https://www.sinotechmachinery.com/products/parallel-bioreactor/

В ферментационной промышленности качество семян является краеугольным камнем производственного процесса и напрямую связано с эффективностью ферментации, выходом продукта и стабильностью качества. Высококачественные семена богаты микробными клетками с энергичной жизнеспособностью и стабильными генетическими характеристиками, которые могут быстро адаптироваться к среде ферментации, эффективно использовать ресурсы культуральной среды и способствовать быстрому накоплению метаболитов. Напротив, плохое качество семян может вызвать такие проблемы, как медленный рост и загрязнение чужеродными бактериями, серьезно ограничивая процесс ферментации и даже приводя к сбою в производстве. Поэтому строгий контроль технологии подготовки семян для обеспечения высокой чистоты семян и сильной жизнеспособности является ключом к повышению эффективности производства ферментации и обеспечению качества продукции. К основным факторам, влияющим на культуру семенного резервуара, относятся: условия питания, условия культуры, контроль загрязнения, определение уровня расширения и определение количества прививок.

01 Культурная среда (условия питания):

Культульная среда связана с приобретением питания и оказывает непосредственное влияние на рост, размножение, ферментную активность и выход микроорганизмов. Культурную среду можно разделить на базовое питание для роста C/N, контроль осмотического давления неорганических солей, состав для поддержания микроэлемента и систему регулирования активности ферментов pH.

Требования к питательной среде-простой состав, обилие источников, низкая цена и удобное приобретение материала. Культурная среда семян является основной средой для роста и размножения семян. Он обеспечивает микроорганизмы необходимыми питательными веществами, источниками энергии и подходящими физическими и химическими условиями. Прежде всего, достаточные и сбалансированные питательные вещества являются ключом к обеспечению жизнеспособности и количества семян. Например, источник углерода является энергетической основой для роста микроорганизмов, а источник азота является важным компонентом клеточного материала. Если источника углерода или источника азота недостаточно, рост семян будет подавлен, и ожидаемое количество и качество не могут быть достигнуты. Неорганические соли в культуральной среде, такие как фосфор, сера, магний, калий и др., играют незаменимую роль в поддержании баланса осмотического давления клеток, активности ферментов и структурной целостности клеток. Взяв в качестве примера фосфор, он участвует в синтезе нуклеиновых кислот и фосфолипидов. Если фосфор отсутствует, репликация клеточного генетического материала и образование клеточных мембран будут затруднены, тем самым влияя на рост и размножение семян. Чистота и содержание примесей сырья питательной среды будет влиять на рост микроорганизмов. Если сырье содержит токсичные вещества или ингибиторы, они могут оказывать токсическое воздействие на рост семян и даже вызывать гибель семян.

А. Последний уровень питательной среды в семенной емкости должен соответствовать уровню питательной среды в производственной емкости. В это время ферментная система, необходимая для ферментации, была установлена в предыдущем резервуаре, и ее не нужно перестраивать в новых условиях окружающей среды.

Б. Соотношение источника азота должно быть увеличено в культуральной среде семенного резервуара, а инкрементное соотношение неорганического азота должно быть больше.

С. После того, как штамм модернизирован, из-за различий в оборудовании (тип резервуара, форма перемешивания, скорость и т. Д.) Соотношение культуральной среды необходимо скорректировать в соответствии с экспериментом.

Возраст 02 вида, количество прививания:

Требование возраста семян имеет большое значение для пересадки в логарифмическую фазу роста.

Поскольку молодые семена еще не полностью выросли и не созрели, различные ферментные системы и метаболические механизмы в клетках еще не полностью установлены, что приводит к слабой способности адаптироваться к новой среде после пересадки и медленной скорости запуска. Старые виды, с другой стороны, также могут плохо работать в новой среде из-за таких причин, как снижение жизнеспособности клеток и метаболической способности. Обе ситуации продлят цикл ферментации, увеличат производственные затраты и в конечном итоге приведут к снижению урожайности. Количество прививок оказывает значительное влияние на продолжительность фазы запаздывания в новой среде. Когда количество инокуляции велико, сопутствующие метаболиты, такие как РНК, необходимые для деления и размножения клеток, являютсяБандант. Эти метаболиты могут быстро поддерживать рост и размножение клеток в новой среде, позволяя клеткам быстро входить в логарифмическую фазу роста и сокращать время адаптации к новой среде.

Напротив, если количество прививок слишком мало, содержание метаболитов в клетках недостаточно, и клеткам нужно тратить больше времени на синтез необходимых веществ, тем самым продлевая период лага. Принимая в качестве примера производство спирта дрожжевой ферментацией, когда количество прививания недостаточно, скорость производства спирта на ранней стадии ферментации будет значительно замедлена, что приведет к продлению всего цикла ферментации и снижению эффективности производства.

03 Температура:

Посмотрите на температуру на ранней стадии и растворенный кислород на более поздней стадии.

Любой микроорганизм имеет свою оптимальную температуру роста и температуру производства, а именно:

В области биологии температура, как один из ключевых факторов окружающей среды для роста микроорганизмов, чКак существенное влияние на скорость роста и метаболическую активность микроорганизмов. Согласно общему правилу, скорость роста микроорганизмов обычно удваивается при каждом увеличении на 10 ° С. Это связано главным образом с тем, что температура может напрямую влиять на метаболическую ферментную систему в клетках.

Ферменты-это белки, которые катализируют химические реакции в организмах, и почти все микробные процессы роста и метаболизма катализируются ферментами. Скорость реакции ферментов сильно зависит от температуры. Существует оптимальный температурный диапазон. В этом диапазоне активность ферментов является самой высокой, а рост и метаболизм микроорганизмов также являются самыми быстрыми. Когда температура ниже оптимальной температуры, активность фермента уменьшается, и скорость роста микроорганизмов замедляется; когда температура выше оптимальной температуры, фермент может потерять активность из-за денатурации, что приводит к замедлению роста микроорганизмов или даже смерти.

04 эффект pH:

4,1 Влияние значения pH на активность ферментов:

Регулирование активности ферментов: Ферменты являются ключевыми белками, которые катализируют биохимические реакции в микроорганизмах, и на их активность значительно влияет значение pH. Каждый фермент имеет свой оптимальный диапазон рН, в пределах которого активность фермента является самой высокой. Когда значение pH отклоняется от оптимального диапазона, активность фермента постепенно уменьшается или даже становится полностью неактивной. Это приведет к блокировке метаболического процесса микроорганизмов, влияя на поглощение и использование питательных веществ, тем самым снижая качество семян.

Воздействие на метаболические пути: изменения рН также могут вызывать изменения в микробных метаболических путях. Например, в кислых условиях некоторые микроорганизмы могут увеличивать путь ферментации молочной кислоты для поддержания гомеостаза pH, что может изменять типы и пропорции метаболитов, тем самым влияя на качество семян.

4,2 Влияние значения pH на клеточную мембрану:

Проницаемость клеточной мембраны: значение pH может влиять на состояние заряда микробной клеточной мембраны, тем самым изменяя проницаемость клеточной мембраны. Клеточная мембрана является основным каналом для обмена веществ микроорганизмами с внешней средой. Изменения его проницаемости будут напрямую влиять на усвоение питательных веществ и выведение метаболитов микроорганизмами.

Стабильность клеток: в экстремальных условиях рН структура клеточной мембраны может быть повреждена, в результате чего внутриклеточные вещества просачиваются или внешние вредные вещества попадают в клетку, тем самым влияя на нормальные физиологические функции клетки.

4,3 Влияние значения pH на усвоение питательных веществ:

Влияет на диссоциацию питательных веществ: питательные вещества (такие как аминокислоты, минералы и т. Д.) В культуральной среде диссоциируют в разной степени при разных условиях рН, что повлияет на эффективность поглощения и использования этих питательных веществ микроорганизмами.

Конкуренция, влияющая на питательные вещества: в системах смешанных культур различные микроорганизмы имеют разные способности поглощать и использовать питательные вещества. Изменения рН могут изменить эти конкурентные отношения, тем самым влияя на рост и размножение доминирующих видов бактерий.

Неоптимальные значения pH приведут к замедлению или даже застою темпов роста микроорганизмов, что повлияет на накопление биомассы и улучшение качества семян; длительное выращивание микроорганизмов в ненадлежащих условиях pH может привести к изменениям их генетических характеристик (таких как мутации генов, рекомбинация генов, и т. д.), Тем самым влияя на генетическую стабильность семян и стабильность последующего ферментационного производства; подходящее значение pH может улучшить стрессоустойчивость микроорганизмов (например, антиоксидантную, устойчивость к осмотическому давлению и т. д.), позволяя им лучше адаптироваться к сложной и изменчивой производственной среде и поддерживать стабильный рост и метаболический статус.

Анионы (ацетат, фосфат) поглощаются или источники азота используются для производства NH3, вызывая повышение pH;

-Поглощаются или накапливаются органические кислоты (NH4 , K), в результате чего рН падает;

PH питательной среды с высоким уровнем C переходит в низкий pH;

Значение pH среды с высоким содержанием N смещается в сторону высокого pH.

Существует три способа регулировки рН: кислотно-щелочной раствор; b буферный раствор; c физиологический буфер (физиологическая кислотная или физиологическая щелочная соль).

05 Аэрация и перемешивание:

Объем вентиляции, давление в резервуаре и совместное перемешивание определяют текущее состояние растворенного кислорода. Только когда растворенный кислород больше, чем текущий БПК, партия семян может расти нормально. После пересадки бактерии входят в логарифмический период роста, а деление и репродукцияСкорость дукции увеличивается экспоненциально. В это время объем вентиляции и мощность перемешивания обычно регулируются поочередно, чтобы сделать DO достичь требуемого стандарта бактерий. Как только бактерии не могут соответствовать стандарту, температура может быть соответствующим образом снижена, чтобы уменьшить потребление кислорода бактериями. В это время эффективность деления и роста бактерий снижается, но это не вызовет гипоксии, деформации или аутолиза.

5,1 Синергетический эффект объема вентиляции и перемешивания:

Объем вентиляции напрямую увеличивает источник растворенного кислорода путем введения свежего воздуха в ферментер. В то же время перемешивание улучшает равномерность распределения и эффективность массопереноса растворенного кислорода в культуральной среде, способствуя смешиванию газа, жидкости и твердых частиц в культуральной среде. Переменная регулировка объема вентиляции и мощности перемешивания может обеспечить точный контроль стадий растворенного кислорода. Например, в период интенсивного роста бактерий увеличение объема вентиляции и мощности перемешивания может увеличить уровень растворенного кислорода и удовлетворить потребность бактерий в кислороде; когда растворенный кислород является чрезмерным или недостаточным, растворенный кислород может оставаться стабильным, регулируя объем вентиляции и мощность перемешивания.

5,2 Связь между растворенным кислородом и БПК:

Биологическая потребность в кислороде (БПК)-это показатель степени органического загрязнения воды, который отражает количество кислорода, необходимое микроорганизмам для разложения этих органических веществ. Во время процесса ферментации микроорганизмы могут нормально расти только тогда, когда растворенный кислород (DO) превышает текущую биологическую потребность в кислороде (БПК). Если DO ниже, чем БПК, микроорганизмы будут подавлены недостатком кислорода, что приведет к снижению скорости роста, снижению накопления метаболитов и даже аутолизу клеток.

06 Определение стадий в семенном резервуаре:

Чем меньше стадий, тем меньше вероятность того, что он будет загрязнен. Этапы определяются свойствами штамма, такими как скорость роста, логарифмическая концентрация бактерий, уровень развития спор и т. Д. После непрерывной оптимизации и отладки количество стадий семенного резервуара должно быть максимально уменьшено, Но он должен основываться на предпосылке, что он не влияет или меньше влияет на увеличение периода запаздывания производственного бака и темпы роста в период логарифмического роста.

В ферментационной промышленности количество стадий семенного резервуара является ключевым параметром процесса, который напрямую влияет на риск микробного загрязнения, эффективность роста, а также стабильность и стоимость всего процесса ферментации. Определение уровня обычно основывается на характеристиках штамма, таких как скорость роста, логарифмическая концентрация бактерий, уровень развития спор и т. д. Эти факторы совместно определяют потребности и приспособляемость микроорганизмов на разных стадиях роста. Каковы преимущества сокращения числа этапов расширения?

6,1 Снижение риска загрязнения:

Чем меньше стадий, тем меньше рабочих стадий и изменений окружающей среды, которые испытывают микроорганизмы в процессе расширения, тем самым снижая риск загрязнения. Бактериальное загрязнение является распространенной проблемой в ферментационной промышленности, которая может привести к сбою ферментации, ухудшению качества продукции и даже прерыванию производства. Поэтому сокращение количества стадий имеет большое значение для повышения стабильности и надежности процесса ферментации.

6,2 Повышение эффективности роста:

В подходящих условиях скорость роста микроорганизмов постоянна, но каждый раз, когда микроорганизмы переносятся и расширяются, будет определенная потеря роста и период адаптации. Таким образом, уменьшение количества стадий может сократить время от прививания до логарифмического периода роста микроорганизмов и повысить эффективность роста.

6,3 Сокращение расходов:

Уменьшение количества этапов означает, что необходимое оборудование, силы, материалы и другие ресурсы также сокращаются соответственно, что способствует снижению производственных затрат.

Yaohai Биологический резервуар для семян 50L Yaohai Биологическая служба CRDMO 19952981076 (тот же WeChat)

6,4 Меры предосторожности:

В процессе сокращения количества этапов необходимо обеспечить, чтобы увеличение периода гистерезиса производственного резервуара и темпы роста в период логарифмического роста не были существенно затронуты. Это связано с тем, что период гистерезиса является критическим периодом для адаптации микроорганизмов к новой среде и корректировки их метаболического состояния. Если период гистерезиса будет слишком длительным, это приведет к удлинению всего цикла ферментации и снижению выхода. В то же время рост раВо время логарифмической фазы роста непосредственно определяет скорость размножения и конечную биомассу микроорганизмов. Если скорость роста снизится, это также повлияет на эффект ферментации и качество продукции.

07 Контроль бактерий на посевной стадии:

Загрязнение бактериями относится к загрязнению нецелевых микроорганизмов в процессе культивирования. Это может привести к сбою культуры или ухудшению качества продукции. Поэтому необходимо принимать строгие меры по асептической эксплуатации, такие как использование асептического оборудования, культуральной среды и инокулята, регулярная дезинфекция и стерилизация и т. Д.

7,1 Загрязнение бактериями непосредственно приводит к снижению качества семян:

Жизнеспособность семян отражается в способности к расщеплению, общем количестве жизнеспособных бактерий и времени, необходимом для запуска. Нормальные семена должны быть чистыми и одиночными микробными популяциями, но после загрязнения другие бактерии будут смешиваться, изменяя микробный состав и пропорцию семян. Это повлияет на характеристики роста и метаболическую активность семян. Например, бактерии могут конкурировать за питательные вещества, мешать нормальному росту и метаболизму целевых микроорганизмов, приводить к недостаточной жизнеспособности семян, увеличивать время, необходимое для расширения, и т. д.

7,2 Загрязнение бактериями влияет на выход и качество ферментации:

Из-за присутствия бактерий в семенах, принудительной инокуляции или игнорирования риска бактериального загрязнения, после попадания в резервуар эти бактерии могут продуцировать вещества, отличные от целевого продукта, что приводит к снижению выхода и чистоты продукта ферментации. Например, при производстве антибиотиков бактериальное загрязнение может снизить эффективность антибиотиков или даже не соответствовать фармацевтическим стандартам.

7,3 Сбой СОП, временная регулировка процесса:

После инокуляции семенной жидкости, содержащей инородные бактерии, физические и химические свойства ферментационной жидкости в производственном резервуаре, такие как значение pH, растворенный кислород и т. Д., Могут быть изменены, тем самым разрушая подходящую среду ферментации, влияя на нормальный рост и метаболическая регуляция микроорганизмов, Это приводит к тому, что процесс ферментации становится неупорядоченным и не может работать в соответствии с установленным СОП, что требует временного вмешательства и руководства технологическим персоналом.

7,4 Бактериальное загрязнение приведет к увеличению производственных затрат:

Как только бактериальное загрязнение обнаружено, для борьбы с ним часто требуется ряд мер, таких как остановка ферментации, очистка оборудования и повторная подготовка семян, что требует много рабочей силы и материальных ресурсов и увеличивает временные затраты.

Бактериального загрязнения в период активации можно избежать, увеличив количество параллельных операций и выбрав высококачественные штаммы для встряхивания бутылок. Даже если происходит бактериальное загрязнение, это увеличит временные затраты и не приведет к большим материальным затратам и потерям на техническое обслуживание оборудования; потеря бактериального загрязнения на стадии расширения больше, чем на стадии активации, но все же мудрее прекратить ферментацию после того, как происходит бактериальное загрязнение.

Связанные Sinotech биореактор ферментер для продажи