发酵工业的生产流程及生物消泡剂

发布时间:2012-11-13 15:49
发酵工业中,从原料到产品的生产过程非常复杂,包含了一系列相对独立的工序。一般来说,发酵工业的生产过程主要包括以下环节:原料预处理、培养基配制、发酵设备和培养基灭菌、无菌空气的制备、微生物菌种制备和扩大培养、生物消泡剂发酵、发酵产品的分离和纯化。 原料预处理 发酵工业常选用玉米、薯干、谷物等相对廉价的农产品作为微生物的“粗粮”。为了提高这些原料的利用率,并方便这些原料进一步加工,通常需要将这些原料粉碎。常用的粉碎设备有锤式粉碎机和辊式粉碎机。 有很多微生物不能直接利用淀粉或利用率不高,生物消泡剂发酵前还需将淀粉质原料水解为葡萄糖,水解方法可采用酸法或酶法。除碳源外,微生物的生长还需要氮源、磷、硫及金属元素。 发酵培养基的配制和灭菌 工业上应用的发酵培养基大多数是液体培养基,间歇生物消泡剂发酵过程。液体培养基的配制需根据不同微生物的营养要求,将适量的各种原料溶解在水中,或混合成悬浮液。培养基配制常在发酵罐中进行,配置完成后就地灭菌,冷却后接种预先培养的种子即可进行微生物培养。 培养基配制时要用酸或碱调整合适的pH。培养基灭菌的方法采用高压水蒸气直接对培养基进行加热灭菌,一般是121℃保温20-30 min,以杀死其中的微生物,然后冷却,这样的灭菌方式称为实罐灭菌:也可采用连续灭菌。 无菌空气制备 好氧微生物的生长和产物生产过程都需要氧气。一般采用无菌空气作为氧气来源。空气通入发酵罐之前必须经过除菌以保证生物消泡剂发酵过程不受污染。空气除菌过程较复杂,需要高夺采风,终空气压缩机加压后采用加热灭菌或过滤除菌。 微生物种子的制备 每次生物消泡剂发酵前,都需要准备一定数量的优质纯种微生物,即制备种子。种子必须是生命力旺盛、无杂菌的纯种培养物。种子数量要适当,接种体积要达到发酵罐体积的1%-10%。许多发酵罐规模庞大,单个发酵罐体积达到几十到几百立方米,为保证合适的接种量,种子培养需要一个逐级扩大的过程。 发酵过程的操作方式 发酵工业根据操作方式不同可分三种模式,即间歇生物消泡剂发酵、连续生物消泡剂发酵和流加生物消泡剂发酵。常见的是间歇发酵,也称分批发酵。将发酵罐和培养基灭菌后,向发酵液中接入种子和生物消泡剂,开始发酵过程。在发酵过程中除气体进出外,一般不与外界发生物质交换。发酵过程中需对pH、温度等进行控制。发酵结束后,整批放罐。连续发酵是在生物消泡剂发酵过程中向生物反应器连续地提供新鲜培养基(进料)并排出发酵液(出料)。通常在稳定操作时,进料和出料流量基本相等,反应器内发酵液体积和组成保持恒定。连续发酵时溶解氧和pH受到严格控制。 流加生物消泡剂发酵是介于间歇发酵和连续发酵之间的操作方式,同时具备两者的部分优点,是目前工业上较常采用的一种操作方式。 发酵产品及分离提纯工艺 发酵工业的产品十分丰富,包括完整的细胞、酶制剂和各种代谢产物。 一般地说,从自然界得到的微生物菌种或动植物细胞株,其目的产物的产量都比较低,这是生物本身的生存规律所决定的。这种生物体不能直接用于工业化大生产,必须进行改造,这就是育种。育种技术概括起来有常规育种,细胞融合育种和基因重组育种三种育种技术。 有了优良的菌株或动植物细胞株是实现产业化的第一步,还必须有整套科学的培养和管理技术。培养技术共同的问题是工程放大、过程控制和优化以及生物反应器的设计和选择。在实现了“种瓜得瓜”后,要实现“丰产义丰收”还必须有一套离效率的产物分离精制技术,它与物料的理化状态密切相关,也与分离介质的性能有千丝万缕的联系。 就技术范围而言,下游加工技术包括:固液分离技术,细胞破碎技术,浓缩分离技术,精制技术,结品技术。以上种种下游加下技术需根据产物性质、产品质量要求、产品的剂型要求而选用。 本文参考《发酵工程原理与技术》一书。
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