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放大字体  缩小字体 发布日期:2011-01-12  来源:发酵工业网  作者:发酵网  浏览次数:6028
核心提示:一. 简化新工艺的研究过程传统上,液体深层发酵工艺的形成,一般从菌种的发现及鉴定、筛选和改造开始。首先大量筛选具有某种生产
  
  

一. 简化新工艺的研究过程
传统上,液体深层发酵工艺的形成,一般从菌种的发现及鉴定、筛选和改造开始。首先大量筛选具有某种生产性能的菌株。寻找一种快速的鉴别生产性能的方法。用此方法对菌种进行反复比较筛选。此时,样品是用摇瓶培养方法或者平板培养方法制备的。有时还必须对菌种进行诱变筛选或者用基因工程方法对菌种进行改造,才能使其具有工业潜力。接着,还是利用摇瓶培养方法通过正交分析,优化培养基配方。确定了基本配方之后,用数立升至数十立升小反应器进行发酵试验,初步探索发酵的各种工艺参数如溶氧要求、发酵最适pH值、温度、补料时间及速度、限制因子和罐压等等。如果目标产物是次级代谢物时,还要优化生长代谢和次级代谢的不同工艺条件及分界控制点。工艺具有进一步的试验价值后,下一步进行中试。在中试规模对各种工艺参数进一步优化。中试反应器一般为数百立升至数千立升的发酵罐。在此基础上评估其经济和工业生产价值。研究单位向外出售的是经中试工艺放大的生产工艺。各种工艺参数放大的依据是现在列于教科书及各种研究报告上的公式。比较一下各种放大公式,相互之间互相矛盾。虽然计算机技术的应用和各种传感器及各种参数的检测手段的不断完善,使得工艺的模式化更容易,更精确,操作更方便,但是仍然存在一些致命的缺陷,导致生产及试产过程中出现一些无法解释的异常现象,有时甚至经过几十乃至几百批次的大罐试验,耗资巨大,也不能形成成熟的大生产工艺。利用状态学说,只要有较高生产能力的菌种,试验室优化的配方及小试资料,可以不经过中试可以直接设计大生产工艺。


     二. 菌体变形
常见的有菌体粗细长短及形状与正常菌体出现较大差异,可能在某一阶段菌体生长较慢,随后进入对数生长,除了形态异常外,象发酵热、糖耗、粘度、pH值变化及其它一些现象与正常发酵没有什么差异,但最后发酵失败或者低产;有时,细菌菌体在对数分裂时分不开,形成长链状,如果不采取措施,发展下去,会形成茅棚状,粘度大大增加,形成行家所说的拔丝现象,结果是发酵失败;有人认为此种所谓拔丝现象是噬菌体引起的溶菌前兆,可是,有时并不发生溶菌,有时经调整,菌体可以分开,但形态仍然不能恢复正常;无论怎样调整,结果都是发酵失败;有时,误认为是杂菌污染,而采取一切防治措施仍然不能解决问题。相对于放线菌,有时形态发生较大的变异,形成粗细如放线菌的细杆菌。在这里我们提出假杂菌污染这一概念,以与真正的杂菌污染区别开来。在某种生产条件下或者特定季节,有的发酵厂假染菌发生频率较高,甚至不能正常生产,其根本原因是将这种现象当作杂菌污染,措施没有针对性。


三. 菌体过早分化、老化及形成芽孢或孢子
充足的菌体是以菌体为发酵目标产物的发酵工艺的首要条件;适量的菌体密度是以初级代谢产物和次生代谢为目标产物的发酵工艺的必要条件。但是,在生产过程中,常见的一个异常现象是,菌体过早进入分化阶段;其时,菌体量较小。有时提前出现芽孢或者孢子。菌量不足必然会延长发酵周期;菌体过早分化老化必然会降低发酵效果;芽孢及孢子出现或者提前溶菌,意味着代谢活动即将停止,目标产物不会再增加了。利用状态学说可以延缓菌体进入衰退期,适当延长有效发酵时间。


四. 菌体生理生化反应异常
有时看似乎一切正常,但是菌体的生理及生化反应出现异常。例如革兰氏染色阴阳性反转,中间代谢产物异常,次级代谢产物不再是目标产物。根据状态学说定向调节可解决这个问题。


五. 溶菌
生产过程中,常常会出现突然溶菌。这种现象可以出现在发酵的任何阶段。有时延滞期延长,取样镜检,不见菌体。在对数期菌体突然消失比较常见,粘度下降,pH值突然上升,发酵热消失;如不进行调整,将不会有新菌出现或者新菌出现后又很快溶解,此现象亦可发生在分化期的任何阶段甚至芽孢和孢子的形成阶段。结果是发酵失败或产率大幅度下降。此种现象一般出现在某种特定的气候条下和特定季节,因工艺差异和各厂条件不同而不同。一般认为溶菌是由噬菌体引起的,缺氧及培养基条件不合适也被认为是造成溶菌的可能原因。在这里我们提出假噬菌体污染这一概念,将所有的非噬菌体污染引起的溶菌现象与由于噬菌体污染造成的溶菌区分开来。经过我们长期研究证明,生产过程中的溶菌,绝大部分是因为△S值过高引起的,溶氧不足只能导致菌体老化和生长停滞或者菌量逐渐减少,而不能导致毁灭性溶菌;营养条件不合适,只能导致菌体老化和芽孢分化,即使发生因为老化而造成的溶菌,也有一个相对较长的时间过程。利用状态学说可以解决溶菌问题,使生产快速恢复正常。


六.购买和引进技术时,调试过程长期而复杂
如果工厂购买的技术未经过工业生产的检验或者虽然经过了工业生产的检验,但是罐体和其它一些条件与检验该技术的工厂不同时,调试过程将漫长而复杂,代价高昂。调试过程包括工人的熟练过程、生产各环节的配合及设备的试运行等过程。但是,即使全部完成了这些程序,仍然不能达到稳产高产的目的。有时,经过长达数年时间的调试,稳定性仍然很差。而对其工艺进行调整具有较大的盲目性,长时间的调整严重影响了工厂的投资效益。象一些在国外已经大量生产的产品,在花费了大量资金购买菌种和技术,经过数年的调试和试验,在我国仍然不能投入工业化生产。利用状态技术可以快速解决这类问题。


七. 生产的波动性大
即使一些工厂具有多年的生产实践,并且具有大量技术人员和熟练的工人,工艺被认为非常稳定和成熟,但相比于普通有机及无机化工工艺,不同批次的发酵效果差异仍然较大。一般认为波动范围不高于20%即是较稳定的。废罐率不超过5%也被作为一个稳定性的标准。一般认为由于生物化工涉及到活的生物体,而生物的化学反应是非常复杂的,因此,生物化工出现较大波动是正常的。利用状态学说可以解释并解决生产稳定性问题。


八. 无法重复的高产批次
一般,各不同生产批次的产率围绕一个均数波动。如果将各批次的水平分析一下,可以看出,各批次产率的分布近似于正态分布。有极少数批次的发酵水远远超过平均水平。这说明了该菌种和培养基及发酵设备具有远远高于平均水平的生产潜力。可是,在工厂里,很难找到高产的原因,因此,也就很难重复稳定这种高水平的生产。有时,菌种和生产系统具有比最高批次更大的潜力,这从一些菌种的摇瓶试验中可以看出。利用状态学说指导工艺改造,可以将发酵水平稳定在历史上出现的最高生产批次的水平上,有的工艺改造甚至可以将发酵水平稳定地提高到远远高于最高生产批次的水平上。


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