青霉素发酵工艺

青霉素发酵仿真实习武汉职业技术学院生物工程学院肖云•青霉素是人类历史上发现的第一种抗生素，由于其功效显著，因此无论是在生产上还是在应用方面都受到广泛重视。•特别是在生产方面，因为其既涉及生物的生长，又涉及化工过程，生产中既要考虑生物生长的适应性、稳定性和倾向性，又要在生物所能承受同时大力提高产率，因此对于工程学生来说，青霉素发酵的实习与实践是一次绝佳的工程体验。前言关于仿真实习•仿真实习是采用计算机多媒体来展示相关工艺的原理、设备结构和工作原理，采用仿真软件来模拟真实的工艺过程及其控制和操作，因此仿真可以部分替代下厂实习，而且还可以让学生了解到一些即使下厂也了解不到的内容。•同时仿真实习是在虚拟环境中进行对于学生来说实习环境是安全的，教学平台是稳定的，学习内容也很有选择性，还能无限次反复，这些都特别适合于学生的实习与实践。•但是需强调的是，仿真实习是以多媒体和数字模型为基础的，是进行了一定的假设和简化的，它和真实的生产有一定的差别，仿真实习中体验的是典型的生产过程和一些典型的工程问题，它不能完全代替下厂实习，所以应处理好仿真实习和下厂实习的关系，只有这样才能真正体验到工程学的实质。学习方法•注意理论联系实践•学会总结，找出“秘籍”：不要只是像玩电子游戏那样去试探。•第一部分背景知识•（一）青霉素发酵工艺•（二）青霉素提炼工艺（一）青霉素发酵工艺冷冻管斜面母瓶大米孢子一级种子罐二级种子罐发酵罐放罐提炼菌种介绍界面孢子制备界面种子制备界面灭菌界面培养基制备界面发酵工艺操作界面发酵罐操作界面菌种曲线界面（二）青霉素提炼工艺发酵液预处理一次BA萃取一次反萃取二次BA萃取脱色操作结晶操作抽滤、干燥成品鉴定成品分装发酵液预处理过程提取流程总貌一次BA萃取界面精制流程总貌脱色操作界面结晶操作界面抽滤、干燥操作界面成品鉴定界面成品分装界面第二部分操作规程•（一）发酵工艺过程•（二）提炼工艺过程（一）发酵工艺过程•1、正常发酵（过程）•进料(基质)，开备料泵•开备料阀•备料后（罐重100000KG）关备料阀•关备料泵•开搅拌器•设置搅拌转速为200转•开通风阀•开排气阀•投加菌种•补糖，开补糖阀•补氮，开加硫铵阀•开冷却水，维持温度在25℃•PH值保持在一定范围内•前体超过1KG/M3（扣分步骤，出现则扣分）•2、出料•停止进空气•停搅拌•关闭所有进料，开阀出料•3、发酵过程中PH值低•调节PH值•开大氨水流量•PH值指标•4、发酵过程中PH值高•关闭进氨水•开大补糖阀•调节PH值•5、发酵过程中溶解氧低•开大进空气阀V02•调节溶解氧大于30%6、残糖浓度低•开加糖阀补糖7、发酵过程中温度高•开通冷却水进水冷却•温度指标8、泡沫高•添加消泡剂•泡沫高度降低到30CM(二）提炼工艺过程•1、预处理操作•打开阀V14，加发酵液；•待加料至5000kg时，关闭阀V14；•打开预处理罐搅拌器；•打开阀V13，加黄血盐，去除铁离子；•观察铁离子浓度变化，待铁离子浓度为零时，关闭阀V13；•打开阀V12，加磷酸盐，去除镁离子；•观察镁离子浓度变化，镁离子浓度为零时，关闭阀V12；•打开阀V11，加絮凝剂，去除蛋白质；•观察蛋白质浓度变化，蛋白质浓度为零时，关闭阀V11；•打开阀V16、V17及泵P5，同时打开转筒过滤器开关及后阀V18；•待发酵液经过滤排至混合罐B101后，关闭阀V16、V17、泵P5以及转筒过滤器开关及后阀V18；•停止预处理罐搅拌器。•2、一次BA萃取操作•打开混合罐B101搅拌器•打开阀V19，加BA（醋酸丁酯）质量为发酵液的1/4~1/3倍。•关闭阀V19。•打开阀V22，加稀硫酸调节PH值。•待PH值调节至2~3时，关闭阀V22。•打开阀V21，加破乳剂。•加破乳剂量为100kg时，关闭阀V21。•打开阀V23、V24及泵P6，向分离机注液。•待分离机中有液位时，迅速打开A101开关。•打开萃余相回收阀V26，调节V26阀门开度，控制重相液位在总液位的80%左右，使轻相液能充分的溢流至B102。•待混合罐B101液体排空后，关闭阀V23、V24及泵P6。•停止混合罐B101搅拌器。•待分离机A101中液体排尽后，关闭阀V26。•关闭分离机A101开关•3、一次反萃取操作•打开混合罐B102搅拌器。•打开V28，加碳酸氢钠溶液，质量为青霉素溶液的3~4倍，并调节PH值为7~8•待PH值调节至7~8时，关闭阀V28。•打开阀V29、V30及泵P7，向分离机A102注液。•待分离机A102中有液位时，迅速打开A102开关。•打开萃余相回收阀V32，调节V32阀门开度，控制重相液位在总液位的80%左右，轻相液能充分的溢流出。•待混合罐B102液体排空后，关闭阀V29、V30及泵P7。•停止混合罐B102搅拌器。•待分离机中剩余少许重液时，关闭阀V32，防止轻液流入混合罐B103中•关闭分离机A102开关•4、二次BA萃取操作•打开混合罐B103搅拌器。•打开阀V33，加BA（醋酸丁酯）质量为发酵液的1/4~1/3倍。•关闭阀V33。•打开阀V35，加稀硫酸调节PH值。•待PH值调节至2~3时，关闭阀V35。•打开阀V36、V37及泵P8。•待分离机中有液位时，迅速打开A103开关。•打开萃余相回收阀V39，调节V39阀门开度，控制重相液位在总液位的80%左右，使轻相液能充分的溢流至脱色罐中。•待混合罐B103液体排空后，关闭阀V36、V37及泵P8。•停止混合罐B103搅拌器。•待分离机A103中液体排尽后，关闭阀V39。•关闭分离机A103开关。•5、脱色罐操作•打开活性炭进料阀。•选择进料量，进料25kg•进料•关闭进料阀。•打开脱色罐搅拌器，并设定搅拌时间：10min•搅拌10min后，打开阀V41、V42及泵P9，将青霉素溶液经过过滤器排至结晶罐。•待脱色罐液体排空后，关闭阀V41、V42及泵P9。•停止脱色罐搅拌器。•6、结晶罐及抽滤、干燥操作•启动结晶罐搅拌器•打开阀V43，向结晶罐中加入醋酸钠-乙醇溶液。•观察青霉素浓度，待青霉素刚好反应完时，关闭阀V43。•打开冷却水阀V44及VD10，控制结晶罐温度为5℃以下，并输入保持时间，保持10min。•打开阀V45、V46及泵P10，将结晶液排至真空抽滤机进行抽滤•待真空抽滤机中上层液位达到50%左右后，迅速打开真空阀V47，进行抽滤。•同时打开V48，回收母液。•待结晶罐中液体排空后，关闭阀V45、V46及泵P10。•停止结晶罐搅拌器•抽滤完成后，关闭真空阀V47。•待母液全部回收后，关闭阀V48。•点击“移出晶体”按钮，将抽滤后的晶体移入洗涤罐。•打开阀V49，加丁醇进行洗涤。•待丁醇加入量为500kg时，关闭阀V49。•启动洗涤罐搅拌器，并设定时间为8min。•停止洗涤罐搅拌器。并设定时间，保持10min。•打开阀V50，排出废洗液。•待废洗液排尽后，关闭阀V50。•点击“移出晶体”，将洗涤后的晶体移至真空干燥机。•启动干燥机，进行干燥，并设定时间为20min•关闭干燥机开关，停止干燥。第三部分主要工艺指标编号指标推荐值发酵罐1糖浓度～5kg/m32氨氮浓度0.25～0.3kg/m33PH值6.8-7.24温度255搅拌速度150-250rpm6溶氧浓度＞30%7前体浓度＜1kg/m38发酵液中硫氨浓度0.25kg/m39发酵罐压力0.07MPa℃一次BA萃取1醋酸丁酯（BA）用量青霉素溶液的1/32PH值2.8-3.03破乳剂用量100kg4重相液位80%一次反萃取1碳酸氢钠的用量青霉素溶液的2.5倍2PH值6.8-7.23重相液位80%二次BA萃取1醋酸丁酯（BA）用量青霉素溶液的1/32PH值2.8-3.03重相液位80%脱色罐1活性炭用量25kg结晶罐1结晶温度52丁醇用量500kg3青霉素钠盐晶体效价1670u/ml℃主要设备列表及仿真操作设备编号名称备注1发酵罐发酵罐容量为170000kg，主要部件有罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、视镜等2进料泵加入基质3空气系统含消毒、冷却、过滤。4计量泵一（加氨水）操作时有开关、调节及入罐处泵门三处要操作5计量泵二（加前体）同上6计量泵三（加消沫剂）同上7加菌种点击后自动按比例增加一次菌种8预处理罐容量为12600kg。9转筒真空过滤器转筒真空过滤机是一种连续操作的过滤机械，广泛应用于各种工业中。设备的主体是一个能转动的水平圆筒，其表面有一层金属网，网上覆盖滤布，筒的下部浸入滤浆中，如图3-24所示。圆筒沿径向分隔成若干扇形格，每格都有单独的孔道通至分配头上。圆筒转动时，凭藉分配头的作用使这些孔道依次分别与真空管及压缩空气管相通，因而在回转一周的过程中每个扇形格表面即可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作。10混合罐容量为17000kg。11分离机在离心力作用下，将两种密度不同且不相容的溶液分离，轻相由顶部溢流而出，重相由底部排出。12脱色罐容量为17000kg。13活性炭进料按钮点击“进料阀”按钮，打开进料阀，点击“选择进料量”按钮，输入进料量，然后点击“进料”按钮，完成进料步骤14结晶罐冷却结晶罐，容量为14000kg，有搅拌装置，使结晶颗粒保持悬浮于溶液中，并同溶液有一个相对运动，提高溶质质点的扩散速度，加速晶体长大。15真空抽滤机通过抽真空，使晶体与滤液分离16洗涤罐容量为1200。17移出晶体按钮点击“移出晶体”按钮，可以将晶体18真空干燥机真空干燥机是一种在真空条件下操作的接触式干燥过程，与常压干燥相比，真空干燥温度低，水分可在较低的温度下气化蒸发，不需要空气作为干燥介质，减少空气与物料的接触机会，故适用于热敏性和在空气中易氧化物料的干燥。19输入时间系统点击时间显示屏，弹出一个对话框，输入时间，然后点击“确定”按钮，进入倒计时状态。补充青霉素发酵仿真软件（使用技巧）•一、正常发酵•1、进料（基质）•点击下方“发酵工艺”窗口，打开后，可以看到右下方的“备料泵”，点击绿灯，备料泵即开，随后打开“发酵罐操作”窗口，可以看到发酵罐操作图，找到备料阀VD1，点击阀门打开，看着右上角罐重的变化，达到100T时关闭备料阀，再次点击则关闭（考虑到关备料阀的时候，罐重还在增加，故应该在罐重达到98T左右时就关闭备料阀，以防罐重值太高，发酵到后期时满罐）之后再打开“发酵工艺”窗口，找到右下角备料泵，点击红灯，关闭备料泵。•技巧：防止满罐，在罐重值达到98T左右时，关闭备料阀。发酵工艺过程•2、开搅拌器•打开“发酵工艺操作”窗口，点击右上方“搅拌器关”字样，这时会显示为“搅拌器开”，则搅拌器开启。•3、设定搅拌转速•点击右上方“设定搅拌转速”字样，打开后出现一个小对话框，上面是“当前点值”，下面是“输入点值”，在“输入点值”里输入200然后点回车确认，这是“当前点值”显示200，此时搅拌转速设定成功。•4、加菌种•打开排气阀V09及进气阀V02，然后点击右上方“加菌种”，调整进气及排气阀门控制罐压为0.07MPa左右。•技巧：进气阀不能开太小，否则溶氧达不到要求，也不能太大，否则泡沫太多，难以控制。最好在加菌种前开到37，排气开到30（排气比进气低5—7），然后根据发酵各项指标变化逐步增大阀门开度。使溶氧不少于30％，泡沫高度不高于35cm。•5、补糖、补硫胺•打开补糖阀门V01，向发酵罐中补糖，控制发酵液中残糖浓度为5㎏／m3,，打开硫胺阀V10，并控制硫胺浓度为0.25㎏／m3，•技巧：补糖阀门开度为50左右最好，硫胺阀门开到10左右最好，（调节阀门开度的方法：点击阀门后，会出现一个输入数字的对话框，在里面输入自己想要的值后，点击回车即可）•6、控制温度和压力•加过菌种之后，发酵罐温度会上升，这是需要打开冷却水阀门V07，流加冷却水维持发酵罐温度为25℃左右，通过控制进气和排气的量，维持罐压在0.07MPa左右。•技巧：在罐温达到27℃时就应该打开冷却水，阀门开到15左右就行，发酵罐上方有一个压力表，点击压力表，会放大，可以看见表里指针在波动。只要指针在0.07左右波动就行，加