发酵过程控制:分批发酵与补料分批培养解析
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更新于2024-08-21
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"发酵过程控制与不同发酵方式的分析"
发酵过程控制是确保发酵产品质量和产量的关键环节,它涉及对各种参数的实时监测和调整。直接参数和间接参数是控制发酵过程的主要依据。直接参数,如温度、pH值和残糖量,可以直接通过传感器或实验室分析来测量,为实时监控提供了基础数据。而间接参数,例如摄氧率和kLa(气液传质系数),则是通过对直接参数的计算得出,它们反映了微生物代谢的更深层次状态。
发酵过程的控制面临诸多挑战,包括过程的不确定性、参数的非线性以及环境因素的影响。不同工厂、不同批次间的微小差异,比如设备差异、水质变化、培养基灭菌方式和菌种保存时间,都可能显著影响微生物的代谢路径,因此深入理解和掌握发酵分析方法至关重要。
发酵过程主要有四种类型:分批培养、补料分批培养、半连续培养和连续培养。
1. 分批发酵是最基础的培养方式,菌种接种后不再添加或移除物料,只有气体交换。微生物的生长经历了迟滞期、对数生长期、稳定期和死亡期四个阶段。在这个过程中,初级代谢产物在对数生长期初期开始合成,次级代谢产物则在对数生长期后期和稳定期大量积累。分批发酵操作简单,但产率较低,不适于测定动力学数据。
2. 补料分批培养是在分批发酵基础上进行改进,通过适时补充新鲜培养基来延长发酵时间,保持微生物的活性。这种方法可以维持低的基质浓度,避免代谢阻遏,通过精确控制补料速率优化生长和产物合成条件。然而,由于产物积累可能导致比生产速率下降,且物料的加入增加了染菌风险。
3. 半连续培养结合了分批和连续培养的特点,间歇排出部分发酵液,既能保持较低的基质浓度,又能及时移除产物,适用于某些特定的发酵品种。
每种发酵方式都有其适用的场景和优缺点,选择哪种方式取决于目标产物、菌种特性以及生产规模。通过精确控制这些变量,可以实现高效的发酵过程,提高产物质量和产量。在实际生产中,现代技术如自动化控制系统和计算机模型的应用,进一步提高了发酵过程控制的精度和效率,确保了发酵产业的持续发展。
2019-09-13 上传
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