發酵工業的生產流程及生物消泡劑

發布時間：2012-11-13 15:49

發酵工業中，從原料到產品的生產過程非常復雜，包含了一系列相對獨立的工序。一般來說，發酵工業的生產過程主要包括以下環節：原料預處理、培養基配制、發酵設備和培養基滅菌、無菌空氣的制備、微生物菌種制備和擴大培養、生物消泡劑發酵、發酵產品的分離和純化。原料預處理發酵工業常選用玉米、薯干、谷物等相對廉價的農產品作為微生物的“粗糧”。為了提高這些原料的利用率，并方便這些原料進一步加工，通常需要將這些原料粉碎。常用的粉碎設備有錘式粉碎機和輥式粉碎機。有很多微生物不能直接利用淀粉或利用率不高，生物消泡劑發酵前還需將淀粉質原料水解為葡萄糖，水解方法可采用酸法或酶法。除碳源外，微生物的生長還需要氮源、磷、硫及金屬元素。發酵培養基的配制和滅菌工業上應用的發酵培養基大多數是液體培養基，間歇生物消泡劑發酵過程。液體培養基的配制需根據不同微生物的營養要求，將適量的各種原料溶解在水中，或混合成懸浮液。培養基配制常在發酵罐中進行，配置完成后就地滅菌，冷卻后接種預先培養的種子即可進行微生物培養。培養基配制時要用酸或堿調整合適的pH。培養基滅菌的方法采用高壓水蒸氣直接對培養基進行加熱滅菌，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罐滅菌：也可采用連續滅菌。無菌空氣制備好氧微生物的生長和產物生產過程都需要氧氣。一般采用無菌空氣作為氧氣來源。空氣通入發酵罐之前必須經過除菌以保證生物消泡劑發酵過程不受污染。空氣除菌過程較復雜，需要高奪采風，終空氣壓縮機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酵前，都需要準備一定數量的優質純種微生物，即制備種子。種子必須是生命力旺盛、無雜菌的純種培養物。種子數量要適當，接種體積要達到發酵罐體積的1%-10%。許多發酵罐規模龐大，單個發酵罐體積達到幾十到幾百立方米，為保證合適的接種量，種子培養需要一個逐級擴大的過程。發酵過程的操作方式發酵工業根據操作方式不同可分三種模式，即間歇生物消泡劑發酵、連續生物消泡劑發酵和流加生物消泡劑發酵。常見的是間歇發酵，也稱分批發酵。將發酵罐和培養基滅菌后，向發酵液中接入種子和生物消泡劑，開始發酵過程。在發酵過程中除氣體進出外，一般不與外界發生物質交換。發酵過程中需對pH、溫度等進行控制。發酵結束后，整批放罐。連續發酵是在生物消泡劑發酵過程中向生物反應器連續地提供新鮮培養基（進料）并排出發酵液（出料）。通常在穩定操作時，進料和出料流量基本相等，反應器內發酵液體積和組成保持恒定。連續發酵時溶解氧和pH受到嚴格控制。流加生物消泡劑發酵是介于間歇發酵和連續發酵之間的操作方式，同時具備兩者的部分優點，是目前工業上較常采用的一種操作方式。發酵產品及分離提純工藝發酵工業的產品十分豐富，包括完整的細胞、酶制劑和各種代謝產物。一般地說，從自然界得到的微生物菌種或動植物細胞株，其目的產物的產量都比較低，這是生物本身的生存規律所決定的。這種生物體不能直接用于工業化大生產，必須進行改造，這就是育種。育種技術概括起來有常規育種，細胞融合育種和基因重組育種三種育種技術。有了優良的菌株或動植物細胞株是實現產業化的第一步，還必須有整套科學的培養和管理技術。培養技術共同的問題是工程放大、過程控制和優化以及生物反應器的設計和選擇。在實現了“種瓜得瓜”后，要實現“豐產義豐收”還必須有一套離效率的產物分離精制技術，它與物料的理化狀態密切相關，也與分離介質的性能有千絲萬縷的聯系。就技術范圍而言，下游加工技術包括：固液分離技術，細胞破碎技術，濃縮分離技術，精制技術，結品技術。以上種種下游加下技術需根據產物性質、產品質量要求、產品的劑型要求而選用。本文參考《發酵工程原理與技術》一書。

常見問題