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1、试验二青霉素发酵综合试验（七）发酵罐的操作及掌握试验目的1、学习发酵过程中发酵掌握、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留意事项。试验原理一、发酵掌握（一）发酵温度的掌握1、一般来说，接种后应适当提高培育温度，以利于范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提升的。随着发酵液的温度渐渐提升，发酵液的温度应掌握在微生物的最适生长温度；到主发酵旺盛阶段温度的掌握可比最适生长温度低些，即掌握在微生物代谢产物合成的最适温度；到发酵的后期，温度消失下降的趋势，直至发酵成熟即可放罐。2、工业发酵过程一般无须加热，由于释放的发酵热经常超过微生物的最适生长温度，所
2、以需要冷却阶段较多。通常是采用发酵罐的热交换装置进行降温（如采纳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。（二）发酵PH值掌握首先应依据不同微生物的特性，不仅要掌握原始培育基的PH值，而且在整个发酵过程中，必需随时检测PH值的变化状况，依据发酵过程中的PH值变化规律，选用适当的方法对PH值进行调整和掌握。在实际生产中，调整和掌握PH值的方法主要有以下几种。1、调整培育基的原始PH值，或加入缓冲溶液（如磷酸盐）制成缓冲力量强、PH值变化不大的培育基，或使眼泪和碳源的配比平衡。2、在发酵过程中加入弱酸或弱碱经行PH值调整，进而合理的掌握发酵条件；也可通过调整通
3、风量来掌握PH值。3、假如仅用酸或碱调整PH值不能改善发酵状况时，进行补料是一个较好的方法，它既可调整培育基的PH值，又可补充养分，增加培育液的浓度和削减阻遏作用，进一步提高发酵产物产率。4、采纳生理酸性筱盐作为氮源时，可在培育液中加入碳酸钙来调整PH值。但是碳酸钙的加入量一般都很大，在操作上很简单引起染菌。因此，此方法在发酵过程中应用布氏太o5、在发酵过程中依据PH值的变化可用流加氨水的方法来调整，同行又可把氨水作为氮源供应。由于氨水作用快，对发酵液的PH值影响波动大，应采纳少量多次的流加方法，以免造成PH值过高，从而抑制微生物细胞的生长，或PH值过低，NH不足等现象。详细的流加方法应依据微
4、生物的特性、发酵过程的菌体生长状况、耗糖状况等来打算，一般掌握在PH值7.08.0,最好采纳自动掌握连续流加方法。6、以尿素作为氮源经行流加调整PH值，是目前国内味精厂普遍采纳的方法。尿素分解放出氨，使PH值提升；同时氨和培育基中的养分成分被微生物采用后形成有机酸等中间代谢产物，使PH值降低；此时就需要流加尿素，以调整PH值和补充氮源。反复进行流加就可维持肯定的PH值。7、目前已有用于发酵过程的PH测量电极，可连续测量并纪录PH值的变化，用于掌握和检测发酵PH值。（三）提高溶解氧的措施掌握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
5、）搅拌速度；（3）气体组分中的氧分压；（4）罐压；（5）温度；（6）温度；（7）培育基的物理性质等。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。工艺上主要的掌握手段有以下几种方法。1、转变通气速率（增大通风量）转变通气速率主要是通过转变体积溶氧系数KLa来转变供氧力量。有两种状况：A、在低通气量的状况下，增大通气量对提高溶氧浓度有非常显著的效果；B、在空气流速已经非常高的状况下，再增加通气速率，作用便布氏很明显，反而会产生某些副作用，比如泡沫形成、水分蒸发、罐温增加以及染菌几率增加等。2、转变搅拌速度一般来说，转变搅拌速度的效果要比转变通气速率大，这
6、是由于：A、通气泡沫被充分裂开，增加有效气液接触面积；B、液流滞流增加，汽泡四周液膜厚度和菌丝表面液膜厚度减小,并延长了汽泡在液体中的停留时间，因而就较有效的增加Kta,提高了供氧力量。3、转变气体组成中的氧分压用通入纯氧的方法来转变空气中氯的含量，提高了KLa值，因而供应了供氧力量。纯氧成本较高，但对于某些发酵，如溶氧低于临界值时，短时间内加入纯氧是有效而可行的，这种方法在试验室动植物细胞培育中已被采纳。其他富氧装置也在开发，但因成本核算问题,离实际规模化应用还有距离。4、转变罐压增加罐压实际上就是转变氧的分压PO2来提高液相氧浓度，从而提高供氧力量，但此法不是非常有效。5、转变发酵液的理化
7、性质在发酵过程中，菌体本省的繁殖及代谢可引起发酵液性质不断转变，例如转变培育液的表面张力、粘度及离子强度等，就会影响培育液中气泡的大小、气泡的溶解性、稳定性以及合并为大气泡的速率。同时发酵液的性质还影响到液体的流淌及界面或液膜的阻力，因而显著的影响到氧的溶解速度，而且由于发酵液中菌丝浓度所引起的表观粘度的增加，可使通气速率下降。假如培育基性质为限制氧传递的因素时，就依据详细状况对培育液的某一物理性质稍作改造，例如加消泡剂、补加无菌水、转变培育基成分等都可以改善通气效果，以适应菌的正常生长。（四）二氧化碳浓度掌握1、COz在发酵液中的浓度变化受到很多因素的影响，如细胞的呼吸强度、发酵液的流变学特
8、性、通气搅拌程度；罐压大小、设施规模等。对CO2浓度的掌握主要看其对发酵的影响，假如对发酵有促进作用，应提高其浓度；反之应设法降低其浓度。2、通过提富通气量和搅拌速率，在调整溶解氧的同时，还可以调整CO2的浓度，通气使溶解氧保持在临界值以上,CO?又可随着废气排出，使其维持在引起抑制作用的浓度之下。3、降低通气量和搅拌速率，有利于提高COz在发酵液中的浓度。4、CCh的产生与补料掌握有亲密关系。（五）泡沫的掌握1、泡沫产生的缘由通气和搅拌、培育基成分、培育基的灭菌方法、培育液的温度、酸碱度、浓度等对发酵过程的泡沫形成也有肯定的影响。2、泡沫的消退和防止了解发酵过程中泡沫的消长规律，方可有效的掌
9、握泡沫。消退和掌握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削减起泡物质和产泡外力着手（如起泡物质多为表面活性物质，可以适当予以削减；通气使氯的含量达到临界值即可，不肯定要达到饱和度）。（1）化学消泡其优点是化学消泡剂来源广泛，消泡效果好，作用快速牢靠，尤其是合成消泡剂的效率更高，用量少，不需要改造现有的生产设施，不仅适用于大规模发酵生产，同时也适用于小规模的发酵试验。这是目前应用最广的一种消泡方法。工业上常用的化学消泡剂种类：自然油脂类、高级醇类、聚醛类（生产上应用较多的有聚氯丙烯甘油、聚氯乙烯氯丙烯甘油等，它们以肯定比例配制的消泡剂又称“泡敌”，消泡力量是自然植物油的
10、10倍以上）、硅酮类、簿:化烷烧。（2）机械消泡机械消泡不同于化学消泡，它是靠剧烈机械振动和压力的变化，促使气泡裂开，或借助于机械力将气体中排出的液体加以分别回收，从而达到消泡的作用。A、罐内机械消泡包括耙式消泡桨的机械消泡、旋转圆板式的机械消泡、流体吹入式机械消泡、冲击反射板机械消泡、超声波消泡、碟片式消泡器的机械消泡。B、罐外机械消泡包括旋转叶片罐外机械消泡、转向板消泡、喷雾消泡、离心力消泡、旋风分别器消泡。二、抗生素发酵掌握发酵过程的目的是使微生物大量分泌抗生素。在发酵开头前，有关设施和培育基也必需先经过灭菌后再接入种子。接种量一般为10%或10%以上，发酵期视抗生素品种和发酵工艺而定。
11、在整个发酵过程中，需不断通无菌空气和搅拌，以维持肯定罐压或溶氧，在罐的夹层或蛇管中需通冷却水以维持肯定罐温。此外，还要加入消泡剂以掌握泡沫，必要时还加入酸、碱以调整发酵液的pHo对有的品种在发酵过程中还需加入葡萄糖、铉盐或嵌体，以促进抗生素的产生。对其中一些主要发酵参数可以用电子计算机进行反馈掌握。在发酵期间每隔肯定时间应取样进行生化分析、镜检和无菌试验。分析或掌握的参数有菌丝外形和浓度、残糖量、氨基氮、抗生素含量、溶解氯、pH、通气量、搅拌转速和液面掌握等。其中有些项目可以通过在线掌握。青霉素发酵掌握详细包括以下几个方面。1、加糖掌握加糖的掌握主要依据产糖即发酵过程中的pH,或最好是依据排气
12、中CO2及。2的量来掌握。一般在残糖量降至0.6%左右，pH提升时开头加糖。2、补氮及加嵌体补氮是指加硫酸筱、氨或尿素，使发酵液氨氮掌握在0.01%-0.05%o补前体以使发酵液中参加苯乙酰胺浓度为0.05%-0.08%o3、PH掌握对PH的要求视不同菌种而已，一般为6.46.60可以加葡萄糖来掌握pH。当前趋势是加酸或碱自动掌握pHo4、温度掌握一般前期为2526C,后期为23,以削减后期发酵液中青霉素的降解破坏。5、通气与搅拌抗生素深层培育需要通气与搅拌,一般要求发酵液中溶解氯含量不低于饱和状况下溶解氧的30%。通气比一般为1：0.8VVMo搅拌转速在发酵各阶段应依据需要而调整。6、泡沫与
13、消泡在发酵过程中产生大量泡沫，可以用自然油脂如豆油、玉米油等或用化学合成消泡剂“泡敌”来消泡。应掌握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。方法步骤（一）发酵培育1、通气量的调整要加大通气量，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1：1-1：0.8VVMo2、发酵温度、pH、转速、流加掌握、消泡等各参数的调整依据“DF-BIC掌握系统或发酵罐过程掌握系统的操作说明”所述方法进行调整。将掌握器设置至“开机”状态，并分别按“加热”、“冷却”、“搅拌”键，使之
14、置于“自动”状态。此时，各参数进入自动掌握，并依据纪录周期所定的时间进行各参数的纪录。假如在自动掌握过程中某参数消失过调或调不到所需值，则需调整该参数设定值中的“开度”。假如过调,则需减小“开度”值；假如调不到所需值，则需加大“开度”值。青霉素发酵温度设定在23C,pH掌握在6.46.6,流加氨水溶液掌握；消泡自动掌握；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、将预先预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；留意操作过程中必需保持无菌。5、打开“pH”、“消泡”、“流加”开关，将手
15、动、自动开关置于“自动”位置。此时，上述参数进入自动掌握。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-IO说明进行。（二）单片机掌握GUJS-IO型搅拌发酵系统配备了先进的自动掌握系统。DF-BIC掌握系统可分为以下两种掌握。1、自动掌握（1）打开单片机确定运行状态为开机状态。（2）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。（3）返回主界面，将全部的已设定参数中能够使该参数提升或削减（双向掌握）的功能键均打开，并处于绿色指示灯状
16、态。如温度的设定：将升温柔降温同时打开为绿灯指示，使之处于自动掌握状态。留意：自动掌握必需是在双向掌握均存在时才起作用。2、手动掌握（1）打开单片机确定运行状态为开机状态。（2）将双向掌握键设定于红灯状态下，此时处于手动状态。（3）将双向掌握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。3、计算机自动掌握（1）开机并进入发酵掌握软件。（2）点击1#发酵罐，使之处于联机状态；此时，若下游发酵罐处于开机状态，计算机将开头读取发酵罐的全部参数数据。（3）在参数设定里面修改你所需设定的参数，并点击确定。进入设定状态。（4）设定完毕后肯定时间，就可以点击读取，以监视你的设定效果。试验报告用单片机掌握青霉素发酵的技术参数。读取并纪录有关的温度、PH值、转速、流加量等各种参数。参数温度PH值转速流加量1流加量2数值23C6.8250rpmminOO
