发酵工艺的优化
发酵工艺的优化在发酵行业起到很大的作用,尤其是在发酵生产中,它是提高发酵指标的一项非常,有用的技术手段.同时也是搞发酵行业的人的必备知识要求之一,借此我想通过和大家交流共同提高发酵方面的知识水平.
发酵工艺优化方法与思路:发酵工艺优化的方法有很多,它们之间不是孤立的,而是相互联系的。在一种发酵中,往往是多种优化方法的结合,其目的就是发酵是细胞大规模培养技术中最早被人们认识和利用的。发酵技术在医药、轻工、食品、农业、环保等领域的广泛应用，使这一技术在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种的选育或基因工程的构建。而实际上，发酵工艺的优化，包括生物反应器中的工程问题，也同样非常重要。发酵环境条件的优化是发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。温度、pH值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。
同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时期，对环境条件可能会有不同的要求。因此，应该在生物反应器内，使温度、pH值、溶氧、搅拌转速等不断变换，始终为其提供最佳的环境条件，以提高目的产物的得率,在发酵放大实验中，一般都很注重寻找最佳的培养基配方和最佳的温度、pH值、溶氧等参数，但往往忽视了细胞代谢流的变化。例如：在溶解氧浓度的测量与控制时，关心的是最佳氧浓度或其临界值，而不注意细胞代谢时的摄氧率；用氨水调节pH 值时，关心的是最佳pH值，却不注意添加氨水时的动态变化及其与其他发酵过程的参数的关系，而这些变化对细胞的生长代谢却非常重要。
注意:大家可以从以下各个方面进行交流.尽量能够分类进行叙述,我总结了以下几累,也不是很全,当然从其他的方面进行交流也可以,但是希望你注明附加说明!!!谢谢大家的参与!!!!!!!!!
一. 好氧发酵
1. PH工艺的优化
2. 溶氧工艺的优化
3.原材料工艺的优化
4.消毒(灭菌)工艺的优化
5.菌种制备工艺的优化
6.小试到中试,中试到生产等扩大实验的工艺优化
7.成本工艺优化
8.种子罐工艺的优化
9.发酵罐工艺参数控制的优化
10.仪表控制的工艺优化
11.环境的工艺优化
12.染菌处理的工艺优化
13.紧急情况处理的工艺优化(停电\停水\停气\停汽等)
14.补料工艺的优化
15.倒种工艺的优化
16发酵设备的工艺优化
17.其他的工艺优化
二. 厌氧工艺的优化
三.固体发酵的工艺优化
四.其他
不同的PH,可以减少杂质的产生,同时还可以缓解溶氧,比如在头孢发酵中,通过在后期调整PH可以减少DCPC的含量,给提取工序带来很大的好处,
E.补料罐通过PH的调节可以更好的通过流加物料而不影响发酵. (部分发酵在不同时期的PH有所不同,所以通过补料罐的调整可以对发酵指标有所提高)
F.发酵过程中的PH调节可以通过各种方法,不一定要添加氨水和氢氧化钠,可以添加玉米桨等其他的物料来进行调节.
G.控制放罐时的PH可以对后面的过滤有所影响,所以一定要控制好放罐前的PH
H.绘制种子瓶和种子罐以及发酵罐等整个发酵过程的PH生长曲线,可以用来参考控制工艺,检测无菌情况的发生.
2005-09-21 09:52
2005-09-21 11:46
sytu76战友说的很有道理，发酵工程优化是Technology,而不是science。但是有些事情可能不是你想象的那样，毕竟现在国内的公司和厂家主要以Technology为主，学校和科研单位以基础理论为主，现在的大体情况是科研和实际的生产应用有些脱钩，搞科研的大部分对搞生产的知识和应用有所缺陷，相反搞生产的觉得搞科研用处不大，尤其是现在的国内大的公司很少有出钱搞科研（基础理论研究）的，他们宁愿把大部分的钱用于工艺上的改进，而不愿意投资搞新产品的开发。其他方面我不是很清楚，但是在生物制药方面中国的新产品开发和应用成功的现在几乎占不到国外的千分之一。根据调查（刚刚进行的在北京进行的国际首届生物高级经济论坛报告）指出，现在中国的公司和科研脱钩严重，搞科研的只关心发高水平文章，不关心应用，更不关心生产。他们并不了解公司真正需要什么技术，现在公司和科研单位（包括学校）真正联手搞发展的很少，走形式的很多。像国外大的公司自己出钱搞科研开发的几乎没有，因为大部分的公司宁愿花钱去买现成的工艺和技术。
至于公司和学校等科研单位合作很难的原因有很多，什么保密、付款、应用等等，我们关心的是我们毕业早晚要参加工作，如果搞理论和科研也好，但是大部分的人员是要参加公司工作的，所以多了解这方面的知识，尤其是理论和实践结合的知识对我们很有用处。因为我们公司近几年招徕的新学生（包括研究生和博士）对公司的生产和科研很不适应，他们往往只是从事某方面的工作，而且基础的东西占有很大的比例。为了更好的毕业后融入工作人员的大家庭，出于这个目的，所以我才开这个交流，希望对将要毕业从事工作的人有所帮助，也对刚刚参加工作的人有所启示。大家共同学习，提高，当然在更多的方面进行交流更好，我们可以学习更多的知识。！！谢谢大家的参与！！！！
我再根据自己的经验谈谈：不足之处，敬请大家给与补充改正！
2. 溶氧工艺的优化
A.影响溶氧的条件有：温度、通气量、发酵液性质、物料的性质、补料的情况、压力、搅拌的形式、设备的各种参数、菌丝
本身的情况、染菌等等
b. 控制好的溶氧要从各个方面分析入手，比如说，在不同的周期要调整各种影响溶氧的条件顺序就不一样，前期可以调整通气量，罐压然后温度，经搅拌等对生产指标影响不大，但是在发酵后期则要注意：如果你的军种和产物的生产对温度敏感的话，则需要最后调整温度，如果对压力或者二氧化碳敏感的话则最后再调整压力。其他的情况一样。也可以通过顺序调整来节省成本。
c. 搅拌的形式很多，我们试过很多的形式，根据设备的不同选型有所不同，但是必须要根据你的发酵液的性质和电机的功率等进行选择。这方面在发酵设备这本书上有详细的描述。注意一点是：搅拌的选择要注意它的接口和缝隙，避免染菌。
d. 空气分布器可以根据设备的情况进行设计，保证它和物料的混合度达到最大当然最好。不过一定要考虑它对染菌的影响。以及对其进行清洗的方便和消毒的方便，不易杜塞等。
e. 通过补料可以缓解溶氧，尤其是你的部料成分对发酵后其有很大影响的时候，通过合适的补料时间和补料量的控制可达到提高发酵指标的效果。具体问题具体分析了！
f. 通气量的控制可以根据菌丝的ph 的变化和溶氧计的测量进行控制，同时可以根据补料量的多少进行控制，这些均可以作为调整溶氧的参考依据。
2005-09-22 12:53
2005-09-23 10:40 2005-09-23 10:59
光知道说闲话了，忘了专业的交流，呵呵，再补充些工艺优化的知识和经验
从摇瓶试验到中试发酵罐试验的不同之处
1、消毒方式不同，摇瓶是外流蒸汽静态加热（大部分是这样的），发酵罐是直接蒸汽动态加热，部分的是直接和蒸汽混合，会因此影响发酵培养基的质量，体积，PH，透光率等指标。扩大时摇考虑
2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时的菌株损失和菌种的适应性等。
3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面直接接触。发酵罐是和空气混合接触，考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。
4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决的。
5、搅拌方式不同，摇瓶是摇转方式进行混合搅拌，对菌株的剪切力较小。发酵罐是直接机械搅拌，注意剪切力的影响和无菌的影响。
6、PH的控制，摇瓶一般通过碳酸钙和间断补料控制PH，发酵可以直接流加控制PH，比较方便。
7、温度控制，摇瓶是空气直接接触或者传热控制温度，但是发酵罐是蛇罐或者夹套水降温控制，注意降温和加热的影响。
8、注意染菌的控制方法不一样，发酵罐根据染菌的周期和染菌的类型等可以采取一些必要的措施减少损失。
9、发酵罐可以取样或者仪表时时检测，但是摇瓶因为量小不能方便的进行控制和检测。
10、原材料不一样，发酵所用原材料比较廉价而且粗旷，工艺控制和摇瓶区别很大等等。，
我就说这么多了，如果有不足之处，请大家补充！！改正！！补料分批培养(fed—batch culture简称FBC)是指在分批培养过程
2005-09-23 22:01
2005-09-24 10:43 2005-09-24 17:18
2005-09-25 08:22
兼性厌氧发酵没有什么影响，如果你的菌种要求很严的话，最好用干冰加入已经灭菌的空摇瓶后，立刻用其他的样品培养基分装即可。当然也可以用氮气。最好是二氧化碳。
你可以再查查看是否有其他的方法，我说的也不完全。！！2005-09-25 11:04
保证无菌要求），很少的设备公司能够做好这样的设备。
5、发酵的补料消毒可以通过调节好PH的几种料一起进行消毒，节约成本，如果部分的发酵中对几种物料的利用安比例进行，而且这些物料不发生任何反映，这样消毒既可以调节浓度控制蒸发量，又可以节约能源，一举两得。
6、部分得补料可以加入某种不容物质，消毒后再分开。保证设备的干净和无菌等，例如油里面可以加入其他的易溶于水的物质等，消毒后分水时可以把它分开。
7、消毒在保证无菌的前体下，还要考虑经济、对培养基破坏情况、操作方便（节省维修时间人员等）、工艺改进等等。
2005-09-25 11:11
是否你培养的菌与溶氧有关系，在一个还应考虑剪切力，即摇床震荡速度，
2005-09-28 15:28
有道理！有道理！我以前做过摇瓶和静止的对照，结果只有静止培养的才有抗菌活性，而且发酵液中有很多胶状物质，我怀疑是不是因为摇床而破坏了这种胶状物质的产生，我发酵的这个细菌产生的是胞外次级代谢物，究竟是什么物质会在摇动时被破坏，上楼所说的剪切力一般如何考虑和处理？敬恭详述。。。
举报
腺病毒包装shRNA / 基因过表达
2005-09-29 11:30
请问发酵液（静止培养）中的胶状物质一般是什么，酶还是抗菌素，如果是酶的话，应该怎么提取出来啊？
举报
? 【专题】心脏病例讨论——每周一例（50）
2005-09-29 20:57
剪切力的计算可以参考（发酵设备），一般的说剪切力一般以搅拌叶的线速度测量，如果没有摇瓶没有搅拌可以参考摇瓶中最
2005-09-30 19:05
2005-09-30 19:06
2005-10-01 18:40 2005-10-02 11:45
2005-10-02 23:30
的统计处理不够重视，相关的检验欠缺。因为在发酵时，涉及微生物性质（种类、种龄、活力，接种量），生长条件（pH、温度），培养基组成，传递条件（溶氧量或转速、搅拌速度）等多个变量，所以不仅要考察每个因素的效应，还应考察是否存在不同因素的协同效应。一般而言，存在如此多的因素，协同效应在所难免。而要高效判别协同效应，统计手段就不可不重视。此外，要高效的进行优化时，也应该借助统计手段确定各个因素的效应大小，选择重要的因素进行重点考察，即抓住主要矛盾把好钢（精力）用在刀刃（关键因素）上。因此，在优化发酵工艺时，一定要有意识的应用统计手段，首先确定关键因素（包括产生重要协同效应的因素），而后再集中精力优化关键因素。值得一提的是，要事半功倍地实现优化目标，就应该时刻牢记要抓住主要矛盾。
2. 用统计手段建立数学模型：前点已提及要建立数学模型，但为什么要用统计手段建立数模了？我们都知道盲人摸象的故事，其实优化发酵工艺也与此类似。试想，如果我们能准确地定量了解各个因素是如何影响发酵目标的，那要进行优化就是个简单地求最值的问题。之所以进行单因素试验或者正交试验，目的就是通过考察输入－输出关系建立变量－响应间的关系。我们如果仅仅通过考察几个孤立的点就想得到一个系统的全局的关系实在有盲人摸象的危险：获得一个局部的关系，得到一个局部的极值而非全局最值；或者获得失真的关系，得到连极值都不是的结果。而如果借助统计手段，我们可以有意识的选取一些有代表性的点，以获得全局的正确关系。比如，如果确定一个正方体的考察空间，那可以选择八个顶点＋一个中心点，还可以补充考察六个面上的中心点。如此一来，不仅对全局做到了有效考察，而且最少只用9个点就可以达到目标，胜于无目的地考察正方体的其他点。
3. 如何事半功倍确定有效因素：如果有12个因素需要考察，那考虑到因素间的两两协同效应，则要另增加12×11＝132个因素。如果采用单因素试验或正交试验，试验将非比寻常。如果借助适当的统计手段，则可大大减少试验次数。如Plackett－Burman（拼写可能有误）试验，n次试验可以考察n-1个因素，即进行12次试验可以考察11个因素。虽然PB有一定的缺陷，但一般而言的确是高效而又实用的。类似的非平衡或平衡块统计手段还有许多，我们可以根据需要选择合适的手段进行试验以达到目的。
4.应用统计优化的其他好处：在建立数学模型是，选择合适的方法也对优化过程和结果大有裨益。借助最陡爬坡试验、中心点试验，相应
面方法，均匀设计等方法能让你准确、高效的完成试验。借助SAS，SPAA，Statistics等统计手段，你可以快速完成数据的分析、模型构建及假设检验。而且这些统计软件还特供了强大的绘图能力，你可以看到所建模型的三维图像，得到直观影响，轻松进行最优求解得到优化条件。另外，最优算法发展比较快，象基因算法，神经元网络算法也广为应用。
因为一时没有资料，凭记性抛砖，谬误四溢还望大家指正，谢谢。