張記霞

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物技術(shù)也在推陳出新，成為當(dāng)前推動經(jīng)濟發(fā)展，完善生物科學(xué)技術(shù)延續(xù)的重要體現(xiàn)手段。因此，在微生物發(fā)酵工程技術(shù)的開展中，如何控制微生物發(fā)酵的環(huán)境成為了需要重點研究的課題，環(huán)境控制是保障微生物發(fā)酵工程的順利實施，本文主要研究的是微生物發(fā)酵工程技術(shù)的環(huán)境控制，希望通過理論角度去針對各項因素如何控制提高微生物發(fā)酵產(chǎn)率，從而鞏固對專業(yè)知識的梳理和學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：微生物發(fā)酵;工程技術(shù);環(huán)境控制

1 引言

隨著生化工業(yè)的蓬勃發(fā)展，在開展發(fā)酵工作時分解工作流程，細(xì)化工作內(nèi)容，成為研究主流。主要包括：發(fā)酵參數(shù)的測量、操作流程的監(jiān)視、自動化控制、優(yōu)化操作流程、人員操作控制，從而實現(xiàn)自動化的環(huán)境測量。

2 微生物發(fā)酵環(huán)境控制的內(nèi)涵

微生物發(fā)酵即是指利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。在該項工程技術(shù)開展的各項環(huán)境因素的控制上，需要從選育、培養(yǎng)基、溫度、發(fā)酵條件、pH值、通氣量、攪拌等多個環(huán)節(jié)進(jìn)行操作，全面的進(jìn)行設(shè)計、分離、提取、精制等。微生物發(fā)酵技術(shù)是通過利用微生物的某種特定功能轉(zhuǎn)化為人類有用的相應(yīng)物質(zhì)的技術(shù)方法。在該項工程的控制上，主要是針對微生物發(fā)酵的特性，對于復(fù)雜的生物反應(yīng)進(jìn)行特定的方向性的控制，從而更加深入地去分析進(jìn)行發(fā)酵的微生物的功能及其與其周圍環(huán)境之間的聯(lián)系，實施調(diào)節(jié)性的控制措施，從而達(dá)到較高經(jīng)濟價值和科研價值。

3 發(fā)酵工程的環(huán)境控制

3.1 發(fā)酵溫度控制

對于微生物發(fā)酵的環(huán)境控制，第一個是需要進(jìn)行的是溫度的控制。對于發(fā)酵溫度的控制，是因為在微生物進(jìn)行發(fā)酵時會產(chǎn)生熱量，比如電機攪拌產(chǎn)生的熱量，外部環(huán)境變化產(chǎn)生的溫度差等情況都會對微生物發(fā)酵的溫度有所影響，所以發(fā)酵時需用冷卻水對其溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此科研人員需要根據(jù)外部和內(nèi)部作用下產(chǎn)生的溫度差進(jìn)行嚴(yán)格控制，主要措施是：利用小型發(fā)酵罐溫度控制系統(tǒng)將溫度進(jìn)行自動化控制，流入的冷水的溫度也進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，通過制定簡單PID單回路控制方案來實施相應(yīng)的計劃。還有一種措施是通過大型的發(fā)酵系統(tǒng)來實現(xiàn)控制溫度的，這種方法主要是通過發(fā)酵罐溫度為主回路、冷卻水系統(tǒng)為副回路進(jìn)行實現(xiàn)。將溫度調(diào)節(jié)至用于發(fā)酵的微生物的最適宜的生長溫度，促進(jìn)酶的最佳活力，根據(jù)這一溫度下的微生物發(fā)酵情況進(jìn)行參數(shù)統(tǒng)計，仔細(xì)觀察微生物生長的情況，使發(fā)酵處于最佳狀態(tài)。

3.2 發(fā)酵過程pH值控制

微生物在發(fā)酵過程中必然會產(chǎn)生相應(yīng)的代謝物質(zhì)，這類物質(zhì)是否能促進(jìn)生物發(fā)酵需要對這種物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行判斷，首先判斷是否影響發(fā)酵液的pH值。pH值就是指溶液的酸堿度，科研人員將酸堿度調(diào)節(jié)到適合微生物生長的參數(shù)，就是對微生物發(fā)酵環(huán)境的又一因素控制。對于酸堿度的控制就是為了避免酸度、堿度過量從而嚴(yán)重影響微生物代謝以及發(fā)酵產(chǎn)物的合成。這主要是因為在微生物進(jìn)行發(fā)酵時，發(fā)酵液的pH值較低的話，抑制微生物的正常生長，從而抑制發(fā)酵產(chǎn)物的積累，這可以通過加氨水的方法來調(diào)節(jié)，使發(fā)酵液pH值能夠穩(wěn)步回升;如果pH值太高的話，則可以在前期通過補加糖的含量來緩減，使pH值穩(wěn)步下降，對于糖含量的添加要嚴(yán)格控制，這樣的話才能夠及時調(diào)整微生物生長和發(fā)酵環(huán)境。在觀察環(huán)節(jié)還容易出現(xiàn)一般調(diào)節(jié)閥泄露的情況，這主要是因為一般調(diào)節(jié)閥是采取常用開關(guān)閥的模式進(jìn)行的，所以科研人員需要在研究階段對使用的閥門，應(yīng)該通過研發(fā)性質(zhì)來制定開關(guān)閥的開關(guān)頻率的方案、確定開關(guān)脈沖寬度能否及時加入氨水的含量，快速調(diào)節(jié)酸堿度。

3.3 溶解氧濃度控制

對于溶解氧濃度的控制主要是根據(jù)耗氧型生物的發(fā)酵來進(jìn)行的，因為對于微生物來講氧是必需的原料，任何微生物的生長都需要依靠氧氣，如果在發(fā)酵的過程中產(chǎn)生了供氧不足的情況，這樣對于微生物的生長和代謝的環(huán)境造成一定的影響，長期發(fā)展下去，很容易消極影響著微生物的生長情況，這樣也會抑制其發(fā)酵活動的開展受到限制，針對這種情況，在微生物發(fā)酵環(huán)境的控制上一定要保障一定比例的溶氧濃度。溶解氧濃度的影響因素主要取決于發(fā)酵過程中供給的空氣量、攪拌槳轉(zhuǎn)速、發(fā)酵罐的壓力。對于溶氧濃度的各項流程進(jìn)行控制，這還要根據(jù)發(fā)酵罐壓力是否能夠自動控制，在可以自動控制的基礎(chǔ)上則需要確定發(fā)酵壓力恒定不變，當(dāng)前我國市場內(nèi)來控制發(fā)酵罐溶解氧濃度的方法是調(diào)節(jié)攪拌槳轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)供給無菌空氣濃度。

4 結(jié)論

本文主要從微生物發(fā)酵的環(huán)境控制方面，簡單分析了在微生物進(jìn)行發(fā)酵時需要從不同環(huán)境因素下的控制。在微生物發(fā)酵工程的環(huán)境控制的相關(guān)措施中，可以從發(fā)酵溫度控制、發(fā)酵液的pH值控制、溶解氧濃度控制、消泡控制、補料控制等多個環(huán)節(jié)來控制發(fā)酵環(huán)境，這樣既有助于微生物發(fā)酵實現(xiàn)從多個角度的穩(wěn)定發(fā)展又對發(fā)酵環(huán)境的控制措施有一定的了解。

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