不论何种发酵形式,其终目的是要保证这个发酵体系
的所有部位都处于相同的条件下。生物在发酵罐内是悬浮在液体营养培养基中,培养基含有生物生长和产物形成所必需的底物。所有的营养物,包括氧气都必须保证扩散到每个细胞中,而无用的产物如热量、二氧化碳和谢废物则必须除去。
在生物周围的营养物质,浓度必须保持在一定围内,因为浓度低就限制了生物谢的速率,过高就要变为有毒的了。在环境参量佳团内,生物反应进行得有效,因而我们必须从微观水平上考虑来提供环境条件,以便使侮个细胞都能得到相同的适条件。如果考虑到发酵罐规模之大就不难解要在整个群体中达到这些条件是多么不容易。化学和微生物学家的精湛技术一定要在这里联合起来。
发酵反应是多相的,包括一个气相(含有N2、O2和CO2),一个或多个液相(含水的培养基和液态底物)以及微小的固相(微生物和可能存在的固相底物)。所有这些相,彼此必须保持密切接触,以便能迅速传递物质和热。在混合得很好的发酵堆中,所有进入体系的反应物必须立即混合并均匀分布,以保证反应器中的均一性。
为了使发酵体系达到佳状态,必须坚持以下操作准则:设计出的发酵罐要保证含有需要的生产菌,杂菌不得进入,培养物体积不变(即没有渗漏或蒸发),对好氧生物,氧的溶解水平要保持在通气临界水平以上,并搅动培养基,环境参例如浓度、pH等,必须控制,培养液必须很好地混合。用来建造精密发酵罐的材料标准是重要的.
选用制造发酵罐的材料标准如下,
1.所有与进入发酵罐的溶液或生物培养基接触的材料,必须是抗腐蚀的,以避免痕量金属的污染。
2.材料必须是无毒的。这样材料或其成分的微量溶解不会抑制被培物的生长。
3.发酵罐材料必须经受得往反复进行的高压蒸汽灭菌
4.发酵罐的搅拌系统、入料口、端板必须是易于机械加工,并且相当坚硬,不会在机械压力下变形或破损。
5.好能对培养从和培养物进行目测,凡能用透明材料的地方就尽量使用透明材料。
在发达国家发酵罐的设计多趋向于采用昂贵的不锈钢或钢制的反应器。其实廉价的材料如木质、塑料或混凝土也能使用,这对于许多发酵过程并没有太大的损害。为了经济上的原因,发达国家的发酵,主要以需氧过程为目标,这就需要昂贵的设计(高工艺)以保证有充足的氧气传送,与其这样,倒不如用更大的努力来发展厌氧的发酵(工艺要求低)以生产主要产品。
工业生物学中主要要求纯培养物,这种体系的优点很明显,谁也不会反对,可是它要求价昂的灭菌方法和有熟练操作人员来控制。许多发酵体系尽管有轻度的微生物污染,但工作得十分成功。如沿此方向发展,流程运转的花费会成少,对操作人员的技术熟练程度的要求也会低一些。
现发酵技术终是主要依赖精密的检测仪器,之所以如此,部分原因是熟练工人工资的日益提高。但是在发展中国家人力充足,如用人力对正在运转的体系进行观察和调节就更合算一些。
总之,可以这么说,生物工程大部分是必须包含于一定困的体系之内,而能否正确选择和操纵这些体系,在很大程度上决定着这些生物工程过程的大多数是否能后成功。
在工业上,操作规模大都是很大的。后的成功几乎都需要生物学家与工艺之间密切的。由此也可看出生物工程的真正边缘学科的性质了。
■保证发酵罐密封性
发酵罐是发酵生产的主要设备。在使用之前,需要对发酵罐进行认真检查,如检查其搅拌系统转动有无异常,机械密封是否严密,罐内的螺丝是否松动,罐内的管道有无堵塞,夹层或罐内盘管是否泄漏,以及罐体连接阀门是否严密等。
目前,机械密封在发酵罐上得到广泛应用,其取了以前搅拌轴的填料密封形式,但是如果安装精度不高或选用的机械密封系统不合适,仍然会发生轴封泄露,造成染菌。因此,在安装搅拌轴时要注意对中。据了解,新疆某发酵车间采用拉杆固定可调的中间轴承,通过调整中间轴承位置来减少搅拌轴的摆动,并采用多弹簧平衡型机械密封,利用不同方向的弹簧弹力抵消搅拌轴的部分偏移,有效地实现了密封。
■去除视镜冲洗管道
为了便于观察发酵罐内的发酵情况,在大型发酵罐内一般都设置了冲洗视镜的蒸汽管道。但是,蒸汽一旦冷凝在管道中,就无法完全保证冷凝水的无菌,因此应该去除冲洗视镜的蒸汽管道,减少染菌隐患。如果因罐内雾气大看不清楚,可以采用更高亮度的视镜灯。
■PVDF膜净化效果可靠
传统的空气净化系统使用活性炭、棉花、超细玻璃纤维纸作为过滤芯,其过滤效果差,且操作复杂。目前,国内的膜过滤技术已比较成熟,如用偏二氟乙烯(PVDF)制成的折叠微孔滤膜滤芯不仅过滤精度高,且流量大。使用时技术人员只要注意对过滤器前压缩空气进行除湿脱油,并按规对过滤器进行灭菌,即可保证空气无菌。另外,由于PVDF膜对压缩空气中的水分不敏感,膜本身的疏水性强,因此可解决以往当空气湿度过大时棉花过滤器等不能使用的问题。新疆某发酵车间对10吨发酵罐采用PVDF过滤器的净化效果进行了考察。技术人员在过滤器后挂了一个测样瓶,测样瓶用灭菌后不接种的LB通用培养基,连续通入过滤后的压缩空气以监测过滤器效果(只要LB通用培养基保持清澈,就说明过滤器运行正常)。结果表明,该车间10吨发酵罐的过滤器在连续使用3个月后,测样瓶镜检表明LB培养基无菌,因此微孔滤膜(PVDF)的净化效果是可靠的。
■定期检测系统
对发酵培养基进行彻底的灭菌处是利用高温过饱和蒸汽使各种、蛋白质凝固而。在医药工业灭菌中,对预热时间、蒸汽阀门的开度、灭菌温度、灭菌压力和泡沫控制等都有严格要求,其中何一个环节出现问题都很容易导致染菌。一般工业上灭菌温度在110℃,灭菌压力在0.5兆帕以上,而保证灭菌温度和压力的准确依赖于各种温度探头、压力传感器等系统。因此,定期对这类探头、传感器等进行检测十分重要。另外,随着发酵罐体积,相同罐压对应的罐温有所降低,因此当发现温度与压力的相关性发生变化时,应以温度为准。
■阀门宜采用软密封
阀门是在发酵设备中使用多的附属设备,其中使用多的是截止阀。阀门对介质的密封性可分为4级,即公称级、低漏级、蒸汽级和原子级。公称级与低漏级密封适用于关闭要求不严密的阀门,例如用于控制流量的阀门。蒸汽级密封适用于蒸汽和大部分其他工业用阀门的阀座、阀杆和阀体连接部的密封。
有机肥发酵罐结构特点:
圆柱形容器、螺带搅拌叶片和传动部件组成;筒体结构,保证了被混合物料(粉体、半流体)在筒体内的小阻力运动。正反旋转螺条安装于同一水平轴上,形成一个低动力的混合环境,螺带状叶片一般做成双层或三层,外层螺旋将物料从两侧向汇集,内层螺旋将物料从向两侧输送,可使物料在流动中形成更多的涡流。加快了混合速度,提高混合均匀度。
有机肥发酵罐出料方式:
粉体物料采用气动大开门结构形式,具有卸料快、无余等优点;高细度物料或半流体物料采用采用手动蝶阀或者气动蝶阀。可配置加热或冷却夹套。加热方式有电加热和导热油加热两种方式。冷却工艺可直接向夹套内注入冷却水,夹套换热面积大,冷却速度快机采用减速机直联方式,结构简单,运行可靠度高,维护方便机采用皮带轮带动摆线减速机驱动,皮带传动的弹性连接有在超载时保护传动部件的优势。
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