發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)流程及生物消泡劑
發(fā)布時(shí)間：2012-11-13 15:49
發(fā)酵工業(yè)中，從原料到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，包含了一系列相對(duì)獨(dú)立的工序。一般來說，發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)過程主要包括以下環(huán)節(jié)：原料預(yù)處理、培養(yǎng)基配制、發(fā)酵設(shè)備和培養(yǎng)基滅菌、無菌空氣的制備、微生物菌種制備和擴(kuò)大培養(yǎng)、生物消泡劑發(fā)酵、發(fā)酵產(chǎn)品的分離和純化。
原料預(yù)處理
發(fā)酵工業(yè)常選用玉米、薯干、谷物等相對(duì)廉價(jià)的農(nóng)產(chǎn)品作為微生物的“粗糧”。為了提高這些原料的利用率，并方便這些原料進(jìn)一步加工，通常需要將這些原料粉碎。常用的粉碎設(shè)備有錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎機(jī)。 有很多微生物不能直接利用淀粉或利用率不高，生物消泡劑發(fā)酵前還需將淀粉質(zhì)原料水解為葡萄糖，水解方法可采用酸法或酶法。除碳源外，微生物的生長(zhǎng)還需要氮源、磷、硫及金屬元素。
發(fā)酵培養(yǎng)基的配制和滅菌
工業(yè)上應(yīng)用的發(fā)酵培養(yǎng)基大多數(shù)是液體培養(yǎng)基，間歇生物消泡劑發(fā)酵過程。液體培養(yǎng)基的配制需根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)要求，將適量的各種原料溶解在水中，或混合成懸浮液。培養(yǎng)基配制常在發(fā)酵罐中進(jìn)行，配置完成后就地滅菌，冷卻后接種預(yù)先培養(yǎng)的種子即可進(jìn)行微生物培養(yǎng)。 培養(yǎng)基配制時(shí)要用酸或堿調(diào)整合適的pH。培養(yǎng)基滅菌的方法采用高壓水蒸氣直接對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行加熱滅菌，一般是121℃保溫20-30 min，以殺死其中的微生物，然后冷卻，這樣的滅菌方式稱為實(shí)罐滅菌：也可采用連續(xù)滅菌。
無菌空氣制備
好氧微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物生產(chǎn)過程都需要氧氣。一般采用無菌空氣作為氧氣來源?？諝馔ㄈ氚l(fā)酵罐之前必須經(jīng)過除菌以保證生物消泡劑發(fā)酵過程不受污染。空氣除菌過程較復(fù)雜，需要高奪采風(fēng)，終空氣壓縮機(jī)加壓后采用加熱滅菌或過濾除菌。
微生物種子的制備
每次生物消泡劑發(fā)酵前，都需要準(zhǔn)備一定數(shù)量的優(yōu)質(zhì)純種微生物，即制備種子。種子必須是生命力旺盛、無雜菌的純種培養(yǎng)物。種子數(shù)量要適當(dāng)，接種體積要達(dá)到發(fā)酵罐體積的1%-10%。許多發(fā)酵罐規(guī)模龐大，單個(gè)發(fā)酵罐體積達(dá)到幾十到幾百立方米，為保證合適的接種量，種子培養(yǎng)需要一個(gè)逐級(jí)擴(kuò)大的過程。
發(fā)酵過程的操作方式
發(fā)酵工業(yè)根據(jù)操作方式不同可分三種模式，即間歇生物消泡劑發(fā)酵、連續(xù)生物消泡劑發(fā)酵和流加生物消泡劑發(fā)酵。常見的是間歇發(fā)酵，也稱分批發(fā)酵。將發(fā)酵罐和培養(yǎng)基滅菌后，向發(fā)酵液中接入種子和生物消泡劑，開始發(fā)酵過程。在發(fā)酵過程中除氣體進(jìn)出外，一般不與外界發(fā)生物質(zhì)交換。發(fā)酵過程中需對(duì)pH、溫度等進(jìn)行控制。發(fā)酵結(jié)束后，整批放罐。連續(xù)發(fā)酵是在生物消泡劑發(fā)酵過程中向生物反應(yīng)器連續(xù)地提供新鮮培養(yǎng)基（進(jìn)料）并排出發(fā)酵液（出料）。通常在穩(wěn)定操作時(shí)，進(jìn)料和出料流量基本相等，反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵液體積和組成保持恒定。連續(xù)發(fā)酵時(shí)溶解氧和pH受到嚴(yán)格控制。 流加生物消泡劑發(fā)酵是介于間歇發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的操作方式，同時(shí)具備兩者的部分優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)上較常采用的一種操作方式。
發(fā)酵產(chǎn)品及分離提純工藝
發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)品十分豐富，包括完整的細(xì)胞、酶制劑和各種代謝產(chǎn)物。 一般地說，從自然界得到的微生物菌種或動(dòng)植物細(xì)胞株，其目的產(chǎn)物的產(chǎn)量都比較低，這是生物本身的生存規(guī)律所決定的。這種生物體不能直接用于工業(yè)化大生產(chǎn)，必須進(jìn)行改造，這就是育種。育種技術(shù)概括起來有常規(guī)育種，細(xì)胞融合育種和基因重組育種三種育種技術(shù)。
有了優(yōu)良的菌株或動(dòng)植物細(xì)胞株是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的第一步，還必須有整套科學(xué)的培養(yǎng)和管理技術(shù)。培養(yǎng)技術(shù)共同的問題是工程放大、過程控制和優(yōu)化以及生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和選擇。在實(shí)現(xiàn)了“種瓜得瓜”后，要實(shí)現(xiàn)“豐產(chǎn)義豐收”還必須有一套離效率的產(chǎn)物分離精制技術(shù)，它與物料的理化狀態(tài)密切相關(guān)，也與分離介質(zhì)的性能有千絲萬縷的聯(lián)系。
就技術(shù)范圍而言，下游加工技術(shù)包括：固液分離技術(shù)，細(xì)胞破碎技術(shù)，濃縮分離技術(shù)，精制技術(shù)，結(jié)品技術(shù)。以上種種下游加下技術(shù)需根據(jù)產(chǎn)物性質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量要求、產(chǎn)品的劑型要求而選用。
本文參考《發(fā)酵工程原理與技術(shù)》一書。
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