红霉素发酵范文

红霉素发酵范文（精选9篇）

红霉素发酵 第1篇

红霉素是一种大环内脂类抗生素,是治疗金黄色葡萄球菌和溶血性链球菌感染所引起疾病的首选药物,同时红霉素衍生物的兴起,大大刺激了母体红霉素的需求。发酵是抗生素生产过程的一个关键环节,传统的发酵工业操作方式是开环的,具有经验的操作者通过经验知识和生产过程的信息,随时调整补加营养物料和基质的策略,使得微生物的生长代谢沿着理想的轨迹进行;尽管对发酵过程的环境参数,如PH,发酵温度,溶解氧浓度D O都可以控制得很好,但是由于微生物生长过程是高度的非线性和时变性,关键变量,如菌丝浓度、总糖浓度不可在线测量,使发酵过程的控制问题变得很复杂。

采用计算机控制技术对抗生素发酵过程进行实时自动控制、管理和优化操作,不但能解决上述存在的问题,而且可减轻操作人员的劳动强度,提高自动化水平,稳定生产,提高发酵系数,降低原耗与能耗。

2 红霉素发酵过程的动力学模型

依据相关文献的研究成果[6],选取以下非结构模型作为本设计的对象模型:

在起始点t=t0时,X=X0,S=S0,P=P0,比生长率的模型为:

其中:X是菌体浓度;S是基质浓度;P是产物浓度;D是稀释度;Sf是进料基质浓度;µ是比生长率;Yxs是微生物消耗率;α和β是产物系数;µm,mP,Km,Ki分别为最大比生长率、最大产物、基质饱和系数和基质抑制系数。模型参数和操作条件的标准值采用文献[1,6]提供的数据:α=2.2g/g;β=0.2h-1;µm=0.48 h-1;mP=50g/L;Km=1.2 g/L;Ki=2.2 g/L;Yxs=0.48 g/g;D=0.1 h-1;产率Q定义为单位时间内产物的产量:Q=PD,根据上述模型方可得到产率与进料基质之间的关系,计算结果如图1所示。

在微生物深层培养中,培养基过于丰富,有时会使菌生长过盛,发酵液非常粘稠,传质状况很差,菌体细胞不得不花费较多能量来维持其生存环境,即用于非生产的能量大大增加,这对产物合成不利;因此必须控制基质浓度,使菌体细胞达到一定水平后再逐步加入营养物供合成产物用。高浓度基质也会引起碳分解代谢物阻遏现象,并阻碍了产物的形成。为了解除基质过浓的抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖分解阻碍效应,以及避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长,耗氧过多而供氧不足的状况,根据文献[1,6],正常工作点选择在最优点附近,即对应于图中Sf=20g/L时Q=3.73的点。

本设计借助的软件是Matlab,在Simulink环境下该仿真模型如图2。

对于上述描的发酵过程,选取最大比生长率µm=0.48时,进行仿真控制。系统的输入为进料基质浓度Sf,输出为单位时间内产物的产量Q,由于反馈后与输入Sf无法相比较,因此必须加一个反馈系数。在这里,首先假设图1中Sf从0到25这段,Q值是线性的,选取正常工作点(Sf=20g/L,Q=3.73)求得直线的斜率为5.36。即令反馈系数近似为5.36。

3 控制技术的应用

3.1 传统的PID控制

按偏差的比例、积分和微分进行控制(简称PID控制),是过程控制中应用最广泛的一种控制规律;除了按偏差的比例进行调节以外,引入偏差的积分,以克服余差,提高精度,加强对系统参数的变化能力,引入偏差的微分来克服惯性滞后,提高抗干扰能力和系统的稳定性。

在Matlab的Simulink库中建立自己的Simulink仿真模型,如图3:

仿真模型中输入为阶跃信号2 0。任何控制要取得优良的控制效果都离不开合适的控制参数,PID控制器的Kp、Ki、Kd三个参数的选择就是PID控制器设计的关键。在这里把仿真时间设为了100s,代表了实际时间1 0 0小时,尽管结果不是很理想,但也能够说明问题。

经过调试,仿真结果如图4。

上述PID控制从整体形式上说可以满足控制要求,但也存在问题:超调量太大,响应速度也太慢,不适合工业生产。

3.2 模糊控制

3.2.1 模糊控制在发酵过程中的应用

传统控制方法在执行控制时,往往需要取得对象的数学模型,但是发酵过程由于参数的不确定性、过程的非线性、变量间的耦合性、信息的不完全性和过程关键参数测量的时滞性,无法取得精确的数学模型。在生产实践中,人们发现有经验的操作人员虽然不懂被控对象的数学模型,但却能十分有效地对系统执行控制。这是因为操作人员对系统的控制是建立在直观的经验上的,凭借在实际中取得的经验采取相应的决策就可以很好的完成控制工作。人的经验是一系列含有语言变量值的条件语句和规则,而模糊集合理论又能十分恰当地表达具有模糊性的语言变量和条件语句。因此,可以把人的经验用模糊条件语句表示,然后用模糊集合理论对语言变量进行量化,再用模糊推理对系统的实时输入状态进行处理,产生相应的控制决策。这也就是模糊控制器的工作过程。

由此可见,模糊控制器实质上是反映输入语言变量与输出语言变量及语言控制规则的模糊定量关系算法结构。其功能的实现是要先把计算机观测控制过程得到的精确量转化为模糊输入信息,按照总结人的控制经验及策略取得的语言控制规则进行模糊推理和模糊决策,求得输出控制量的模糊集,再经模糊判决得出输出控制的精确量,作用于被控对象。因此,模糊控制器的结构通常是由它的输入和输出变量的模糊化、模糊推理算法、模糊合成和模糊判决等部分组成。基本模糊控制器原理图如图5:

3.2.2 模糊控制器设计

模糊控制器是模糊控制系统的核心,是实现模糊控制的基础。本文设计模糊控制器借助于MATLAB中的模糊逻辑工具箱,可以用Simulink环境对它进行仿真。

1)模糊控制器的结构选择

模糊控制器的作用就是模仿人工控制,而在人工控制某一生产过程时,一般操作人员只能观察到被控对象的输出变量的变化率,或者观察到输出变量和输出变量的总和这两个状态,再凭借经验,就可以对其生产过程进行控制。因此在常规模糊控制器中,多数是选取偏差值e以及偏差变化率de/dt作为输入变量,而把控制量作为模糊控制器的输出变量。

根据本文所选的发酵过程模型,可选择标准基质进料浓度20g/L和模型的输出Q乘以反馈系数5.36的偏差e及其变化率de/dt作为模糊控制器的输入,模糊控制器的输出为对象模型的输入:实际的基质进料浓度。因此本文中的模糊控制器结构为双输入单输出结构。

另外在模糊逻辑工具箱中选择Mamdani型推理结构,如图6:

2)确定模糊语言变量和语言值的隶属函数:

一般说来,一个语言变量的语言值越多,对事物的描述就越准确,可能得到的控制效果越好。当然过细的划分反而有可能是控制规则变得复杂。因此,应根据具体情况而定。这里将偏差E及其变化率EC划分为7个模糊子空间:PB(正大),PM(正中),PS(正小),O(零),NS(负小),NM(负中),NB(负大);控制量U也划分为7个模糊子空间:PB(正大),PM(正中),PS(正小),O(零),NS(负小),NM(负中),NB(负大),论域都为[-1 1]。

隶属函数是模糊集合应用于实际问题的基础,正确构造隶属函数是能否用好模糊集合的关键。在数学上,两个最常用的隶属函数是B样条函数和高斯函数;而在工程应用中,其计算和推导显得过于麻烦。为了达到设计简便及实时计算的要求,在工程中往往采用形式上更简单的隶属函数,其中使用最多的是三角隶属函数。因此,这里也选择了三角隶属函数,便于比较、分析。

3)模糊控制规则和模糊推理:

模糊控制规则实质上是将操作员的控制经验加以总结而得出一条条模糊条件语句的集合。确定模糊控制规则的原则是必须保证控制器的输出能够是系统输出响应的动静态特性达到最佳。

本文的控制规则库是用语言变量E,EC,U表示的一系列控制规则,对控制器采用if A and B then C的控制策略;根据现场操作经验:当产量很小(误差为负大),给料的变化率也很小(误差变化率为负大),则基质给料为很多(控制量为正大);当产量很大(误差为正大),给料的变化率也很大(误差变化率为正大),则基质给料为很少(控制量为负大)。总结得出控制规则如表1:

在Matlab模糊工具箱的控制规则编辑器内按顺序把这49条规则录入:

模糊规则确定后,接着进行模糊推理。本文在Matlab模糊工具箱中选择的是mamdani推理,如图6。到此,已借助Matlab模糊工具箱完成模糊控制器的设计。

3.2.3 仿真实验

在Simulink环境下连接模糊控制器,形成一个完整的模糊控制仿真系统,如图7。图中,模块Gain1、Gain2和Gain中的系数分别为量化因子Ke、Kc和比例因子Ku。若Ke大,则系统上升速率大,但过大将使系统产生较大超调,从而延长过渡过程;若很小,则系统上升较慢,快速性差。Ke还直接影响系统德稳态品质。Kc与Ke相反,若越大,则系统上升速率越小,过渡过程时间越长;若越小,则系统上升速率增加越大,反映加速。但取得太小会产生很大的超调和振荡,尤其是反向超调,这同样使系统的调节时间变长。Ku在系统响应的上升和稳定阶段有不同的影响。在上升阶段,Ku取得越大,上升越快,但也容易引起超调;Ku小,则系统的反应比较缓慢;在稳定阶段,Ku过大会引起振荡。

通过仿真,获得一较为满意得结果,如图8:最终稳定在3.686,由于一般的模糊控制器相当于非线性PD控制,缺少积分环节,因此不可避免地产生稳态误差,而且在误差较小时,产生振荡;但超调量已较小很多,同时过渡时间也减少了。

3.3 本章小结

常规PID控制因为算法简单,鲁棒性好,可靠性高,具有可以改善系统的动态特性和稳态特性等优点,因而被广泛应用于工业控制系统;但是对于工业过程中的时变、非线性、滞后或高阶大惯性对象,常规PID控制难以取得满意的控制效果。模糊控制可以将人的经验,智慧总结提炼成模糊规则,模仿人的控制经验而不依赖对象的模型进行直接推理,其应用越来越广泛,成为智能控制的一个重要方面。发酵过程具有严重的非线性、不确定性和较大的时滞现象,采用模糊控制器后能获得良好的动态特性,而静态性能不能令人满意。

4 模糊PID控制

由线性控制理论可知,积分控制作用能消除静态误差,但动态响应慢,比例控制作用动态响应快,而比例积分控制作用及能获得较高的稳态精度,又能具有较高的动态响应,同时微分作用能克服惯性滞后,提高抗干扰能力和系统的稳定性。从以上分析可知,把PID控制策略引入模糊控制,应用模糊PID控制器是改善性能的一种途径。

本文选择了Fuzzy-PID双向切换控制器进行仿真。在Simulink环境下,构成仿真系统模型如图9:

图中Switch模块就是用来事先设置PID控制和Fuzzy控制转换的偏差值,事先给定偏差值的确定也没什么确定的公式,同样是根据一些操作经验得来的。一般为最大误差的10%~20%。在这里设为0.05。当误差e大于0.05时,选择模糊控制部分进行“粗调”控制,以获得较好的动态性能;当e小于0.05时,也就是系统已接近稳态,就选择PID控制部分实行“细调”控制,以改善静态性能。

调节PID控制参数以及模糊控制的比例因子和量化因子,得到仿真结果如图10:

这次仿真结果结合了模糊控制与PID控制的优点,在动态方面加快了相应速度,静态方面减小了稳态误差,稳定在3.727,振荡也较少了,基本上已达到控制要求;但总体结果还不是很理想,可以进一步通过修改模糊控制器的隶属度函数、模糊控制规则来取得更好的控制结果。

5 结束语

把PID控制策略引入模糊控制,应用模糊PID控制器实施控制,吸收了PID的优点,克服了模糊控制在误差较小的范围内容易引起振荡的缺点,同时在积分作用下提高了稳态精度,另外也发挥了模糊控制的作用,响应时间减少了,最终改善了系统的动、静态性能。

尽管红霉素发酵是一种具有大时滞、严重非线性、时变和不确定性的复杂过程,但选择好合适的控制器模型、结构和与之相适应的控制策略、算法,应用到红霉素发酵过程的控制中,必将会提高效率,降低生产成本,产生一定的经济效益。

摘要：本文首先概括了发酵过程的控制现状;接着针对前人总结的一个发酵过程非结构模型,先利用传统的PID控制进行仿真,但调节困难;然后借助Matlab模糊工具箱,根据专家经验总结的模糊规则设计了模糊控制器,与Simulink连接进行仿真,通过调整Ke、Kc和Ku,提高了控制效果;进而把PID控制与模糊控制结合成Fuzzy-PID开关切换控制,选择合适的参数,更好地改善了动、静态性能;最后展望了模糊控制在发酵过程中的应用前景。

关键词：红霉素发酵,PID控制,模糊控制,模糊PID控制

参考文献

[1]REDDY G P,CHIDAMBARAM M.Near-optional productivity control of a continuous bioreactor[J].IEE Proc Control Theor Appl,1995,142(6):633-637.

[2]诸静.模糊控制原理与应用[M].北京:机械工业出版社,1995.

[3]陶永华,尹怡欣,葛芦生.新型PID控制及其应用[M].北京:机械工业出版社,1995.

[4]张国良,曾静,柯熙政,邓方林.模糊控制及其Matlab应用[M].西安:西安交通大学出版社,2002.11.

[5]李景川,苗志奇,元英进.酵母流加发酵过程中的模糊控制器[J].无锡轻工大学学报,2001,20(1):16-19.

[6]隋青美,田炳丽,王正欧.自组织神经网络在发酵过程建模与控制中的应用[J].山东工业大学学报,2001,3(12):121-126

多氧霉素发酵条件的研究 第2篇

关键词：发酵控制因素[1] 多氧霉素

0 引言

多氧霉素做为重要的无公害生物农药，对多种真菌病害有效，而且在自然界中可降解对人畜环境非常安全。

1 材料和方法

1.1 供试菌株：金色产色链霉菌(Streptomyces aur eochromoge nes)3297

1.2 培养基

1.2.1 母瓶培养基(％)：黄豆饼粉1.0，玉米粉1.0，葡萄糖1.0，KH₂PO₄ 0.1，NaC1 0.1，CaCO₃ 0.3，甘露醇0.5，蒸馏水配制，pH6.5。

1.2.2 发酵培养基(％)：玉米粉1.5，黄豆饼粉2.0，饴糖2.0，KH₂PO₄ 0.1，NaCl 0.1，CaCO₃ 0.3，MgSO₄ 0.1自来水配制，pH6.5。

1.3 培养条件

1.3.1 母瓶种子：在无菌室内取培养好的斜面孢子接人母瓶中，于28℃，装量30ml/150ml三角瓶中，摇床转速190-210r/min，振荡培养48h。

1.3.2 发酵摇瓶：取培养好的母瓶液5.0-10％接人发酵液中，于28℃恒温，装量30ml/150ml三角瓶中，摇床转速180r/min，振荡培养72h。

1.4 实验主要仪器 摇床：HZQ-Y东联电子技术开发有限公司；

电子天平：AE240梅特勒；酸度计：S20梅特勒。

1.5 实验方法

1.5.1 发酵培养基碳源改良[3] 原配方中碳源玉米粉和饴糖以一种碳源替代，其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶实验，重复三次。

1.5.2 发酵培养基氮源改良[3] 原配方中氮源以一种碳源替代，其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶实验，重复三次。

1.5.3 L18(37)正交实验 获得最佳碳源、氮源基础上，对最佳碳源、氮源、无机盐用量进行七因子，三水平的正交实验。其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶发酵实验，确定最佳配比。

1.5.4 摇瓶发酵条件优选 在最佳发酵配方基础上，对发酵条件pH、转速、温度、装料量等进行优选。

2 结果与分析

2.1 不同碳源对多样霉素合成的影响 原配方中碳源以一种碳源替代（三水平），其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶实验。在6种不同碳源的发酵培养基条件下，发酵单位从高到低依次为玉米粉、可溶淀粉、马铃薯淀粉、蔗糖、麦芽糖、甘油。

2.2 不同氮源对多样霉素合成的影响 原配方中氮源以一种氮源替代（三水平），其它组分不变，按1.3条件进行摇瓶实验。在8种不同碳源的发酵培养基条件下，发酵单位最高的为冷榨黄豆粉。

2.3 L18(37)正交实验 正交实验中设计七个因子玉米粉、冷榨黄豆粉、饴糖、KH₂PO₄、NaCl、CaCO₃、MgSO₄，每个因子三个水平。综和分析可初选出较佳配方为；玉米粉3.0，冷榨黄豆饼粉2.5，饴糖 1.0，KH₂PO₄ 0.1，NaCl 0.1，CaCO₃ 0.2，MgSO₄ 0.3。

2.4 装料量的探索 通过设计不同的装料量探索溶氧量和发酵单位间的关系。在500ml的三角瓶中分别装入40ml，60ml， 80ml，100ml，120ml。用十二层纱布棉塞封口，按1.3条件进行摇瓶发酵实验。

实验结果根据差异显著性分析得出：装料量40ml时效价最高，但水分挥发严重，摇瓶的上端聚集大量的菌丝体；装料量的多少影响效价的高低，40ml的装料量时效价最高，说明多氧霉素液体发酵对溶氧要求很高。

3 讨论

3.1 培养基配方改良 经过正交设计试验得到优化配方为：玉米粉3.0，冷榨黄豆饼粉2.5，饴糖1.0，KH₂PO₄ 0.1，NaCl 0.1，CaCO₃ 0.2，MgSO₄ 0.3，配后pH7.0，效价较原配方提高了24%。原始配方中的主要氮源冷榨黄豆粉由于价格较贵且不易购买，在生产中可用相近的豆饼粉替代。如进一步调整各因素水平再次经过L18(3')正交试验进一步筛选配方效果会更好。

3.2 温度对发酵的影响 通过对多氧菌株在不同温度下发酵效价的测定发现，孢子萌发、菌丝生长都十分正常，但当发酵温度到30℃以上时效价显著降低，温度升到32℃以上几乎没有新多氧霉素产生。分析其原因有：①多氧菌株在温度较高的环境下可能会产生有害物质对生产抗生素有阻碍作用；②多氧菌株体内一种或几种与产抗有关的酶对温度非常敏感，较高温度下会导致其活性降低或者完全失活，使抗生素的合成变得很慢甚至停止，从而导致效价降低或没有效价。

参考文献：

[1]工业发酵分析，中国轻工出版社.北京，1990.

[2]俞俊棠，唐孝宣.生物工艺学.上册.上海:华东化工学院出版社.1991.

浅析红霉素发酵的工艺控制 第3篇

发酵罐内部的代谢变化 (含菌丝形态、菌浓、糖、氮含量、PH值、溶氧浓度和产物浓度等) 比较复杂, 受许多因素控制。各因素既相互影响, 又相互制约。发酵的好坏会直接影响到产物的产量和质量。因此, 要使发酵达到预期效果, 就需要各方面严密配合、严格操作。文章主要谈谈影响红霉素发酵工艺的几个参数。

1 培养基的成分与作用

培养基的原材料有碳源、氮源、无机盐和水等。

(1) 碳源。碳源是构成微生物细胞和代谢产物的物质基础, 是红霉素发酵中使用的主要原料之一。生产中使用的碳源有碳水化合物 (各种糖类) , 脂肪, 有机酸等, 公司日常生产中使用的主要有葡萄糖和淀粉。

(2) 氮源。氮源是构成微生物细胞和代谢产物的营养物质, 也是红霉素发酵中使用的主要原料之一。生产中常用的氮源包括有机氮源和无机氮源两种, 有机氮源有黄豆饼粉、玉米浆、蛋白胨等;无机氮源有氨水、硫酸铵等。

(3) 无机盐和微量元素。金属离子在低浓度时对微生物生理活性呈现刺激作用, 在高浓度时表现出抑制作用, 这要依据菌种的生理特性和发酵工艺条件来确定。

(4) 水。水是培养基的主要组成部分, 它既是构成菌体细胞的主要成分, 也是营养物质传递的介质。水的质量对菌体生长繁殖和产物合成有着很重要的作用。

2 温度的影响及控制

红霉素发酵所用的菌种是中温菌, 它的最适发酵温度, 随菌种、培养基成分、培养条件和菌体生产阶段而改变。

温度的变化对红霉素发酵有两方面的影响: (1) 影响各种酶的反应速率和蛋白质的性质; (2) 影响发酵液的物理性质。在生长阶段选择最适生长温度, 在产物分泌阶段选择最适生产温度, 我公司在红霉素生产中前期培养温度控制在35℃, 中后期培养温度控制在32℃, 以获得较为理想的产物。

3 PH的影响及控制

PH值对发酵的影响主要有三个方面:一是影响酶的活性;二是影响基质或中间产物的解离状态, 从而影响其透入细胞或参与反应的能力;三是影响产物的稳定性。红霉素产生菌的生长最适PH是6.6~7.0, 而红霉素生物合成的最适PH为6.7~7.9, 在此范围内红霉素菌丝生长良好, 不自溶, 发酵单位稳定。当PH低于6.5时, 对红霉素生物合成不利;当PH高于7.2时, 菌丝易自溶, 且会导致红霉素A组分的比例降低, 影响产品质量。因次, 发酵培养基中应含有代谢产酸和产碱的物质以及缓冲剂 (如Ca CO3) 等成分, 使PH的变化在合适的范围内, 特别是Ca CO3能与酮酸等反应, 起缓冲作用, 用量十分重要。

4 溶氧的影响及控制

溶氧是红霉素发酵控制的重要参数之一, 其大小直接影响红霉素菌体的生长和产物的质量。因此, 选择一个最适溶氧浓度, 才有利于菌体生长和产物合成。在红霉素的发酵过程中, 常见有溶氧明显下降的异常变化, 原因有以下几种: (1) 污染了好气性杂菌; (2) 菌体代谢发生异常, 需氧要求增加; (3) 某些设备和工艺控制发生故障或变化。因此, 从发酵液中的溶氧浓度的变化, 就可以了解微生物生长代谢是否正常, 工艺控制是否合理, 设备供氧能力是否充足等。

氧在水中的溶解度很小, 所以控制溶氧主要靠调节空气流量和搅拌速度, 还可以控制补料速率、调节温度、液化培养基、中间补水、添加表面活性剂等工艺措施来控制溶氧水平。

5 补糖、补料的作用及控制

糖类不仅是菌体生长所需能量的主要来源, 也是菌体细胞及代谢产物的碳源物质。补糖的依据有: (1) 糖的消耗; (2) PH的高低; (3) 染菌情况; (4) 搅拌的开启; (5) 发酵液的粘度 (粘度稠时可多补) ; (6) 体积的大小; (7) 罐温等综合因素来考虑。

补料的作用是补充氮源物质。一是供给菌体生长繁殖所需要的营养物质;二是作为抗生素合成的前体物质或氮素来源。补料的依据有: (1) 氨基氮的高低, 如氨基氮过高, 则可少补或不补; (2) 体积的大小; (3) 搅拌开启情况; (4) PH值; (5) 罐温等因素综合考虑。作为前体的正丙醇有促进红霉素合成的作用, 如忘加或少加, 会影响红霉素的合成, 如过量则会影响发酵正常进行, 造成浪费。

我公司的红霉素发酵过程中, 均采用补料分批培养的方法进行补糖、补料和补正丙醇。这种方法的优点是: (1) 可以降低底物抑制、产物反馈抑制和分解产物阻遏; (2) 可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成细胞大量生产所引起的一切影响, 改善发酵液流变学的性质; (3) 可用作控制细胞质量的手段, 以提高发芽孢子的比例; (4) 可作为理论研究的手段, 为自动控制和最优控制提供实验基础。它的作用有: (1) 可以控制抑制底物的浓度; (2) 可以解除和减弱分解产物阻遏; (3) 可以使发酵过程最优化。

6 泡沫的影响及控制

在大多数微生物发酵过程中, 由于培养基中有蛋白类表面活性剂存在, 在通气条件下, 培养基中易形成泡沫。泡沫的类型有两种:一是发酵液液面上的泡沫, 另一种是发酵液中的泡沫, 相对稳定。泡沫会造成发酵罐的装料系数减小, 氧传递系数减小等不利影响。如泡沫过多, 还会造成大量发酵液从排气管路或轴封处逃出, 加大染菌机会。所以, 控制泡沫是保证正常发酵的基本条件。

控制泡沫可采取两种途径: (1) 调整培养基的成分或改变发酵工艺, 以减少泡沫形成的机会; (2) 采用机械消沫或消沫剂消沫两大类方法来消除泡沫。常用的消沫剂有天然油脂类和聚醚类。

7 发酵终点的判定

在红霉素发酵末期, 菌体分泌能力的下降, 导致产物的生产能力下降或停止, 这就要进行发酵终点的判定, 即合理放罐时间。放罐时间的确定要考虑以下几个因素: (1) 经济因素。发酵产物的生产能力是实际发酵时间和发酵准备时间的综合反应, 实际发酵时间, 需要考虑经济因素, 也就是要以最低的成本来获得最大生产能力的时间为最适发酵时间, 所以要从经济学角度出发, 确定一个合理时间; (2) 产品质量因素。发酵时间长短对后续工艺和产品质量有很大影响, 发酵时间过短, 发酵液中残留过多未代谢的营养物质, 对后处理的溶媒萃取或树脂交换等工序不利;发酵时间过长, 菌体自溶, 释放出菌体蛋白或酶, 会显著改变发酵液的性质, 增加过滤难度; (3) 特殊因素。确定放罐的指标有:产物的产量, 过滤速度, 氨基氮的含量, 菌丝形态, PH值, 发酵液的外观, 粘度, 染菌的程度等。

以上的七个方面, 在红霉素的发酵过程中都有着很重要的作用, 只有将这些因素严格控制好, 发酵生产才能顺利进行, 保证高质高产, 才能为企业带来良好的经济效益。

参考文献

玉米浆对青霉素发酵生产的影响 第4篇

【关键词】玉米浆 青霉素 发酵生产 影响

【中图分类号】TQ465.1 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0660-02

一般来说，几乎大部分的微生物在反应器发酵过程中具备了多基因尺度的特点。并且，这些基因尺度还有着一定的遗传性。但是，在发酵过程中，一旦受到某些因素的影响和限制，就会对整体发酵生产质量产生较大的影响。对此。本文重点对玉米浆对青霉素发酵生产的影响进行了探讨分析。

1仪器和材料

1.l仪器与菌株

1100型高效液相色谱仪（Agilnet公司）：青霉素产生菌产黄青霉（penicilliumch尽sogenum）99一8（本公司保藏）。

1.2培养基

种子培养基/%：玉米浆.40（以干物质计），蔗糖2.4，硫酸铰0.4，碳酸钙0.4；pH6.2一6.5。发酵培养基/%：玉米浆3.8（以干物质计），磷酸二氢钾0.54，无水硫酸钠0.54，碳酸钙0.07，硫酸亚铁0.018，硫酸锰0.0025；pH4.7一4.9。

2.方法与结果

2.1培养方法

种子培养：将产黄青霉99一8接入灭菌降温至25℃的种子培养基进行培养，培养温度25℃，搅拌转速110r/min，空气流量0.5一0.9㎡/（m3种子液min），培养至对数生长后期。

发酵罐实验L51：制备玉米浆含量不同的培养基，在50吨发酵罐内经高温灭菌后降温至25℃，按15%接种量接入种子液进行发酵实验。发酵期间主要控制参数：温度25℃，罐压0.04一0.06Mpa，搅拌转速120r/mni，空气流量0.5一0.7m3。当发酵液中氨氮含量下降至450μg/ml以下时，开始补加硫酸钱。在后续发酵过程中控制发酵液氨氮含量为300一500μg/ml，并在线监控溶氧（Do）和pH，考察发酵期间的最大菌丝浓度、氨氮代谢、糖代谢、发酵周期、放罐效价等参数随玉米浆含量的变化。

.22检测方法

菌丝浓度：取发酵液10ml，离心（3000r/min）smin，测得沉淀在培养液中的体积比即为菌丝浓度。

批葡萄糖单耗：按批葡萄糖单耗=批补入葡萄糖量（kg）/批发酵液产量B（U）计算。

发酵效价：发酵液经滤纸和微孔滤膜过滤后进行HPLC测定。色条件：色谱柱DiamonsilC.8柱（4.6mmX25omm，5林m）；流动相HOAe/NaOAe缓冲液一乙睛（80：20）；检测波长254nm；流速1.2ml/min；柱温25℃；进样量20μl。采用外标法按峰面积计算样品中青霉素效价。

2.3玉米浆含量影响的考察

.2.3.1对最大菌丝浓度的影响

通常情况下，菌丝浓度作为菌丝发酵前期的生长繁殖标志，当培养基中的成分发生变化时，其菌丝生长也会受到一定环境条件的限制，并最终达到菌丝的最大浓度。而在试验的发小培养基中，玉米浆含量对最大菌丝浓度的影响结果，具体如图1所示。

从图1中，我们可以看出，在玉米浆含量达到3.8%时，最大菌丝浓度到达了最高点44%。而在玉米浆含量逐渐增加是，其最大菌丝浓度已经处于稳定的状态，这是由于當玉米浆含量≤3.8%时，玉米浆中含有的微量元素较少，再加之生长因子还不能对菌丝量进行有效的一直，所以在玉米浆含量增加的同时，最大菌丝浓度也会随之加大。而当玉米浆含量超出3.8%之后，以上所述的限制条件因素将会完全消失，此时发酵液中含有的葡萄糖物质也会迅速下降到限制的浓度下，并在其供氧能力确定的情况下，促使溶氧水平趋于稳定，这也是影响反应器尺度供氧能力的主要限制因素之一。

2.3.2对氨氮代谢的影响

在发酵过程中，峰值周期、氨氮峰值的首次不加时间都会随着培养集中的玉米浆含量变化而发生改变。在发酵初期阶段时，菌体不仅会利用葡萄糖物质，同样也会将玉米浆中含有的蛋白质物质构建成碳架，使得培养基中的氨氮浓度不断升高，并且，当葡萄糖代谢酶合成之后，菌体将会迅速利用葡萄糖代谢物，将其作为主要的碳源，再通过利用培养基合成的氨氮蛋白物质，使得培养液中氨氮浓度下降，而为了使其保持在良好的浓度，需要添加适量的硫酸。由此我们可以判断，氨氮峰值及出现周期对于菌体碳氮浓度有着直接的影响，具体是反应出了在玉米浆中有机物氮源的使用情况。如果玉米浆含量过多，就会延长氮源的代谢时间。而玉米浆含量较少时，又很难满足于菌体生长需要。此外，无机氮源硫酸在第一次补加时间之后，其氨氮含量明显要高于发酵前期的氨氮含量，这就非常不利于代谢的次级启动。

.2.3.3对糖代谢的影响

在青霉素发酵中，葡萄糖是不可或缺的一种原料，占据了总成本中的65%，而笔者在多次实验观察中发现，发酵培养基中玉米浆含量的多少将会对葡萄糖单耗程度有着较大的影响，具体研究结果如图2所示：

从图2我们可以看到，当大叫培养基中玉米浆含量为3.4%时，批葡萄糖的单耗量最高，而在玉米浆含量为3.8%时，批葡萄糖单耗最低。由此可见，当玉米浆含量发生变化时，批葡萄糖单耗量也在发生着改变。但是，为了考虑到经济成本的问题，笔者建议将培养基中的玉米浆含量控制在3.6%-4.0范围之间。

.2.3.4对发酵周期的影响

通常情况下，发酵周期是由菌丝状态确定的，一般在试验中，普遍会选择内大空胞较多的菌丝，在菌丝开始溶解，到最后的放罐过程结束，将会是完成了一个完整的发酵周期。并对培养基中玉米浆的含量进行适当的调节，具体观察其对发酵周期的影响，得出的结果如图3所示：

从图3中可以看出，当发酵培养基中的玉米浆含量为3.2%时，其发酵周期较短，因此我们可以将这一含量作为玉米浆含量影响菌丝状态与结构形成的主要因素之一。而在3.6%-4.0时，发酵周期逐渐趋于稳定阶段，并有次级代谢物生成。因此，在青霉素发酵培养基中，只要将玉米浆含量控制在3.6%以上，就不会对发酵周期产生不利的影响，同样还有利于次级代谢产物的累积。

.2.3.5对发酵效价的影响

发酵效价是衡量青霉素发酵水平高低的重要指标，在上述实验的基础上，调节发酵培养基中玉米浆含量，在同一控制工艺、供氧条件下考察放罐时的发酵效价，结果见图4.

由图4可以看出，玉米浆含量在3.6%～4.0%之间时放罐效价较高。玉米浆含量对发酵效价的影响是其对发酵液中菌丝浓度、氨氮代谢、糖代谢、发酵周期等影响的综合体现，因此选择3.6%一4.0%最为合适。

3.结束语

玉米浆对青霉素发酵生产的影响是多尺度的，宏观上影响着最大菌丝浓度、氨氮代谢、糖代谢、发酵周期、发酵效价等工艺参数，微观上对菌丝生长、菌丝结构、初级代谢向次级代谢转换等均有重要影响。

为减少干扰因素，本实验所用的玉米浆质量均一稳定。但实际工业生产中，玉米浆随产地、季竹不同，质量常有波动。因此发酵培养基中玉米浆加量需同时参照能反映质量波动的首次补硫酸按时间。综合考虑各因素影响，发酵培养基中玉米浆含量控制在3.6%～4.0%，硫酸钱第一次补加时间控制在30一50h，对生产较为有利。

参考文献

[1] 黄良军，唐军，蔡水洪，叶勤. 玉米浆浓度对甘油发酵的影响及动力学[J]. 化工学报. 2001（01）

[2] 王丽君，梁万秋，李华乔，乔文庆，秘彦坤，耿彬. 发酵过程玉米浆质量研究[J]. 科技创新导报. 2011（06）

多氧霉素发酵条件的研究 第5篇

多氧霉素做为重要的无公害生物农药, 对多种真菌病害有效, 而且在自然界中可降解对人畜环境非常安全。

1材料和方法

1.1供试菌株:金色产色链霉菌 (Streptom yces aur eochrom oge nes) 3297

1.2培养基

1.2.1母瓶培养基 (%) :黄豆饼粉1.0, 玉米粉1.0, 葡萄糖1.0, KH2P040.1, N a C 1 0.1, C a C O30.3, 甘露醇0.5, 蒸馏水配制, p H 6.5。1.2.2发酵培养基 (%) :玉米粉1.5, 黄豆饼粉2.0, 饴糖2.0, KH2P040.1, N a C I 0.1, C a C O30.3, M g SO40.1自来水配制, p H 6.5。

1.3培养条件

1.3.1母瓶种子:在无菌室内取培养好的斜面孢子接人母瓶中, 于28℃, 装量30m l/150m l三角瓶中, 摇床转速190-210r/m in, 振荡培养48h。

1.3.2发酵摇瓶:取培养好的母瓶液5.0-10%接人发酵液中, 于28℃恒温, 装量30m l/150m l三角瓶中, 摇床转速180r/m in, 振荡培养72h。

1.4实验主要仪器

摇床:H ZQ-Y东联电子技术开发有限公司;电子天平:A E240梅特勒;酸度计:S20梅特勒。

1.5实验方法

1.5.1发酵培养基碳源改良[3]原配方中碳源玉米粉和饴糖以一种碳源替代, 其它组分不变, 按1.3条件进行摇瓶实验, 重复三次。1.5.2发酵培养基氮源改良[3]原配方中氮源以一种碳源替代, 其它组分不变, 按1.3条件进行摇瓶实验, 重复三次。

1.5.3 L18 (37) 正交实验获得最佳碳源、氮源基础上, 对最佳碳源、氮源、无机盐用量进行七因子, 三水平的正交实验。其它组分不变, 按1.3条件进行摇瓶发酵实验, 确定最佳配比。

1.5.4摇瓶发酵条件优选在最佳发酵配方基础上, 对发酵条件p H、转速、温度、装料量等进行优选。

2结果与分析

2.1不同碳源对多样霉素合成的影响

原配方中碳源以一种碳源替代 (三水平) , 其它组分不变, 按1.3条件进行摇瓶实验。在6种不同碳源的发酵培养基条件下, 发酵单位从高到低依次为玉米粉、可溶淀粉、马铃薯淀粉、蔗糖、麦芽糖、甘油。

2.2不同氮源对多样霉素合成的影响

原配方中氮源以一种氮源替代 (三水平) , 其它组分不变, 按1.3条件进行摇瓶实验。在8种不同碳源的发酵培养基条件下, 发酵单位最高的为冷榨黄豆粉。

2.3 L18 (37) 正交实验

正交实验中设计七个因子玉米粉、冷榨黄豆粉、饴糖、KH2P04、N a C I、C a C O3、M g SO4, 每个因子三个水平。综和分析可初选出较佳配方为;玉米粉3.0, 冷榨黄豆饼粉2.5, 饴糖1.0, KH2P040.1, N a C I 0.1, C a C O30.2, M g SO40.3。

2.4装料量的探索

通过设计不同的装料量探索溶氧量和发酵单位间的关系。在500m l的三角瓶中分别装入40m l, 60m l, 80m l, 100m l, 120m l。用十二层纱布棉塞封口, 按1.3条件进行摇瓶发酵实验。

实验结果根据差异显著性分析得出:装料量40m l时效价最高, 但水分挥发严重, 摇瓶的上端聚集大量的菌丝体;装料量的多少影响效价的高低, 40m l的装料量时效价最高, 说明多氧霉素液体发酵对溶氧要求很高。

3讨论

3.1培养基配方改良经过正交设计试验得到优化配方为:玉米粉3.0, 冷榨黄豆饼粉2.5, 饴糖1.0, KH2P040.1, N a C I 0.1, C a C O30.2, M g SO40.3, 配后p H 7.0, 效价较原配方提高了24%。原始配方中的主要氮源冷榨黄豆粉由于价格较贵且不易购买, 在生产中可用相近的豆饼粉替代。如进一步调整各因素水平再次经过L18 (3') 正交试验进一步筛选配方效果会更好。

3.2温度对发酵的影响

通过对多氧菌株在不同温度下发酵效价的测定发现, 孢子萌发、菌丝生长都十分正常, 但当发酵温度到30℃以上时效价显著降低, 温度升到32℃以上几乎没有新多氧霉素产生。分析其原因有: (1) 多氧菌株在温度较高的环境下可能会产生有害物质对生产抗生素有阻碍作用; (2) 多氧菌株体内一种或几种与产抗有关的酶对温度非常敏感, 较高温度下会导致其活性降低或者完全失活, 使抗生素的合成变得很慢甚至停止, 从而导致效价降低或没有效价。

摘要：随着绿色农业的发展, 多氧霉素作为重要的无公害生物农药 (Bio-Pesticide) 具有重要的基础研究和应用价值。和日本相比我国的多氧霉素生产水平无论在发酵单位还是产品质量上还有很大差距。本文对多氧霉素发酵过程中的温度、pH、转速、配方等多因素进行了研究, 希望能有助于多氧霉素产业的发展。

关键词：发酵控制因素,多氧霉素

参考文献

[1]工业发酵分析, 中国轻工出版社.北京, 1990.

[2]俞俊棠, 唐孝宣.生物工艺学.上册.上海:华东化工学院出版社.1991.

红霉素发酵 第6篇

关键词：氧气,单层直叶搅拌,U型搅拌叶

在发酵实际生产过程中, 我们一直使用发酵罐底底部单层直叶搅拌方式进行发酵生产, 这种搅拌形式结构简单, 安装成本较低, 但由于只采用了位于发酵罐底部一层搅拌器, 随着从发酵罐底部进来的高压空气大量涌入, 一层搅拌显然并不能将高压空气充分打碎于水中, 所以我采用了由原来的一层搅拌增加到三层, 并且将直叶形式的搅拌改为“U”型, 这样的好处是不但增加了发酵液中的氧气浓度, 还减少了由于增加两层搅拌叶所带来的增加运转电流的问题, (经测试, U型搅拌叶的运转电流比直叶型小) 可谓一举两得。

实验材料:

1发酵罐

1.1选用一个100吨发酵罐

1.2单层直叶形式搅拌一副

1.3三层U型形式搅拌一副

2实验方案

2.1方案

在这台100吨发酵罐上分别装上两种不同形式的搅拌器, 分别运转四个批次, 对其最后放罐效价及指数做对比分析。

2.2目标

经初步分析, 如成功的提高发酵罐的溶解氧, 将提高发酵水平的1.5%。

2.3两种搅拌形式如图1所示

2.4可行性分析

现在所使用的意大利青霉素菌种在国外的发酵水平在110000亿以上, 而在国内的水平在90000-100000左右, 这与原材料、种子制作工艺等都有关系, 还有一个重要因素就是设备。一个优秀的生物反应器必须能提供微生物所需的各种条件, 其中溶解氧是重中之重, 而搅拌又是提高溶解氧所必须的手段。若改换成更高效的搅拌形式, 则溶解氧水平肯定会提高, 从而使发酵水平在一定程度上提到最高。

3问题

由于只测试了U型搅拌叶在运转过程中的电流比直叶搅拌形式小, 而未考虑到启动瞬间的电流大小问题, 导致在第一次启动安装U型搅拌的发酵罐时, 由于启动电流过大, 造成电机烧毁。

4加装调频器

调频器的作用是可对搅拌转速可调。把安装了U型搅拌叶的发酵罐批次用调频器进行转速控制, 使之在开启搅拌的时候缓慢转动, 则启动瞬间的电流由于搅拌转速的降低而大幅降低, 保证电机的实际电流为额定电流之下。

5实验数据

在保证了一切其他影响发酵水平的因素外, 如公用工程工艺参数以及完好的设备条件等, 得出数据如表1。

6数据分析

从如上实验数据上看, 采用原来单层直叶搅拌所得的平均发酵指数为5.825, 而安装新式U型搅拌所得的平均发酵指数为5.91, 从而提高发酵生产水平1.46%, 基本达到预期的提高1.5%的生产水平。

7经济收益计算

对此次实验的各4批装有新旧两种形式的搅拌进行经济收益计算:

(5.88+6.01+5.77+5.98) - (5.71+5.91+5.80+5.88) =0.34

(0.34/4) *197.5*100=1678.75即安装U型搅拌比直叶搅拌每批多出总亿1678.75。

按现在车间三步收率72%计算出, 则

每批多出钾盐1678.75*0.72=1208.7总亿, 即120.87十亿。

按现在钾盐价格55元/十亿计算, 则

120.87*55=6647.85元, 即安装新式U型搅拌在不增加其他运行费用的条件下, 每批罐多收入6647.85元。

8讨论

安装新式U型搅拌能明显的增加产品收入, 我们将继续致力于进行科技攻关, 为提高青霉素产量增加产品收入努力。

参考文献

纳他霉素发酵液提取工艺研究 第7篇

纳他霉素是一种两性物质, 等电点为6.5, 在发酵液中呈晶体状, 难溶于p H在2-10之间的水或其他有机溶剂, 易溶于部分碱性或酸性的溶剂, 可利用其不同p H值下的溶解性对纳他霉素进行提取纯化。

1 测量不同温度和p H值下纳他霉素在水中的溶解度 (u/ml) , 结果如下:

根据实验结果, 绘制纳他霉素在不同温度及p H下的溶解度曲线图

可见, p H值在2-10 之间纳他霉素在水中的溶解度非常低, p H值大于11以上时, 溶解度快速上升。根据这种情况可以选择两种路线从发酵液中提取纳他霉素。路线一:发酵液p H值控制在2-10之间将纳他霉素保留在菌体中, 再利用溶剂将其提取出来。路线二:发酵液p H值控制在11以上, 将纳他霉素溶解释放在水相中, 收集滤液将纳他霉素进一步提取出来。

2 菌体提取路线

发酵液预处理p H调节到7-9, 纳他霉素以晶体状态存在发酵液中, 通过板式过滤或离心等固液分离设备将菌体分离, 通过筛选对比, 可选择乙醇水溶液做菌体提取溶剂, 提取率高并且溶剂低毒易回收。

取1000g湿菌体, 分别加入不同浓度的乙醇, 调节不同浓度p H, 搅拌提取60min, 检测提取液效价, 计算提取收率, 结果如下图

随着乙醇浓度的降低, 提取收率逐渐提高, 但70%以后提取率基本稳定, 但是进入提取液的水溶性杂质有所提高, 对后续提取工艺造成影响, 考虑到湿菌体中含有一定量的水分, 提取时乙醇浓度确定为75%, p H为10-12。为提高提取率, 可采用两次提取套用模式, 提取率可在80%以上。提取液经浓缩脱色以后, 调节p H至等电点将纳他霉素结晶分离可得纳他霉素产品。

3 滤液提取路线

根据纳他霉素在水相中的溶解性, 发酵液p H值调节在11以上, 将纳他霉素溶解释放在水相中, 经固液分离收集滤液;滤液调节p H值6-7即可将纳他霉素结晶沉淀出, 分离后进行重结晶即可得到高纯度纳他霉素。

4 结语

利用纳他霉素在不同溶剂的溶解性, 通过调节p H值将纳他霉素分离提取纯化。路线一通过有机溶剂从菌体中提取纳他霉素, 提取物质量较好, 目前已经在工业化生产中应用;路线二采用水相提取, 工艺劳动强度低, 环境污染小, 有较大的应用潜力。

参考文献

[1]康健, 王敏, 杜连祥.发酵液中纳他霉素的提取及鉴定[J].药物生物技术, 2006, 13 (4) :293-298.

[2]贺家亮, 张敏, 赵胜娟.纳他霉素的研究现状[J].中国食品添加剂, 2005 (3) :29-32.

[3]胡海洋, 乔春明, 葛菁萍.纳他霉素的特性和生产状况研究[J].中国现代药物应用, 20O9, 3 (2) :200-201.

[4]魏宝东, 孟宪军.天然生物性食品防腐剂纳他霉素的特性及其应用[J].辽宁农业科学, 2O04 (2) :24-26.

青霉素发酵消毒过程中余热利用分析 第8篇

关键词：青霉素发酵,消毒过程,余热利用

发酵青霉素可分细化的三重步骤:先期加热升温、维持恒温并且灭菌、后续的冷却。升降温状态下的培养基将会耗费更多的总能耗, 为此就要创设新颖的技术流程以便于调用余热, 再次回收能源。检测得出结论:相变蓄热可以留存冷却状态的水体余热, 符合了设定好的热能存储目的且提升了经济性。

1 解析消毒过程

青霉素发酵必备消毒步骤, 预先调制了培养基。发酵罐承装了制备好的培养基, 搅拌而后送入较热气流以此来达到高温。维持灭菌温度, 送入冷却水而后达到设定的冷却温度, 这就为后续发酵做好预备。发酵青霉素经过了灭菌, 冷却为起初的发酵温度。培养基先要升高温度而后再次降温, 这就耗掉了冗余的热能。对于此, 回收热能还可再次运用[1]。

经过灭菌步骤, 培养基后续传热并非很稳定, 这种进程也伴随了冷却。随着时间变更, 培养基也变换了原先的温度。与之相伴, 出口含有转换状态下的冷却温度, 它也在不停变换。发酵冷却可选的降温含有分段的特性:初期冷却可以通入直流水, 排水设定了90摄氏度, 发酵罐本身维持了100摄氏度;后续的冷却中, 培养基减低至50摄氏度。偏冷时节可选取循环水, 夏季选取低温水。

2 利用余热采纳的技术

解析发酵的进程可知如下的余热状态:提升原有的培养基温度, 这种流程耗费着较多热能;后续降温及消毒还会伴有放热。初期冷却中, 直接排掉了残存的余热。凉水塔携带了冷却水, 而后排放至空中。加热放热增添了总能耗, 带来热能的污染。发酵过程若能伴随回收余热, 依循阶梯步骤以便于利用热能, 则可在最大范围内减低能耗。回收了可用的热能, 针对于进料预先加热。加热进料及后续放热冷却延长了设定的时间差, 回收余热依托于蓄热技术, 储备热能用作预热发酵的进料。

冷却水经由三通阀因而减低了原本的温度, 导入了水体之中的高温部分, 进到蓄热必备的低温罐体。蓄热介质吸纳了传递的热能, 减低了水体温度。发酵罐缩减了现存的温度, 冷却水也变得温度更低。冷却水低于预设的温度限度, 循环水吸纳了并入的冷却水, 不必再次衔接蓄热的罐体[2]。取出循环泵留存的总热量, 换热器预热并且升高了培养基真实的温度, 这就获得了节能。

3 利用余热的流程及实效

3.1 采用相变蓄热

相变蓄热变换了液态及固态, 物质经过了相变。在相变蓄热中, 物质吸纳而后释放了潜在的本身热能。存储了足够的能量, 利用相变以便于释放热量。相变蓄热不可缺失蓄热球, 这种构件用作常态的蓄热工程, 是常用的构件。蓄热球含有热能传递依托的优良载体, 选取了蓄热类的优良材质。这种情形下, 维持了最佳的蓄热特性, 便于安装工程。针对于各类场所, 制作蓄热类的产品都可选取蓄热球。相比于常规选取的蓄热物体, 相同状态下的蓄热球还可缩减超出6倍的本身体积。

发酵工艺设定了50摄氏度适中的蓄热温度, 符合蓄热要求。维持了最优的蓄热状态, 体积相同时蓄热可超出10倍的纯水及4倍的石蜡材质。与此同时, 蓄热球拥有优良的热传导, 提快了热传导常规的速率。相变蓄热可维持恒定的物理特性, 历经长期运转也并不会缩减。依循了拟定的指标予以设计, 开发并且采纳了稳定的蓄热类产品。

3.2 可获得的经济实效

例如:某台发酵罐含有90m3总的体积, 从起初的130摄氏度降温至70摄氏度, 耗时为半小时。测量冷却水得出了60摄氏度。相变蓄热留存了高温水体携带的更多热能, 用作预热配料水。调制了60吨可供选用的培养基, 降温至50摄氏度, 培养基释放了12000000k J的总热能[3]。相比来看, 蓄热球可节省超出5吨额外送入的蒸汽, 折合可节省超出1000元的经费。计算的指标为:每吨蒸汽耗费了200元。

经过计算可知, 发酵罐每次历经高温消毒, 后续降温之中的蓄热球即可存储热能。搜集较多热能, 把它们替换为可用的蒸汽。这就省掉了制备新鲜蒸汽消耗掉的1000元资金。青霉素发酵是常用的工艺, 每年都将消耗较多各类的能源。若借助蓄能的手段解决了能耗矛盾, 还可有序调配某一区域之中的用户能耗。利用储存下来的余热, 妥善平衡了峰谷形态的用户能耗, 提升利用能源得到的实效。从现状看, 能耗日渐趋向于紧张, 发酵消毒运用余热显示了优良效果。

4 结语

青霉素发酵常常耗费较多总体的热能, 供给及耗费的现存能源没能彼此匹配。采纳蓄能技术, 从根本着手摒除了供给耗费的不匹配。蓄能技术调控了各区域内的用户, 拥有凸显的填补优势。由此可见, 妥善运用余热应能缓和日渐紧张的供能现状, 发酵青霉素可推广并采纳新颖的这类技术。

参考文献

[1]梁利华.发酵消毒过程中余热利用初探[J].河北工业科技, 2012 (06) :404~405+419.

[2]焦永刚, 郝长生, 尤占平.华栾制药厂余热综合利用方案分析[J].节能, 2012 (08) :37~39+3.

响应面法优化恩拉霉素发酵培养基 第9篇

响应面法(RSM)是采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系,通过对函数响应面和等高线的分析,能够精确地研究各因子与响应值之间的关系,寻求最优工艺参数,解决多变量问题的一种统计方法[2]。该法不但具备试验次数少,周期短、精度高等优点,而且可以建立连续变量曲面模型;同时,对影响试验指标的各因子水平及其交互作用进行优化和评价,可快速有效地确定多因子系统的最佳条件[3,4,5]。RSM已经在食品、医药、生物工程、农业、天然物提取等领域广泛的应用。本文通过Plackett-Burman实验设计、最陡爬坡法和响应面分析对发酵培养基中主要因素进行筛选和优化,提高恩拉霉素产量,为实现微生物发酵法工业化生产恩拉霉素提供实验依据和合理建议。

1 实验

1.1 材料

(1)菌种:ERS42-101108(河南天方药业股份有限公司诱变菌种)。

(2)培养基

平板培养基:参见文献[6];斜面培养基:参见文献[6]摇瓶种子培养基:参见文献[6]摇瓶发酵培养基:参见文献[6]。

(3)培养条件:参见文献[6]。

(4)恩拉霉素效价检测:参见文献[6]。

1.2 实验设计

1.2.1 Plackett-Burman实验设计

根据文献报道,选择初始发酵培养基中的8种成分玉米粉、麦芽糊精、玉米浆、棉籽粉、麸质粉、硫酸铵、磷酸二氢钾、豆油,分别作为PB实验设计的8个因素,每个因素分别取低水平为单次单因素实验结果的最佳水平,高水平为低水平的1.25倍,分别以1和-1表示,以恩拉霉素的产量为响应值,进行实验设计。具体实验设计见表1。

1.2.2 最陡爬坡实验

根据Plackett-Burman法筛选出的显著影响因子效应大小设计步长,进行最陡爬坡实验,找出最高恩拉霉素产量的条件区域。实验设计水平见表4。

1.2.3 中心组合实验

筛选出显著影响因子并确定出大致条件区域后,显著因子为自变量,以恩拉霉素产量为响应值设计20组实验。每组实验3次重复,进行响应面分析。

1.2.4 响应面分析

使用minitab软件进行响应面设计及分析。

2 结果与讨论

2.1 P-B实验结果分析

利用Minitab对P-B实验数据进行分析,对各个因素的重要性进行研究,并进行了方差分析和响应优化,实验结果如表3所示。

影响恩拉霉素的关键因素为:棉籽饼粉、麸质粉、磷酸二氢钾这三个因素对恩拉霉素的产量影响最为显著,作为重要因素进行下一步实验。

2.2 最陡爬坡实验结果

通过分析Plackett-Burman实验结果,了解到了对恩拉霉素的产量有正/负促进的因素。对它们进行的最陡爬坡实验结果如表4所示。

由表4可知:第5组实验的恩拉霉素产量最高。这说明最优点在第5组实验附近。故以实验5的条件为响应面实验因素水平的中心点,棉籽饼粉、麸质粉、磷酸二氢钾的质量分别为8.5 g、55 g和0.06 g,进行下一步研究。

2.3 中心组合实验结果

根据P-B实验选择对恩拉霉素有显著影响的因子,采用中心组合设计对这些因素进行进一步的优化。

综合考虑单因素实验结果,对表结果进行多元线性回归和二项式拟合,恩拉霉素产量的模拟方程如下:

Y=7742.19+362.88A+151.4B-562.4C-67.9AB-403.28B2-354.91C2+109.65AB+180.45BC-1.95BC

恩拉霉素产量的估计回归系数,使用未编码单位的数据项,如表5所示。

当P<0.05时,影响因素对响应值影响为差异显著,小于0.001时为差异高度显著,小于0.0001时为差异极显著。

表6表明,失拟项F值为2.28,即方程模型失拟不显著,方差分析的结果表明方程的总模型及三因素二次项对恩拉霉素的产量影响极其显著。说明该模型得到的回归方程是差异极显著的,实验设计可靠。

2.4 响应面优化结果

对棉籽饼粉、麸质粉和磷酸二氢钾显著影响恩拉霉素产量的因子采用响应面优化进一步优化。优化结果如图1~图3所示。

图1可看出,沿A因素(棉籽饼粉)和B因素(麸质粉)向峰值移动时,A因素在取较大值时响应曲面变陡,等高线密度变大,表明A在取14.2时对响应值Y的影响显著;B因素也是在取55时曲面较陡,等高线密度较大,是对响应值Y的影响显著。从图2可看出,A因素(棉籽饼粉)和C因(磷酸二氢钾)向峰值方向移动时,C因素等高线密度明显变小,取磷酸二氢钾小时等高线密度较稀疏,当磷酸二氢钾小于0.06时,响应面变陡,等高线密度变密,表明较低磷酸二氢钾对响应值的影响显著;A因素则取较大值时曲面较陡,等高线密度较密,表明棉籽饼粉取较大值时对恩拉霉素产量影响显著。从图3看出,B因素(麸质粉)和C因素(磷酸二氢钾)向峰值方向移动时,磷酸二氢钾在较小值时响应曲面较陡,超过0.06曲面变缓,等高线密度变疏,表明磷酸二氢钾取较小值时对响应值影响显著;麸质粉为55时,响应曲面明显变陡,等高线密度变大,表明麸质粉取中心点时对响应值的影响显著。

由Minirab软件分析得到最佳恩拉霉素发酵培养基为:棉籽饼粉14.2 g/L、麸质粉55 g/L、磷酸二氢钾0.06 g/L。按照响应面法优化出的恩拉霉素发酵条件进行验证实验,在此条件下,恩拉霉素的产量Y=10100 u/m L,与预测实验恩拉霉素的产量接近。对比实验结果表明在此条件下恩拉霉素发酵单位从8300 u/m L提高到10250 u/m L。比优化前恩拉霉素产量提高了23%。

3 结论

借助Minitab将响应面法应用于恩拉霉素产生菌ERS42-101108的发酵培养基的优化。分析结果表明:棉籽饼粉、麸质粉、磷酸二氢钾这三个因素对恩拉霉素的产量影响最为显著。用最陡爬坡实验逼近关键因素的最大响应区域,通过中心组合实验和验证实验。确定了最佳发酵培养基为:玉米粉140 g/L,玉米浆1 g/L,麦芽糊精70 g/L,棉籽饼粉14.2 g/L,麸质粉55 g/L,磷酸二氢钾0.06 g/L,硫酸铵5 g/L,豆油20 g/L。经上述优化过程,恩拉霉素发酵单位从8300 u/m L提高到10250 u/m L,为实现微生物发酵法工业化生产恩拉霉素提供实验依据和合理建议。

摘要：通过Plackett-Burman实验对杀真菌链霉菌Streptomyces fungicidious ERS42-101108产恩拉霉素初始发酵培养基中的8个因素的最佳水平进行评价,表明棉籽饼粉、麸质粉和磷酸二氢钾对恩拉霉素产量影响显著。用最陡爬坡实验逼近关键因素的最大响应区域,通过中心组合实验和和响应面分析,确定了最佳发酵培养基。经上述优化,恩拉霉素发酵单位从8300 u/m L提高到10250 u/m L。

关键词：恩拉霉素,响应面,最陡爬坡实验,优化

参考文献

[1]国家海洋局第三海洋研究所.恩拉霉素新产生菌及其高产突变株[P].中国,CN200910253869.6.2011-6-1.

[2]褚以文.微生物培养基优化方法及其OPTI优化软件[J].国外医药抗生素杂志分册,1999,20(2):58-61.

[3]慕运动.响应面方法及其在食品工业中的应用[J].郑州工程学院学报,2001,22(3):91-94.

[4]Ambati P,Ayyanna C.Optimizing medium constituents and fermentation conditions for citric acid production from palmyra jaggery using responsesurface methods[J].Journal of Microbiology&Biotechnology,2001,17(4):331-335.

[5]Ratnam B V V,Narasimha Rao M.Dmodar Rao M,et a1.Optimization of fermentation conditions for the production of ethanol from sago starchusing response surface methodology[J].Journal of Microbiology&Biotech-nology,2003,19(5):523-526.