生物发酵工程技术论文

生物发酵工程技术论文摘要：发酵工程技术对于我国的生物行业的发展有着非常重要的意义，虽然目前我国的发酵工程取得了一定的成绩，但是依旧存在着不足，我们只有通过的不断的改善，才能使得生物发酵工程技术在环境控制中发挥出最大的实效。前言现今生化工业因为科学技术的日新月异得到了巨大的发展，生产过程中的生化指标测定、运行监控、自动化控制、优化运行和控制都成为了生化产业发展的一个关键议题。在另一方面，计算机技术的飞速发展，为生化工程的测量、分析及控制提供了先进的自动化工具。和国外先进的技术比较，我国发酵技术或自动化控制技术的生物发酵技术仍然处于较低水平。因此，加强对发酵技术研究，提高发酵自动化控制技术已成为一项紧迫的任务。1发酵工程控制概述现代意义上的微生物发酵工程是指在一定条件下（合适的培养基、温度、PH值、通气量、搅拌等）进行培养发酵，使用微生物的特定的功能，通过现代工程技术的方法，产生对人类有用的物质或直接应用于微生物工业化生产技术系统，它的主要内容包括工业生产菌株育种和控制的最佳发酵条件的选择（发酵），生化反应器的设计和产品的分离，提取和精制工艺。为了控制发酵过程，务必要了解它的特性。现在，微生物学的认识还没有巴斯德“微型动物”，期间或形态学研究其特点，但进入分子生物学和微生物细胞代谢调控的研究。生物细胞是一个复杂的生物反应系统，现代生物技术已经提出了所谓的控制发酵的这种定向复杂的变化。通过控制氨基酸发酵技术，核酸发酵仅仅是这个水平的实施。这种情况已经促使人们去寻找和研究微生物与周围环境之间的相互作用，同时尽量提高相互作用的意愿。所以，生物化学工程人员的任务是如何设法调整控制的效果，并按照经济的原则放大实验室到生产规模的控制的结果，这是“发酵工程控制”的外观。因此，“发酵工程控制”包含两个方面：第一，如何改变细胞的遗传组成和细胞代谢的生理特点，细胞“内部人控制”。另一种是“外部控制”，其包括营养，细胞生长，细胞体和物理化学环境条件控制的代谢产物。在本文中，对范围内的“外部控制”的研究。为了达到良好的外部控制，你首先需要了解微生物与环境之间相互作用的局面。生物发酵过程参数可分为物理，化学和生物参数。这是不难看出由于使用了丢失的提供工业生产的底物，产物和代谢物，以及所述的在线测量其它参数的浓度。现在对发酵过程的测量，无论在实验室或工厂现场，其方法都已经解决了。在底物浓度方面正在考虑采用一些新的方法来解决这个棘手的问题。如酶电极和微生物电极来测量发酵液成分浓度。有发酵过程参数之间存在一定的关系。发酵参数之间的相关性，但不涉及在菌丝和组成变化的代谢酶活性的微生物的变化特性的处理代谢过程中的所述内部结构。因此，要理解其内部机构的反应器中，以获得在设计和控制中使用的数学模型是非常不容易的。2发酵的特点2.1发酵条件温和一般发酵过程是微生物和生化反应的酶的作用下，通常是在常压下，其在温和的反应条件是比较简单的，三个主要因素的发酵工程过程是温度、PH值和氧气，使发酵过程因素的条件通常更容易控制。2.2发酵原料广泛发酵所需要的原料通常是淀粉，糖蜜或其他农副产品，也可以在许多环境中使用废料，使发酵原料来源很广。同时原料只要加入少量的有机和无机氮源的微生物发酵反应，就可以进行反应，微生物品种多、代谢强烈，代谢途径是多样，有共同的代谢作用等，这是因微生物的特点，可以充分利用废水和废物为原料的有机物质循环利用和污染物的降解发酵，实现废弃物资源化利用和环境保护的目标。2.3发酵专一性强发酵过程是由自动完成调节生物体的方法，更确切地说，是通过微生物酶来调节，由于微生物的遗传特性及其酶的专一性，因此，在发酵反应专一性强，并且因此可以是单一发酵代谢物。3发酵工程中的环境控制微生物发酵是一个复杂的生化反应过程，为了提高最终产品的速率，必须确保在整个操作过程中具有的环境的一个合适的微生物生长的代谢，优化发酵过程控制的基础上，向进一步提高发酵产率，因此，在发酵环境监测是在发酵工业中一个非常重要的作用，通常为如下发酵状态控制。3.1发酵温度控制对于一个特定的微生物，有一个最适生长温度。如果从酶动力学的方面考虑，最好的酶活性对应的最适温度。发酵温度控制在微生物发酵过程中，是一个非常重要的微生物生长的环境参数，必须严格控制。影响发酵温度的因素包括：有微生物发酵热、电机搅拌热，冷却水本身的温度变化以及周围环境温度的变化等。对于基于发酵温度控制的参数小型发酵罐的温度控制系统的变化，冷却水流量为简单的单控制参数PID闭环控制方案。对于大型发酵罐系统，以循环为主，在冷却水系统副回路串级控制方案采用发酵温度。3.2酵过程PH值控制PH值是微生物生长的另一个重要的环境参数。在发酵过程中，一定要严格控制，不然会影响微生物的代谢及代谢产物的合成。在工业生产中，如果发酵液的PH值低，是通过添加氨水的方法来让PH上升；如果PH值偏高，在发酵初期，可以增加糖的量来进行适当调整，通常没有其它的控制方法。在PH值的控制中，务必要严格控制氨的加入量，一定不能太多。以防止调节阀有泄漏的倾向，在PH值控制，利用阀门，且开关阀要经常使用，所以相应的控制方法使用途开关阀的开关频率和脉冲宽度的变化来调节氨的添加量。在实验室中，如发酵罐容量的结果一般较小，只有几升，所以在控制装置主要是使用蠕动泵加入和流体。蠕动泵是一种体积小的汁液，其通过小轮自旋压缩橡胶导管，让液体进入一端，从另一端流出。流体的流动可通过调节蠕动泵的转速进行控制。3.3溶解氧浓度控制在耗氧型发酵过程中，氧是必要的，因为它是微生物的生长的原料，如果没有足够的氧，会抑制微生物的生长和代谢，因此，在发酵过程中，必须保持一定量的溶解氧浓度。影响溶解氧的原因是空气供给量、搅拌桨转速和发酵罐的压力。如果发酵罐的压力可以自动地控制的情况下，认为发酵压力恒定。目前，国内的发酵罐主要通过溶解氧浓度通过调节搅拌桨转速或调节空气供给量的控制来加以实现。3.4消泡控制在发酵前期，微生物生长旺盛。加入液料满载，搅拌马达全速开动，空气通入量达到最大，这时候，发酵液上浮很厉害，稍有不慎，就可能会产生逃液现象。此时必须及时加入消泡剂，以减少泡沫，防止发酵液上浮。这样的控制，通常用双位式的控制方法，当发酵液液面达到一定的高度时，自动打开消泡剂的阀门，当液面降回到正常时，自动关闭消泡剂阀门。在消泡控制中，过程响应较慢，所以控制回路中应加入时间延迟，防止加入过量的消泡剂。3.5补料控制在半连续发酵过程中，随着发酵的进行，微生物生长状态的生物代谢状况不断改变，中间要连续不断地补充营养物质，使微生物按照优化的生长轨迹生长，以获得高产的微生物代谢产物。由于微生物和代谢状况无法实时在线测量，使得这一补料控制极为困难。一般的发酵工业生产过程是根据实验室大量的试验研究结果得出的补料轨线来指导工业生产的补料，发酵工艺技术人员根据离线的化验室化验数据适当修正补料速率。这种方法，对于有大量实践经验的人员来说，可能会做出好的判断决策，但往往不尽如人意，不能确保发酵过程沿着优化的轨线生长，不能获得最好的代谢产物。针对这种发酵过程的复杂性和信息的缺乏，发酵工艺技术人员与自动控制人员一起，共同研究，企图寻找出好的补料方法和策略。例如，基于出口气体二氧化碳的释放率来控制补料速率；有的用化学元素平衡的方法来调整补糖量；也有的用控制呼吸商的办法来控制补料等等。直至今日，如何控制好中间补料，仍是亟待解决的难题。4结语综上所述，发酵工程技术对于我国的生物行业的发展有着非常重要的意义，虽然目前我国的发酵工程取得了一定的成绩，但是依旧存在着不足，我们只有通过的不断的改善，才能使得生物发酵工程技术在环境控制中发挥出最大的实效。参考文献：[1]石维忱，关丹，卢涛.中国生物发酵产业现状与发展建议[J].精细与专用化学品，2014（09）[2]周红菊.生物技术在获得药用植物有效成分中的应用[J].科技致富向导，2014（18）[3]余莉萍，尹华，彭辉.环境生物技术的应用及发展趋势[J].城市环境与城市生态，2002（04）