淺析微生物發(fā)酵的環(huán)境控制

張記霞

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物技術(shù)也在推陳出新，成為當(dāng)前推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，完善生物科學(xué)技術(shù)延續(xù)的重要體現(xiàn)手段。因此，在微生物發(fā)酵工程技術(shù)的開(kāi)展中，如何控制微生物發(fā)酵的環(huán)境成為了需要重點(diǎn)研究的課題，環(huán)境控制是保障微生物發(fā)酵工程的順利實(shí)施，本文主要研究的是微生物發(fā)酵工程技術(shù)的環(huán)境控制，希望通過(guò)理論角度去針對(duì)各項(xiàng)因素如何控制提高微生物發(fā)酵產(chǎn)率，從而鞏固對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的梳理和學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：微生物發(fā)酵;工程技術(shù);環(huán)境控制

1 引言

隨著生化工業(yè)的蓬勃發(fā)展，在開(kāi)展發(fā)酵工作時(shí)分解工作流程，細(xì)化工作內(nèi)容，成為研究主流。主要包括：發(fā)酵參數(shù)的測(cè)量、操作流程的監(jiān)視、自動(dòng)化控制、優(yōu)化操作流程、人員操作控制，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的環(huán)境測(cè)量。

2 微生物發(fā)酵環(huán)境控制的內(nèi)涵

微生物發(fā)酵即是指利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)過(guò)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類(lèi)所需要的產(chǎn)物的過(guò)程。在該項(xiàng)工程技術(shù)開(kāi)展的各項(xiàng)環(huán)境因素的控制上，需要從選育、培養(yǎng)基、溫度、發(fā)酵條件、pH值、通氣量、攪拌等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行操作，全面的進(jìn)行設(shè)計(jì)、分離、提取、精制等。微生物發(fā)酵技術(shù)是通過(guò)利用微生物的某種特定功能轉(zhuǎn)化為人類(lèi)有用的相應(yīng)物質(zhì)的技術(shù)方法。在該項(xiàng)工程的控制上，主要是針對(duì)微生物發(fā)酵的特性，對(duì)于復(fù)雜的生物反應(yīng)進(jìn)行特定的方向性的控制，從而更加深入地去分析進(jìn)行發(fā)酵的微生物的功能及其與其周?chē)h(huán)境之間的聯(lián)系，實(shí)施調(diào)節(jié)性的控制措施，從而達(dá)到較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科研價(jià)值。

3 發(fā)酵工程的環(huán)境控制

3.1 發(fā)酵溫度控制

對(duì)于微生物發(fā)酵的環(huán)境控制，第一個(gè)是需要進(jìn)行的是溫度的控制。對(duì)于發(fā)酵溫度的控制，是因?yàn)樵谖⑸镞M(jìn)行發(fā)酵時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，比如電機(jī)攪拌產(chǎn)生的熱量，外部環(huán)境變化產(chǎn)生的溫度差等情況都會(huì)對(duì)微生物發(fā)酵的溫度有所影響，所以發(fā)酵時(shí)需用冷卻水對(duì)其溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此科研人員需要根據(jù)外部和內(nèi)部作用下產(chǎn)生的溫度差進(jìn)行嚴(yán)格控制，主要措施是：利用小型發(fā)酵罐溫度控制系統(tǒng)將溫度進(jìn)行自動(dòng)化控制，流入的冷水的溫度也進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，通過(guò)制定簡(jiǎn)單PID單回路控制方案來(lái)實(shí)施相應(yīng)的計(jì)劃。還有一種措施是通過(guò)大型的發(fā)酵系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制溫度的，這種方法主要是通過(guò)發(fā)酵罐溫度為主回路、冷卻水系統(tǒng)為副回路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。將溫度調(diào)節(jié)至用于發(fā)酵的微生物的最適宜的生長(zhǎng)溫度，促進(jìn)酶的最佳活力，根據(jù)這一溫度下的微生物發(fā)酵情況進(jìn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)，仔細(xì)觀察微生物生長(zhǎng)的情況，使發(fā)酵處于最佳狀態(tài)。

3.2 發(fā)酵過(guò)程pH值控制

微生物在發(fā)酵過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的代謝物質(zhì)，這類(lèi)物質(zhì)是否能促進(jìn)生物發(fā)酵需要對(duì)這種物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行判斷，首先判斷是否影響發(fā)酵液的pH值。pH值就是指溶液的酸堿度，科研人員將酸堿度調(diào)節(jié)到適合微生物生長(zhǎng)的參數(shù)，就是對(duì)微生物發(fā)酵環(huán)境的又一因素控制。對(duì)于酸堿度的控制就是為了避免酸度、堿度過(guò)量從而嚴(yán)重影響微生物代謝以及發(fā)酵產(chǎn)物的合成。這主要是因?yàn)樵谖⑸镞M(jìn)行發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵液的pH值較低的話，抑制微生物的正常生長(zhǎng)，從而抑制發(fā)酵產(chǎn)物的積累，這可以通過(guò)加氨水的方法來(lái)調(diào)節(jié)，使發(fā)酵液pH值能夠穩(wěn)步回升;如果pH值太高的話，則可以在前期通過(guò)補(bǔ)加糖的含量來(lái)緩減，使pH值穩(wěn)步下降，對(duì)于糖含量的添加要嚴(yán)格控制，這樣的話才能夠及時(shí)調(diào)整微生物生長(zhǎng)和發(fā)酵環(huán)境。在觀察環(huán)節(jié)還容易出現(xiàn)一般調(diào)節(jié)閥泄露的情況，這主要是因?yàn)橐话阏{(diào)節(jié)閥是采取常用開(kāi)關(guān)閥的模式進(jìn)行的，所以科研人員需要在研究階段對(duì)使用的閥門(mén)，應(yīng)該通過(guò)研發(fā)性質(zhì)來(lái)制定開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)關(guān)頻率的方案、確定開(kāi)關(guān)脈沖寬度能否及時(shí)加入氨水的含量，快速調(diào)節(jié)酸堿度。

3.3 溶解氧濃度控制

對(duì)于溶解氧濃度的控制主要是根據(jù)耗氧型生物的發(fā)酵來(lái)進(jìn)行的，因?yàn)閷?duì)于微生物來(lái)講氧是必需的原料，任何微生物的生長(zhǎng)都需要依靠氧氣，如果在發(fā)酵的過(guò)程中產(chǎn)生了供氧不足的情況，這樣對(duì)于微生物的生長(zhǎng)和代謝的環(huán)境造成一定的影響，長(zhǎng)期發(fā)展下去，很容易消極影響著微生物的生長(zhǎng)情況，這樣也會(huì)抑制其發(fā)酵活動(dòng)的開(kāi)展受到限制，針對(duì)這種情況，在微生物發(fā)酵環(huán)境的控制上一定要保障一定比例的溶氧濃度。溶解氧濃度的影響因素主要取決于發(fā)酵過(guò)程中供給的空氣量、攪拌槳轉(zhuǎn)速、發(fā)酵罐的壓力。對(duì)于溶氧濃度的各項(xiàng)流程進(jìn)行控制，這還要根據(jù)發(fā)酵罐壓力是否能夠自動(dòng)控制，在可以自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上則需要確定發(fā)酵壓力恒定不變，當(dāng)前我國(guó)市場(chǎng)內(nèi)來(lái)控制發(fā)酵罐溶解氧濃度的方法是調(diào)節(jié)攪拌槳轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)供給無(wú)菌空氣濃度。

4 結(jié)論

本文主要從微生物發(fā)酵的環(huán)境控制方面，簡(jiǎn)單分析了在微生物進(jìn)行發(fā)酵時(shí)需要從不同環(huán)境因素下的控制。在微生物發(fā)酵工程的環(huán)境控制的相關(guān)措施中，可以從發(fā)酵溫度控制、發(fā)酵液的pH值控制、溶解氧濃度控制、消泡控制、補(bǔ)料控制等多個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)控制發(fā)酵環(huán)境，這樣既有助于微生物發(fā)酵實(shí)現(xiàn)從多個(gè)角度的穩(wěn)定發(fā)展又對(duì)發(fā)酵環(huán)境的控制措施有一定的了解。

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