生物發(fā)酵罐是用于大規(guī)模培養(yǎng)微生物或其細(xì)胞組織的設(shè)備,其工作原理和操作技術(shù)是生物工程和工業(yè)發(fā)酵的核心內(nèi)容之一。
一、生物發(fā)酵罐的基本工作原理是利用微生物的生命活動——新陳代謝,將原料轉(zhuǎn)化為具有價值的產(chǎn)品。這個過程通常包括以下幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié):
微生物的選擇與培養(yǎng):選擇合適的微生物作為生產(chǎn)菌種,在特定的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng),使其達到一定數(shù)量。
發(fā)酵培養(yǎng)基的配置:根據(jù)所選微生物的營養(yǎng)需求,配制相應(yīng)的發(fā)酵培養(yǎng)基,一般包括碳源、氮源、無機鹽、維生素和生長因子等。
滅菌與接種:將配置好的培養(yǎng)基進行滅菌,并在無菌條件下接入適量的微生物種子液。
發(fā)酵條件的控制:在發(fā)酵過程中,需要嚴(yán)格控制溫度、pH值、溶解氧、攪拌速度和通氣量等條件,以保證微生物正常生長和代謝產(chǎn)物的合成。
產(chǎn)物的提取與分離:發(fā)酵結(jié)束后,需要采用適當(dāng)?shù)奶崛『头蛛x技術(shù)將產(chǎn)物從發(fā)酵液中分離出來,進行純化和濃縮。
二、生物發(fā)酵罐的操作技術(shù)主要包括以下幾個方面:
1、發(fā)酵罐的啟動
設(shè)備檢查:確保發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備完好無損,各閥門、管道連接緊密,無泄漏現(xiàn)象。
清洗與滅菌:對發(fā)酵罐內(nèi)部進行清洗,并進行高溫蒸汽滅菌或其他滅菌方法,以消除雜菌污染的可能性。
培養(yǎng)基的準(zhǔn)備:按照配方準(zhǔn)確稱量各種原料,混合后通過冷卻、過濾或其他處理,形成發(fā)酵培養(yǎng)基。
2、發(fā)酵過程的控制
接種操作:在無菌環(huán)境下,將經(jīng)過適當(dāng)稀釋的微生物種子液接種到預(yù)熱且已滅菌的發(fā)酵培養(yǎng)基中。
溫度與pH控制:通過冷卻水或加熱裝置調(diào)節(jié)溫度,通過添加酸堿或使用pH敏感性材料來控制發(fā)酵液的pH值。
通氣與攪拌:向發(fā)酵罐內(nèi)通入無菌空氣,并通過機械攪拌或氣升式循環(huán)來增加溶氧,維持良好的傳質(zhì)效果。
壓力與放料管理:監(jiān)控發(fā)酵罐的壓力,必要時進行排放或調(diào)整,同時根據(jù)生產(chǎn)需要適時采集樣品和放料。
3、發(fā)酵結(jié)束后的處理
發(fā)酵液的處理:發(fā)酵結(jié)束后,對發(fā)酵液進行初步過濾和處理,去除固體殘渣和不需要的微生物。
產(chǎn)物的提取與純化:采用沉淀、離心、萃取、層析等方法進一步純化目標(biāo)產(chǎn)物。
設(shè)備清洗與維護:發(fā)酵結(jié)束后,對設(shè)備進行清洗和保養(yǎng),為下一輪發(fā)酵做準(zhǔn)備。