发酵罐的操作及控制

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。