使用前准备
检查设备:确保发酵罐的罐体、搅拌器、温度控制系统、pH 控制系统、通气系统等部件完好无损,没有泄漏等问题。
清洗消毒:使用合适的清洗剂对发酵罐进行清洗,去除杂质和污垢,然后进行消毒处理,常用的消毒方法有高温蒸汽灭菌、化学药剂消毒等,以确保发酵环境的无菌。
安装调试:将发酵罐各部件安装到位,连接好各种管道和线路,接通电源和水源,调试设备的各项参数,如温度、pH 值、搅拌速度、通气量等,使其达到设定的要求。
物料投入
培养基配制:根据发酵工艺的要求,准确配制培养基,包括碳源、氮源、无机盐、生长因子等成分,确保培养基的营养成分满足微生物或细胞生长和代谢的需求。
接种:将培养好的种子液或菌种按照一定的接种量接入发酵罐中,接种过程要严格遵循无菌操作原则,防止杂菌污染。
发酵过程控制
温度控制:通过发酵罐的温度控制系统,将发酵温度控制在适宜的范围内。不同的发酵品种对温度要求不同,例如,啤酒发酵的温度一般在 5 - 20℃,而抗生素发酵的温度可能在 25 - 35℃。
pH 控制:利用 pH 控制系统,添加酸或碱溶液来调节发酵液的 pH 值。如在柠檬酸发酵中,pH 值通常控制在 2 - 3 左右;而在谷氨酸发酵中,pH 值一般控制在 7 - 8。
搅拌与通气:根据发酵菌种和产物的特性,调节搅拌速度和通气量。搅拌可以使发酵液混合均匀,促进氧气传递和微生物与营养物质的充分接触;通气则为好氧微生物提供必要的氧气。例如,在青霉素发酵中,需要适当的搅拌和通气来满足青霉素产生菌的生长和产素需求。
参数监测:发酵过程中,需要实时监测各种参数,如温度、pH 值、溶氧量、细胞浓度、产物浓度等。通过传感器将这些参数信号传输到控制系统,以便及时了解发酵进程,并根据需要进行调整。
发酵结束与产物收获
终止发酵:当发酵达到预定的终点时,如产物浓度达到最大值、微生物生长进入稳定期后期等,停止发酵过程。
产物分离与纯化:根据产物的性质和存在形式,采用不同的方法进行分离和纯化。例如,对于胞外产物,可以通过过滤、离心、沉淀等方法进行初步分离,然后再采用层析、结晶等方法进一步纯化;对于胞内产物,则需要先进行细胞破碎,再进行分离和纯化。
食品饮料行业
酒类酿造:如啤酒、葡萄酒、白酒等的酿造。以啤酒酿造为例,不锈钢发酵罐用于麦芽汁的发酵,将麦芽糖转化为酒精和二氧化碳,同时产生啤酒的风味物质。
乳制品发酵:用于酸奶、奶酪等乳制品的生产。在酸奶生产中,发酵罐为乳酸菌提供适宜的生长环境,使其将牛奶中的乳糖发酵成乳酸,使牛奶凝固并产生的风味。
调味品生产:如酱油、醋等的发酵生产。在酱油酿造过程中,发酵罐内进行着多种微生物的协同发酵,将大豆、小麦等原料中的蛋白质和淀粉等物质分解转化为氨基酸、糖类等成分,形成酱油的风味和色泽。
制药行业
抗生素生产:许多抗生素如青霉素、头孢菌素等都是通过微生物发酵生产的。不锈钢发酵罐为生产菌提供适宜的生长和代谢环境,使其大量合成抗生素。
生物药品生产:如疫苗、重组蛋白药物等的生产。以乙肝疫苗生产为例,利用基因工程技术将乙肝病毒的表面抗原基因导入酵母细胞,然后在发酵罐中培养酵母细胞,使其表达出乙肝表面抗原,经过分离纯化后制成疫苗。
药用酶生产:如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等药用酶的发酵生产。这些酶在医药领域有广泛的应用,如淀粉酶可用于治疗消化不良,蛋白酶可用于清创等。
化工行业
有机酸生产:如柠檬酸、乳酸、苹果酸等有机酸的发酵生产。柠檬酸是一种重要的食品添加剂和化工原料,通过黑曲霉在发酵罐中的发酵作用,以蔗糖或淀粉为原料生产柠檬酸。
生物柴油生产:利用微生物发酵生产油脂,再将油脂转化为生物柴油。在发酵罐中培养产油微生物,如酵母、微藻等,通过控制发酵条件使其积累大量的油脂,然后经过提取和酯交换反应制成生物柴油。
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