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解读发酵罐工艺中罐温的控制及PH值的控制

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解读发酵罐工艺中罐温的控制及PH值的控制

发布日期:2018-07-17 14:40 来源:http://www.china-bioreactor.com 点击:

  发酵罐的操作是一个严谨的工作,如何控制发酵罐工艺过程中的参数十分重要。而工艺参数有很多,今天我们来说说发酵罐工艺过程中的罐温控制及PH值控制。

  一、罐温控制

  参数作用罐温会影响发酵过程中酶反应的速率及氧在培养液中的溶解度,其与菌体生长、抗生素合成及溶解氧都有密切关系。

  罐温控制罐温控制主要包括控制加热量与冷却量。其中,加热量是由工艺计算而得;冷却量是指在加热或灭菌后,且在规定的冷却时间下所需要的冷量。罐温控制装置由一个加热器和冷却水电磁阀组成,当发酵罐内温度低于(或高于)某个设定值时,系统将自动开启加热器(或冷却水电磁阀),以达到控制发酵罐温度的目的。

  通过计算在规定的冷却时间下所需的冷量得出冷却量,通过计算在规定的加热时间下所需的热量得出加热量。通过焓值计算和换热速率,得出换热面积,也就是发酵罐的夹套或盘管的面积。

  通过对管路长度、介质压力及压力损失的计算,才能确定换热管的管径,进而确定控制阀的通径,控制阀通径是以培养温度的控制波动量为主要参数。若以培养温度的控制波动量为参数来计算,往往可设定60%~80%的开度为稳定值;若要兼顾灭菌升温时间,那么取值可以低些,此时培养温度控制波动量就会大些。

  在带冷热夹套的温度控制系统中,如果上述工艺参数计算取值恰当,则参数控制相对精确,其中工艺参数可采用飞升曲线计算或经验法等方法获得。在兼顾培养和灭菌的罐温控制中,采用PID自动控制,其培养温度的波动控制范围在±0.1 ℃。

  其中,微分作用能提高动态响应速度,积分作用能有效消除静态误差,使环境温度不对罐温控制产生影响。当然,换热夹套的设计要尽可能薄,以减少温控滞后所带来的波动。

  灭菌控制按照工艺与GMP要求,对发酵设备应当进行清洁、消毒或灭菌。发酵罐通常采用的灭菌方法是湿热灭菌。在灭菌温度控制中,先进的发酵罐的管路中往往用疏水隔膜阀来替代传统的疏水阀,但对所灭菌系统与蒸汽管路及阀门通径的设计有一定要求。

  在灭菌程序设计中,通蒸汽时间和疏水时间间隔应相匹配,在疏水隔膜阀打开的瞬间,其罐体压力几乎不变,且冷凝水被有效疏掉,此过程没有冷点出现。在灭菌温度控制中,应考虑升温曲线中的温度波动周期,一般设定为到达设定温度的1 min后才正式计时,以满足湿热灭菌的F0值要求。

  二、pH值控制

  参数作用发酵液的pH值是发酵过程中各种生化反应的酸碱性的综合反映。

  pH值控制pH值补料形式有流加、滴加两种,pH值控制与补料系统主要由蠕动泵(或其他输送系统)及称重系统组成。除称重系统外,这些控制系统受罐间的压差影响较大,其中还有液位引起的压力变化,称重系统还受液面波动的影响,所以要视罐的大小、径高比和使用情况综合考虑。

  目前,pH控制装置由一个加酸蠕动泵和一个加碱蠕动泵组成。当pH值高于设定值时,系统自动启动加酸蠕动泵,以时间比例方式向发酵罐通入酸液,直至设定值;当pH小于设定值时,则启动加碱蠕动泵进行调节。

  另外,我们还需注意一些问题。比如发酵罐的灭菌问题。

  发酵罐初次使用及排空后使用要注意:夹套注满水,检查浮球排气阀及其他排气管路装置的排气状态,以保证夹套的高液位。否则,易导致灭菌的升温时间滞后,且升温不正常。灭菌升温不正常还与以下几方面有关:(1)进水阀是否正常,是否堵塞;(2)疏水阀是否堵塞,换热夹套高温高压时是否内漏,升温时的内漏不一定伴有巨大撞击声,只有在降温时才会出现这种现象。

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