，始终为其提

供最佳的环境条件，以提高目的产物的得率,在发酵放大实验

中，一般都很注重寻找最佳的培养基配方和最佳的温度、pH

值、溶氧等参数，但往往忽视了细胞代谢流的变化。例如：在溶

解氧浓度的测量与控制时，关心的是最佳氧浓度或其临界值，而

不注意细胞代谢时的摄氧率；用氨水调节pH值时，关心的是最

佳pH值，却不注意添加氨水时的动态变化及其与其他发酵过程

的参数的关系，而这些变化对细胞的生长代谢却非常重要。

注意:大家可以从以下各个方面进行交流.尽量能够分类进行叙述,我总结了以下几累,也不是很全,当然从其他的方面进行交流也可

以,但是希望你注明附加说明!

二. 好氧发酵

1. PH工艺的优化

2. 溶氧工艺的优化

3.原材料工艺的优化

4.消毒(灭菌)工艺的优化

5.菌种制备工艺的优化

6.小试到中试,中试到生产等扩大实验的工艺优化

7.成本工艺优化

8.种子罐工艺的优化

9.发酵罐工艺参数控制的优化

10.仪表控制的工艺优化

11.环境的工艺优化

12.染菌处理的工艺优化

13.紧急情况处理的工艺优化(停电\停水\停气\停汽等)

14.补料工艺的优化

15.倒种工艺的优化

16发酵设备的工艺优化

17.其他的工艺优化

三. 厌氧工艺的优化

四.固体发酵的工艺优化

五.其他

1. PH工艺的优化

A.配料中的PH 很重要,其中有配前PH,配后PH,消前PH,消后PH,接

种前PH,工艺控制PH等,配前PH,配后PH,可以用来检测厡材料的质

量,初步估计配料的情况,如果出了错误,有时候可以从PH中的变化

看出来,能够减少错误的发生.

B.另外,每次有新的配方我们总是要用PH方法检测其中的每种厡

材料是否会和其他的发生反应,可以互相两两混合,检测PH的变化,也可以用来作为配微量元素的检测.

C.消前PH可以用来减少消毒过程对培养基的破坏,因为培养基在

消毒中会有PH的变化,在不同的PH条件下对培养基破坏也不一样,

因此可以在消毒的时候选择合适的PH,消毒完后可以调节过来,这

样一来可以对PH敏感的一些原材料减少破坏,这种方法在生产中

已经取得了初步的成绩,提高了指标.

D.工艺控制的PH,在发酵的产抗期间,通过在不同的发酵时间调整

不同的PH,可以减少杂质的产生,同时还可以缓解溶氧,比如在头孢

发酵中,通过在后期调整PH可以减少DCPC的含量,给提取工序带

来很大的好处,

E.补料罐通过PH的调节可以更好的通过流加物料而不影响发酵.

(部分发酵在不同时期的PH有所不同,所以通过补料罐的调整可以

对发酵指标有所提高)

F.发酵过程中的PH调节可以通过各种方法,不一定要添加氨水和

氢氧化钠,可以添加玉米桨等其他的物料来进行调节.

G.控制放罐时的PH可以对后面的过滤有所影响,所以一定要控制

好放罐前的PH

H.绘制种子瓶和种子罐以及发酵罐等整个发酵过程的PH生长曲

线,可以用来参考控制工艺,检测无菌情况的发生.

六、A. 华东理工大学的张嗣良提出了“以细胞代谢流分析与控制

为核心的发酵工程学”的观点。他认为，必须高度重视细胞代谢

流分布变化的有关现象,研究细胞代谢物质流与生物反应器物料

流变化的相关性，高度重视细胞的生长变化，尽可能多地从生长

变化中做出有实际价值的分析，进一步建立细胞生长变量与生物

反应器的操作变量及环境变量三者之间的关系，以便有效控制细

胞的代谢流，实现发酵过程的优化。　

B. 补料分批发酵技术该技术可以有效地减少发酵过程中培养基黏

度升高引起的传质效率降低、降解物的阻遏和底物的反馈抑制的

现象，很好地控制代谢方向，延长产物合成期和增加代谢物的积

累。所需营养物限量的补加，常用来控制营养缺陷型突变菌种，使代谢产物积累到最大。氨基酸发酵中采用这种补料分批技术最

普遍，实现了准确的代谢调控。

C. 超声波的应用:超声波有很强的生物学效应。可应用于发酵过

程的上、中、下游三个阶段。其在发酵工艺上的应用，可增加细

胞膜的通透性和选择性，促进酶的变性或分泌，增强细胞代谢过

程，从而缩短发酵时间，改善生物反应条件,高生物产品的质量

和产量. 超声波的作用机制分为热作用、空化作用和机械传质作

用。热作用是超声波在介质内传播过程中，能量不断被介质吸收

而使介质的温度升高的一种现象，可用于杀菌或使酶失活。空化

作用是超声波在介质中传播时，液体中分子的平均距离随着分子

的振动而变化。当其超过保持液体作用的临界分子间距，就形成

空化（空泡）。空泡内可产生瞬间高温高压并伴有强大的冲击波

或射线流等，这足以改变细胞的壁膜结构，使细胞内外发生物质

交换。机械传质作用是超声波在介质中传播时，可使介质质点进

入振动状态，加速发酵液的质量传递，提高发酵过程的反应速

度。超声波可广泛应用于生物发酵工程。不同频率和强度的超声

波对发酵过程的作用是不同的，使用时应视具体的发酵工艺和使

用条件进行选择。增加前体物的合成增加目的产物的前体物的合

成或是直接添加前体物，均有利于目的产物的大量积累。如：在

氨基酸的发酵中，通常在微生物的培养中加入前体，生产氨基

酸；在花生四烯酸的发酵中，通过增加前体物或是加强糖代谢的

途径，增加其前体物的合成，均有助于提高花生四烯酸的产量。

去除代谢终产物改变细胞膜的通透性，把属于反馈控制因子的终

产物迅速不断地排出细胞外，不使终产物积累到可引起反馈调节

的浓度，即可以预防反馈控制。

七、 、发酵工程的优化不是很全,、其主要是在两个方面进行

优化:营养条件与环境条件的优化.目前做发酵优化没有什么前途,

发不了高水平的文章,应该说发酵工程优化是Technology,而不是

science.其主要着眼点在于实现发酵过程的高产量\高产率\高生产

强度的相对统一.从以下几个方面实现优化技术:1 基于微生物反应原理的培养环境优化技术;

2 基于微生物代谢特性的分阶段培养技术

3 基于反应动力学和人工智能的优化和控制技术

4 基于代谢通量分析的过程优化技术

5 基于系统观点的生物反应系统优化技术

6 基于胁迫条件下微生物生理应答特性的发酵过程优化技术

八、 发酵工程包括不少内容，工艺的优化也有很多值得研究的

地方。但是很多的理论是和生产实践相脱节的，也可以说对某些

生产项目而言是没必要做过多的研究的（比如绝大多数的基因工

程菌），说白了，就是看菌种好坏。

另外，个人认为，发酵工艺条件的优化，还是要结合具体的代谢

产物和微生物来针对性研究。希望从理论和整体的角度做研究，

对优化而言是没有效率的。

这里只是从实用性角度来说的，我并不怀疑发酵工艺的价值。

发酵工程优化是Technology,而不是science。但是有些事情可能不

是你想象的那样，毕竟现在国内的公司和厂家主要以Technology

为主，学校和科研单位以基础理论为主，现在的大体情况是科研

和实际的生产应用有些脱钩，搞科研的大部分对搞生产的知识和

应用有所缺陷，相反搞生产的觉得搞科研用处不大，尤其是现在

的国内大的公司很少有出钱搞科研（基础理论研究）的，他们宁

愿把大部分的钱用于工艺上的改进，而不愿意投资搞新产品的开

发。其他方面我不是很清楚，但是在生物制药方面中国的新产品

开发和应用成功的现在几乎占不到国外的 千分之一。根据调查

（刚刚进行的在北京进行的国际首届生物高级经济论坛报告）指

出，现在中国的公司和科研脱钩严重，搞科研的只关心发高水平

文章，不关心应用，更不关心生产。他们并不了解公司真正需要

什么技术，现在公司和科研单位（包括学校）真正联手搞发展的

很少，走形式的很多。像国外大的公司自己出钱搞科研开发的几

乎没有，因为大部分的公司宁愿花钱去买现成的工艺和技术。

九、至于公司和学校等科研单位合作很难的原因有很多，什么保 密、付款、应用等等，我们关心的是我们毕业早晚要参加工作，

如果搞理论和科研也好，但是大部分的人员是要参加公司工作

的，所以多了解这方面的知识，尤其是理论和实践结合的知识对

我们很有用处。因为我们公司近几年招徕的新学生（包括研究生

和博士）对公司的生产和科研很不适应，他们往往只是从事某方

面的工作，而且基础的东西占有很大的比例。为了更好的毕业后

融入工作人员的大家庭，出于这个目的，所以我才开这个交流，

希望对将要毕业从事工作的人有所帮助，也对刚刚参加工作的人

有所启示。大家共同学习，提高，当然在更多的方面进行交流更

好，我们可以学习更多的知识。

我再根据自己的经验谈谈：不足之处，敬请大家给与补充改正！

十、 溶氧工艺的优化

A.影响溶氧的条件有：温度、通气量、发酵液性质、物料的性

质、补料的情况、压力、搅拌的形式、设备的各种参数、菌丝本

身的情况、染菌等等

b. 控制好的溶氧要从各个方面分析入手，比如说，在不同的周期

要调整各种影响溶氧的条件顺序就不一样，前期可以调整通气

量，罐压然后温度，经搅拌等对生产指标影响不大，但是在发酵

后期则要注意：如果你的军种和产物的生产对温度敏感的话，则

需要最后调整温度，如果对压力或者二氧化碳敏感的话则最后再

调整压力。其他的情况一样。也可以通过顺序调整来节省成本。

c. 搅拌的形式很多，我们试过很多的形式，根据设备的不同选型

有所不同，但是必须要根据你的发酵液的性质和电机的功率等进

行选择。这方面在发酵设备这本书上有详细的描述。注意一点

是：搅拌的选择要注意它的接口和缝隙，避免染菌。

d. 空气分布器可以根据设备的情况进行设计，保证它和物料的混

合度达到最大当然最好。不过一定要考虑它对染菌的影响。以及

对其进行清洗的方便和消毒的方便，不易杜塞等 。

e. 通过补料可以缓解溶氧，尤其是你的部料成分对发酵后其有很

大影响的时候，通过合适的补料时间和补料量的控制可达到提高