Biologik fermentatsiya jarayonlarida turli o'lchamdagi fermentatsiya tanklari uchun haroratni boshqarish strategiyalaridagi farqlar

Kirish

Biologik fermentatsiya - bu mikroorganizmlarning metabolik faolligi orqali xom ashyoni maqsadli mahsulotlarga aylantiradigan jarayon. U farmatsevtika, oziq-ovqat, qishloq xo'jaligi va atrof-muhitni muhofaza qilish sohalarida keng qo'llaniladi. Fermentatsiya jarayonida harorat mikrobial faollikka, metabolik yo'llarga va mahsulot hosil bo'lishiga ta'sir qiluvchi asosiy parametrdir. Fermentatsiya tanklarining turli o'lchamlari orasida haroratni boshqarish strategiyalarida sezilarli farqlar mavjud bo'lib, ular asosan issiqlik o'tkazuvchanligi samaradorligi, boshqaruv tizimining tuzilishi, javob tezligi, energiya sarfini boshqarish va jarayonni masshtablashda namoyon bo'ladi. Ushbu maqola haroratni boshqarish strategiyalaridagi farqlarni tizimli ravishda tahlil qiladi. fermentatsiya tanklari laboratoriya, tajriba va sanoat miqyosida va ularning sabablari, fermentatsiya jarayonlarini optimallashtirish va kengaytirish bo'yicha nazariy ma'lumotnomalar berish maqsadida.

I. Fermentatsiya jarayonida haroratni nazorat qilishning roli

Harorat mikrobial hujayralarning fermentativ faolligiga, hujayra membranalarining o'tkazuvchanligiga, metabolik yo'llarni tanlashga va mahsulotlarning hosil bo'lish tezligiga ta'sir qiladi. Ko'pgina fermentatsiya jarayonlarida mikroorganizmlar uchun optimal harorat oralig'i 20 dan 40 daraja Selsiy oralig'ida bo'ladi. Bu diapazondan oshib ketish metabolik samaradorlikning pasayishiga yoki hatto hujayralarning o'limiga olib keladi. Shuning uchun, fermentatsiya samaradorligi va mahsulot sifatini ta'minlash uchun tegishli va barqaror haroratni saqlash zaruriy shartdir.

Haroratni boshqarish tizimi nafaqat belgilangan haroratni barqaror ushlab turishi, balki fermentatsiya jarayonida to'satdan issiqlik o'zgarishi (masalan, ko'p miqdorda metabolik issiqlik hosil qiluvchi mikrobial ko'payish) kabi muammolarni hal qilish uchun tezda javob berish qobiliyatiga ega bo'lishi kerak.

II. Turli o'lchamdagi fermentatsiya idishlarining haroratni boshqarish tizimlari

1. Laboratoriya shkalasi (1L - 20L)

Laboratoriya darajasidagi fermentatsiya idishlari odatda kichikroq o'lchamga ega va issiqlik hosil qilish va tarqalish tezligiga ega. Ularning haroratni boshqarish tizimlari nisbatan sodda va odatda quyidagi komponentlardan iborat:

• Isitish tizimi: Elektr isitish ko'ylagi yoki isitish tayoqchasi;
• Sovutish tizimi: Sovutilgan suvning qobiq yoki o'rnatilgan sovutish bobinlari orqali aylanishi;
• Boshqaruv tizimi: Isitish va sovutish o'rtasidagi almashinuvni boshqarish uchun termistorlarga ulangan PID (Proportional-Integral-Derivative) boshqaruv tizimi;
• Harorat bo'yicha fikr-mulohaza: Termojuftlar yoki termistorlar real vaqt rejimida harorat signallarini taqdim etadi.

Kichik o'lchamlari tufayli issiqlik osongina teng taqsimlanadi, haroratni boshqarish tez va tizim barqarorligi yuqori. Harorat tebranishi odatda ±0,2 ℃ oralig'ida.

2. Uchuvchi shkalasi (50L - 500L)

Uchuvchi miqyosdagi fermentatsiya idishlari jarayonlarni optimallashtirish va masshtablashni tekshirish uchun ishlatiladi. Tizimning murakkabligi sezilarli darajada oshadi:

• Isitish usuli: Issiq suv aylanish tizimi ko'ylagi yoki bug 'isitish orqali
• Sovutish usuli: Sovutish suvi aylanishi yoki ichki sovutish bobinlari bo'lgan ikki qavatli ko'ylagi;
• Haroratni boshqarish uskunalari: Odatda sovuq/issiq suv nisbatini sozlash mumkin bo'lgan PLC boshqaruv tizimi bilan jihozlangan;
• Kuzatuv nuqtalari: Suyuqlikning turli qismlaridagi harorat farqlarini kuzatish uchun harorat sensorlarini bir nechta nuqtalarga joylashtirish mumkin.

Bu bosqichda harorat taqsimoti endi to'liq bir xil emas. Ayniqsa, yuqori yopishqoqlikdagi yoki yuqori zichlikdagi hujayrali fermentatsiya tizimlarida mahalliy qizib ketish yoki past sovutish yuz berishi mumkin, shuning uchun aralashtirish samaradorligini va boshqaruv tizimining javob berish qobiliyatini optimallashtirish orqali kompensatsiya qilish kerak.

3. Sanoat miqyosi (1 m³ dan bir necha o'nlab m³ gacha)

Sanoat miqyosidagi fermentatsiya tanklari haroratni nazorat qilishda ko'proq qiyinchiliklarga duch keling:

• Issiqlik uzatish samaradorligi muammosi: Hajm oshgani sayin, sirt maydonining hajmga nisbati kamayadi, bu esa issiqlikning birlik hajm ichida tarqalishini qiyinlashtiradi;
• Metabolik issiqlikning tez to'planishi: Yuqori hujayra konsentratsiyasi va faol metabolizm tez issiqlik to'planishiga olib keladi;
• Kengaytirilgan sovutish tizimi: Ko'p qatlamli kurtkalar, yuqori quvvatli sovutgichlar, sovutish bobinlari va sovutish minoralari kabi bir nechta tizimlar qo'llaniladi;
• Avtomatlashtirishning yuqori darajasi: Haroratni boshqarish uchun DCS (Tarqatilgan Boshqaruv Tizimi) yoki SCADA tizimlari qo'llaniladi, bu zona haroratini boshqarish va dinamik sozlash imkonini beradi;
• Issiqlik inersiyasining ortishi: Reaksiya sekinlashadi, haroratni nazorat qilish kechiktiriladi, shuning uchun erta bashorat qilish va sozlash talab etiladi;

Bundan tashqari, keng ko'lamli fermentatsiya tanklarini loyihalash jarayonida harorat maydonining taqsimotini bashorat qilish, sovutish quvurlari joylashuvi va aralashtirgichlarni loyihalashda rahbarlik qilish uchun CFD (Hisoblash suyuqlik dinamikasi) simulyatsiyasi talab qilinadi.

III. Haroratni boshqarish strategiyalaridagi farqlarni tahlil qilish

1. Haroratni nazorat qilishning javob tezligi

Laboratoriya miqyosidagi tizim tezda javob beradi va haroratni bir necha soniya ichida sozlashni yakunlaydi;

Uchuvchi miqyosidagi tizim o'rtacha javob berish tezligiga ega, o'nlab soniyalardan bir necha daqiqagacha davom etadi;

Sanoat miqyosidagi tizim eng sekin javob beradi, bu bir necha daqiqa yoki undan ham ko'proq vaqt talab qilishi mumkin. Shuning uchun ko'pincha bashoratli strategiya (bashoratli nazorat) qo'llaniladi.

MIKEBIO sanoat miqyosidagi fermentatsiya tizimi

2. Haroratni boshqarish usullarining xilma-xilligi

Kichik o'lchamli tizimlar uchun elektr isitish va sovuq suvni boshqarish asosiy usullar hisoblanadi;

Uchuvchi miqyosdagi va undan yuqori tizimlar uchun bug' bilan isitish va sovutish suvi aralashmasining nisbatini sozlash odatda qo'llaniladi;

Sanoat miqyosidagi tanklar uchun ko'p kanalli boshqaruv talab qilinadi va sovuq/issiq manbalar atrof-muhit harorati, fermentatsiya bosqichi va issiqlik yukining o'zgarishiga qarab avtomatik ravishda o'zgartiriladi.

3. Issiqlik taqsimotining bir xilligi

Kichik tanklar, kichik o'lchamlari tufayli, aralashtirish orqali issiqlikning bir xilligiga erishishi mumkin;

Uchuvchi o'lchamdagi tanklar aralashtirishni haroratni boshqarish sirkulyatsiya tizimi bilan birlashtirishi kerak;

Sanoat tanklari ko'p nuqtali haroratni o'lchash, yo'nalishli aralashtirish oqimi va qatlamli sovutish kabi murakkabroq ichki tuzilish dizaynlarini talab qiladi.

1. Haroratni nazorat qilish va optimallashtirish yo'nalishlaridagi qiyinchiliklar

IV. Haroratni nazorat qilish va fermentatsiya samaradorligi o'rtasidagi bog'liqlik

Haroratni to'g'ridan-to'g'ri nazorat qilishning aniqligi ta'sir qiladi mikroorganizmlarning o'sish sur'ati va hosil bo'lgan metabolitlar turi. Masalan, antibiotik fermentatsiyasida haroratning oshishi biomassaning dastlabki to'planishini tezlashtirishi mumkin, ammo ikkilamchi metabolitlarning hosil bo'lishiga to'sqinlik qilishi mumkin. Fermentatsiya mahsuloti haroratga sezgir oqsil bo'lgan jarayonlar uchun, masalan, rekombinant oqsil ifoda tizimlari uchun haroratdagi og'ishlar oqsil tuzilishining noto'g'ri buklanishiga yoki inklyuziya tanachalarining hosil bo'lishiga olib kelishi mumkin, bu esa mahsulot hosildorligini jiddiy ravishda kamaytiradi.

Bundan tashqari, jarayonlarni kengaytirish jarayonida haroratni nazorat qilish strategiyalaridagi farqlar ham laboratoriya ma'lumotlarini sanoat sharoitida takrorlash qiyinligining asosiy sabablaridan biridir.

V. Xulosa

Bioqayta ishlash fermentatsiyasida haroratni nazorat qilish asosiy parametr hisoblanadi. Turli o'lchamdagi fermentatsiya idishlari maqsadli haroratni nazorat qilish strategiyalarini talab qiladi. Kichik miqyosdagi fermentatsiya tezkor javob va barqarorlikka qaratilgan, o'rta miqyosdagi fermentatsiya javob tezligi va haroratning bir xil taqsimlanishi o'rtasidagi muvozanatni talab qiladi, sanoat miqyosidagi fermentatsiya esa yuqori avtomatlashtirish va tizimli rejalashtirishni talab qiladi. Aqlli ishlab chiqarish va ma'lumotlarni tahlil qilish texnologiyalarining rivojlanishi bilan kelajakdagi haroratni nazorat qilish tizimlari yanada aqlli va aniq bo'lib, samarali va boshqariladigan fermentatsiya jarayonlarini kuchli qo'llab-quvvatlaydi.

Boshqa tomondan, tanlashda bioreaktor fermentatori, mahsulot sifatini ta'minlash uchun yaxshi obro'ga va kuchga ega doimiy ishlab chiqaruvchini topish kerak. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd. 2008-yilda tashkil etilgan bo'lib, diqqat markazida biologik fermentatsiya uskunalari Yuqori texnologiyali korxonalarni tadqiq qilish va rivojlantirish, ishlab chiqarish va sotish. Kompaniyamizda razvedka va avtomatlashtirish bilan integratsiyalashgan tajriba fermentatsiya platformasi mavjud va tajriba fermentatsiya jarayonini optimallashtirishni amalga oshirishi, tajriba fermentatsiya ishlab chiqarishdan tortib fermentatsiya mahsulotlarini ajratish va tozalashgacha bo'lgan barcha jarayon jarayonlarini ishlab chiqishni amalga oshirishi, shuningdek, shifokor ish stantsiyasi va zamonaviy laboratoriyani tashkil qilishi mumkin bo'lgan etuk fermentatsiya tizimini yaratdi.

Kompaniyamiz standartlashtirilgan ishlab chiqarish zavodiga ega bo'lib, o'rnatish uchun zarur bo'lgan to'liq uskunalar va asboblar to'plamiga ega, asosan turli xil dastgohlar, avtomatik argon boshq payvandlash mashinasi, avtomatik abraziv mashinasi, avtomatik kesish mashinasi va nuqsonlarni aniqlash mashinasi va boshqa 60 dan ortiq ishlab chiqarish va sinov uskunalari to'plamini o'z ichiga oladi, ishlab chiqarish jarayoni mijozlarga yanada professional sifat va texnik yordam ko'rsatish uchun zamonaviy standart operatsiyalarni amalga oshiradi.