Тафовутҳо дар стратегияҳои назорати ҳарорат барои зарфҳои ферментатсияи андозаҳои гуногун дар равандҳои биологии ферментатсия

Муқаддима

Ферментатсияи биологӣ равандест, ки ашёи хомро тавассути фаъолияти мубодилаи моддаҳои микроорганизмҳо ба маҳсулоти мақсаднок табдил медиҳад. Он дар соҳаҳои дорусозӣ, хӯрокворӣ, кишоварзӣ ва ҳифзи муҳити зист васеъ истифода мешавад. Дар раванди ферментатсия, ҳарорат параметри калидӣ мебошад, ки ба фаъолияти микробҳо, роҳҳои мубодилаи моддаҳо ва ташаккули маҳсулот таъсир мерасонад. Дар байни миқёсҳои гуногуни зарфҳои ферментатсия фарқиятҳои назаррас дар стратегияҳои назорати ҳарорат мавҷуданд, ки асосан дар самаранокии гузариши гармӣ, сохтори системаи идоракунӣ, суръати вокуниш, назорати истеъмоли энергия ва миқёси раванд зоҳир мешаванд. Дар ин мақола фарқиятҳо дар стратегияҳои назорати ҳарорат ба таври систематикӣ таҳлил карда мешаванд. зарфҳои ферментатсия дар миқёси лабораторӣ, озмоишӣ ва саноатӣ ва сабабҳои онҳо, бо мақсади пешниҳоди истинодҳои назариявӣ барои беҳсозӣ ва миқёспазирии равандҳои ферментатсия.

I. Нақши назорати ҳарорат дар раванди ферментатсия

Ҳарорат ба фаъолияти ферментативии ҳуҷайраҳои микробӣ, гузариши мембранаҳои ҳуҷайра, интихоби роҳҳои мубодилаи моддаҳо ва суръати ташаккули маҳсулот таъсир мерасонад. Дар аксари равандҳои ферментатсия, диапазони оптималии ҳарорат барои микроорганизмҳо аз 20 то 40 дараҷа гармӣ аст. Аз ин диапазон зиёд шудан боиси паст шудани самаранокии мубодилаи моддаҳо ё ҳатто марги ҳуҷайраҳо мегардад. Аз ин рӯ, нигоҳ доштани ҳарорати мувофиқ ва устувор шарти зарурӣ барои таъмини самаранокии ферментатсия ва сифати маҳсулот мебошад.

Системаи назорати ҳарорат на танҳо бояд ҳарорати муқарраршударо устувор нигоҳ дорад, балки бояд қобилияти вокуниши зуд барои ҳалли мушкилот ба монанди тағироти ногаҳонии ҳарорат (масалан, афзоиши босуръати микробҳо, ки миқдори зиёди гармии метаболикӣ ба вуҷуд меорад) дар раванди ферментатсия дошта бошад.

II. Системаҳои назорати ҳарорат дар зарфҳои ферментатсияи миқёси гуногун

1. Миқёси лабораторӣ (1л - 20л)

Зарфҳои ферментатсияи сатҳи лабораторӣ одатан андозаи хурдтар доранд ва суръати баланди тавлид ва паҳншавии гармӣ доранд. Системаҳои назорати ҳароратӣ нисбатан соддаанд ва одатан аз ҷузъҳои зерин иборатанд:

• Системаи гармидиҳӣ: Куртаи гармидиҳии барқӣ ё чӯбчаи гармидиҳӣ;
• Системаи хунуккунӣ: Гардиши оби хунук тавассути курта ё катушкаҳои хунуккунии дарунсохт;
• Системаи идоракунӣ: Системаи танзими PID (мутаносиб-интегралӣ-ҳосилшаванда), ки ба термисторҳо барои идоракунии гузариш байни гармкунӣ ва хунуккунӣ пайваст карда шудааст;
• Фикру мулоҳизаи ҳароратӣ: Термопараҳо ё термисторҳо сигналҳои ҳароратро дар вақти воқеӣ медиҳанд.

Аз сабаби андозаи хурдашон, гармӣ ба осонӣ баробар тақсим мешавад, вокуниши назорати ҳарорат зуд аст ва устувории система баланд аст. Тағйирёбии ҳарорат одатан дар ҳудуди ±0.2℃ аст.

2. Миқёси пилот (50L - 500L)

Зарфҳои ферментатсияи миқёси озмоишӣ барои беҳсозии равандҳо ва санҷиши миқёспазирӣ истифода мешаванд. Мураккабии система ба таври назаррас меафзояд:

• Усули гармкунӣ: Системаи гардиши оби гарм тавассути гармкунии курта ё буғӣ
• Усули хунуккунӣ: Куртаи дуқабата бо гардиши оби хунуккунӣ ё катушкаҳои хунуккунии дохилӣ;
• Таҷҳизоти назорати ҳарорат: Одатан бо системаи идоракунии PLC муҷаҳҳаз шудааст, ки метавонад таносуби оби хунук/гармро танзим кунад;
• Нуқтаҳои назорат: Сенсорҳои ҳароратро метавон дар нуқтаҳои гуногун ҷойгир кард, то фарқияти ҳароратро дар қисмҳои гуногуни моеъ назорат кунанд.

Дар ин марҳила, тақсимоти ҳарорат дигар комилан яксон нест. Хусусан дар системаҳои ферментатсияи часпакии баланд ё зичии баланди ҳуҷайраҳо, гармии маҳаллӣ ё хунукшавии нокифоя метавонад ба амал ояд, аз ин рӯ, бо роҳи беҳтар кардани самаранокии омехтакунӣ ва қобилияти вокуниши системаи идоракунӣ ҷуброн кардан лозим аст.

3. Миқёси саноатӣ (аз 1м³ то якчанд даҳҳо м³)

Зарфҳои ферментатсияи миқёси саноатӣ дар назорати ҳарорат бо мушкилоти бештар рӯ ба рӯ мешаванд:

• Масъалаи самаранокии интиқоли гармӣ: Бо афзоиши ҳаҷм, таносуби масоҳати сатҳ ба ҳаҷм кам мешавад, ки парокандашавии гармиро дар дохили воҳиди ҳаҷми гармӣ душвортар мекунад;
• Ҷамъшавии босуръати гармии мубодилаи моддаҳо: Консентратсияи баланди ҳуҷайраҳо ва мубодилаи моддаҳои фаъол боиси ҷамъшавии босуръати гармӣ мегардад;
• Системаи беҳтаршудаи хунуккунӣ: Системаҳои сершумор, аз қабили куртаҳои бисёрқабата, хунуккунакҳои пуриқтидор, катушкаҳои хунуккунӣ ва бурҷҳои хунуккунӣ қабул карда шудаанд;
• Сатҳи баланди автоматикунонӣ: Системаҳои DCS (Системаи идоракунии тақсимшуда) ё SCADA барои идоракунии ҳарорат истифода мешаванд, ки имкон медиҳанд назорати ҳарорати минтақа ва танзими динамикӣ таъмин карда шавад;
• Афзоиши инерсияи гармӣ: сустшавии реаксия, таъхири назорати ҳарорат, ки аз ин рӯ пешгӯии барвақт ва танзимро талаб мекунад;

Илова бар ин, ҳангоми тарҳрезии зарфҳои ферментатсияи миқёси калон, барои пешгӯии тақсимоти майдони ҳарорат, роҳнамоии тарҳрезии лӯлаҳои хунуккунӣ ва тарҳрезии омехтакунакҳо, симулятсияи CFD (динамикаи моеъи ҳисоббарорӣ) зарур аст.

III. Таҳлили фарқиятҳо дар стратегияҳои назорати ҳарорат

1. Суръати вокуниши назорати ҳарорат

Системаи миқёси лабораторӣ зуд вокуниш нишон медиҳад ва танзими ҳароратро дар давоми чанд сония анҷом медиҳад;

Системаи миқёси пилотӣ суръати миёнаи вокуниш дорад, ки аз даҳҳо сония то якчанд дақиқа тӯл мекашад;

Системаи миқёси саноатӣ сусттарин вокунишро дорад, ки метавонад якчанд дақиқа ё ҳатто бештар аз он вақтро гирад. Аз ин рӯ, аксар вақт стратегияи пешгӯикунанда (назорати пешгӯикунанда) қабул карда мешавад.

Системаи ферментатсияи миқёси саноатии MIKEBIO

2. Гуногунии усулҳои назорати ҳарорат

Барои системаҳои хурдҳаҷм, гармкунии барқӣ ва назорати оби хунук усулҳои асосӣ мебошанд;

Барои системаҳои дар миқёси озмоишӣ ва болотар, гармкунии буғӣ ва танзими таносуби омехтаи оби хунуккунӣ маъмулан истифода мешаванд;

Барои зарфҳои саноатӣ, идоракунии бисёрканалӣ лозим аст ва манбаъҳои хунук/гарм ба таври худкор вобаста ба ҳарорати муҳити зист, марҳилаи ферментатсия ва тағирёбии бори гармӣ иваз карда мешаванд.

3. Яксонии тақсимоти гармӣ

Зарфҳои хурд, аз сабаби андозаи хурдашон, метавонанд тавассути омехта кардан якрангии гармиро ба даст оранд;

Зарфҳои миқёси пилотӣ бояд омехтакуниро бо системаи гардиши назорати ҳарорат якҷоя кунанд;

Зарфҳои саноатӣ тарҳҳои мураккабтари сохтори дохилиро талаб мекунанд, ба монанди андозагирии ҳарорати бисёрнуқтаӣ, ҷараёни омехтакунии самтӣ ва хунуккунии қабатӣ ва ғайра.

1. Мушкилот дар самти назорати ҳарорат ва беҳсозии дастурҳо

IV. Робитаи байни назорати ҳарорат ва самаранокии ферментатсия

Дурустии назорати мустақими ҳарорат таъсир мерасонад суръати афзоиши микроорганизмҳо ва намуди метаболитҳои ҳосилшуда. Масалан, ҳангоми ферментатсияи антибиотикӣ, баландшавии ҳарорат метавонад ҷамъшавии ибтидоии биомассаро суръат бахшад, аммо ташаккули метаболитҳои дуюмдараҷаро боздорад. Барои равандҳое, ки дар онҳо маҳсулоти ферментатсия сафедаи ҳассос ба ҳарорат аст, ба монанди системаҳои ифодаи сафедаи рекомбинантӣ, инҳироф дар ҳарорат метавонад боиси печиши нодурусти сохтори сафеда ё ташаккули ҷисмҳои дохилшавӣ гардад ва ҳосили маҳсулотро ба таври назаррас коҳиш диҳад.

Ғайр аз ин, ҳангоми васеъ кардани миқёси равандҳо, фарқиятҳо дар стратегияҳои назорати ҳарорат низ яке аз сабабҳои асосии душвор будани такрори маълумоти лабораторӣ дар шароити саноатӣ мебошанд.

V. Хулоса

Назорати ҳарорат параметри калидӣ дар ферментатсияи биопровод мебошад. Зарфҳои ферментатсияи андозаҳои гуногун стратегияҳои назорати ҳароратро талаб мекунанд. Ферментатсияи хурд ба вокуниши зуд ва устуворӣ тамаркуз мекунад, ферментатсияи миёна тавозуни байни суръати вокуниш ва тақсимоти якхелаи ҳароратро талаб мекунад, дар ҳоле ки миқёси саноатӣ автоматикунонии баланд ва банақшагирии систематикиро талаб мекунад. Бо рушди технологияҳои интеллектуалии истеҳсолӣ ва таҳлили маълумот, системаҳои ояндаи назорати ҳарорат интеллектуалӣ ва дақиқтар хоҳанд буд ва барои равандҳои самаранок ва назоратшавандаи ферментатсия дастгирии қавӣ хоҳанд дошт.

Аз тарафи дигар, ҳангоми интихоби ферментатори биореактор, барои таъмини сифати маҳсулот, пайдо кардани истеҳсолкунандаи мунтазам бо обрӯи хуб ва қувват зарур аст. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd. соли 2008 таъсис ёфтааст ва ба он тамаркуз мекунад таҷҳизоти ферментатсияи биологӣ тадқиқот ва рушд, истеҳсол ва фурӯши корхонаҳои баландтехнологӣ. Ширкати мо платформаи озмоишии ферментатсия дорад, ки бо иктишоф ва автоматизатсия муттаҳид карда шудааст ва системаи пухтаи ферментатсияро сохтааст, ки метавонад беҳсозии раванди озмоишии ферментатсияро амалӣ кунад, таҳияи ҳамаи равандҳои равандро аз истеҳсоли озмоишии ферментатсия то ҷудокунӣ ва тозакунии маҳсулоти ферментатсия ба нақша гирад ва истгоҳи кории духтур ва озмоишгоҳи муосирро таъсис диҳад.

Ширкати мо дорои як корхонаи истеҳсолии стандартӣ мебошад, ки маҷмӯи пурраи таҷҳизот ва асбобҳои заруриро барои насб, аз ҷумла асбобҳои гуногуни мошинсозӣ, мошини кафшери автоматии аргон, мошини сайқалдиҳии автоматӣ, мошини буриши автоматӣ ва мошини ошкоркунии камбудиҳо ва зиёда аз 60 маҷмӯи дигар таҷҳизоти истеҳсолӣ ва озмоишӣ дорад, ки раванди истеҳсолӣ ҳама амалиёти стандартии муосирро амалӣ мекунад, то ба мизоҷон сифати касбӣ ва дастгирии техникиро таъмин намояд.