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十种发酵罐补料工艺方法对比

  • 来源:3dhentai-fortune.net 网站编辑:广世生物 发表时间:2022-04-14 11:15

 

一是无反馈控制发酵罐补料
这种控制方法添加的营养物质的流量是预设的。因此,反映系统状态的数学模型的准确性是成败的关键。目前,无反馈控制进料有三种方式:恒速进料、变速进料和指数进料。
1.1恒速补料。
在恒速补料发酵中,以预设的恒速补充有限的养分。与菌体相比,养分浓度逐渐降低,菌体比生长率降低,菌体总量线性增加。
恒速补充剂在一定程度上满足了菌体对营养物质的需求,避免了营养物质的抑制,但这种方法据一个参数指标来控制的。
1.2加速补料。
在培养过程中,变速补料的补料速度通过梯度、阶段或线性等方式不断提高。在菌体浓度较高的情况下,可添加更多的养分,以促进细胞生长,使细胞比生长速度更快,有利于产品形成。虽然比较粗糙,但是比恒速补充法要好。
1.3指数补充。
指数补充是一种简单有效的方法。补充率呈指数增加,可以将反应器中的养分浓度控制在较低的水平,使菌体的比生长率保持一定。
细菌密度呈指数增加。指数补充剂配合菌体的生长过程,不需要特别复杂的设备,因此受到重视。大肠杆菌高密度培养中最成功的手段是指数补充剂。当然,这种方法需要充分理解发酵的具体过程,确定适当的补充参数。
二是反馈控制发酵罐补料
发酵过程往往与预设过程有偏差。及时纠正偏差可以使反应朝着预定的方向进行,否则很难达到预期的目的。反馈控制补充剂是指在发酵过程中实时或在线检测和控制反应器中的营养浓度、产物浓度和细胞浓度。
直测参数有温度、酸碱度、溶解氧浓度、光密度、养分浓度、压力和尾气成分等,可用仪器设备直测。
间接测量参数包括生长率、细胞浓度、摄氧率、氧转移率、二氧化碳生长率、呼吸熵等。它们可以通过一个或多个直接测量参数值来评估或计算。
2.1简单反馈控制进料。
营养消耗与酸碱度或溶解氧偶尔相连,保持这些参数恒定可以间接控制细菌的营养状况。通常,碳源可以通过酸碱度降低或DO反弹来补充,维持大肠杆菌发酵液的酸碱度可以延迟比生长率降低的时间。该方法操作简单,但经验丰富,容易滞后。
2.2根据营养摄入量或需求控制补充剂。
通过检测培养基中的营养浓度,将营养控制在设定范围内。这种方法在进料控制中很常见,控制对象往往是葡萄糖、甘油或甲醇浓度。
也可以通过其他测量方法或参数来评估和预测营养物质中葡萄糖的消耗率,如建立溶解氧或酸碱度与底部物质消耗的关系、估计当前底部物质浓度或建立拟合曲线来决定当前补充操作。
2.3按比生长速度控制补料。
菌体比生长速度μ越大,微生物生长速度越快,消耗的养分越多。通过计算菌体比生长速度与产品的最佳生成关系,通过反馈调节葡萄糖补充速度、转速和通风控制溶解氧等措施控制比生长速度μ。
2.4根据尾气成分分析控制发酵罐补料
营养物质的利用通常伴随着CO2等气体的释放。确定出口气体,类似于营养物质的分析,也可以用来控制进料率。这种控制方法比较简单,可以用来控制产气发酵,但是容易滞后。
2.5根据细胞形态学控制进料。
某些微生物培养过程中,细胞形态学的变化与培养条件(如溶解氧浓度、剪切速度、培养基成分密切相关)。它要求影像传感器检测发酵液中细胞形态的变化。
2.6模糊控制补料。
在发酵过程中,可测参数与生物的生长和代谢之间,很难用准确的数学关系来描述,而用隶属函数来描述其模糊关系似乎更为恰当。在常规检测和控制方法难以准确反映系统运行状态时,模糊控制理论更具特色。
在传统的模糊逻辑控制中,如果控制变量的初始误差较大,控制器的反应过敏会导致进料过量。模糊理论也用于进料发酵的建模。
模糊控制过程中所有隶属函数和各模糊控制规则的来源都取决于设计者的经验,因此设计者的经验是否正确直接关系到模糊控制的结果。模糊控制规则的主观性是不可避免的,模糊控制器没有学习能力,无法根据过程的历史记录纠正人为设计规则中的错误。
2.7神经网络控制发酵罐补料
当发酵动力学参数缺乏了解时,最好采用神经网络系统进行控制。
神经网络控制系统的最大优点是类似于大脑,具有自学能力,可以从过程历史记录中直接提取过程影响因素与过程性能的关系,建立过程模型和适应控制器。
进料工艺是控制中间代谢、提高产量的灵活有效手段。当然,最合适的进料类型、数量和方法应根据具体菌种或培养条件确定。

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