發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本

如何降低發(fā)酵成本？組員：蘇佳敏、蘇桂萍、 黃家偉、張瑚、陳喬喬、馮明潔、陳君洋 發(fā)酵成本的控制主要方法：一、降低原料成本 菌種改良 發(fā)酵工藝改進 選用廉價原材料二、節(jié)能 菌種和發(fā)酵工藝改良 降低通氣成本 通氣與攪拌的優(yōu)化組合三、提高設(shè)備利用率 縮短非運轉(zhuǎn)時間 增加菌體濃度 加大發(fā)酵液收獲體積 降低原料成本原料成本是發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)中最大的一項成本，因此，我們對它的控制優(yōu)先予以考慮。戳這里返回 菌種改良以降低原材料消耗為目的的菌種改良，就是要獲得能以較少的基質(zhì)投入生產(chǎn)出更多產(chǎn)物的優(yōu)良菌株，提高基質(zhì)至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化得率 結(jié)果： 結(jié)論：對黑曲霉菌 Co827 進行復(fù)合誘變后獲得的菌株V73 ,其主要性能比原菌株有了很大的提高,達到了選育檸檬酸高產(chǎn)菌株的目的。在生產(chǎn)發(fā)酵工藝條件不用大的改變的前提下（風(fēng)量可以比以前更低）,生產(chǎn)周期縮短、產(chǎn)酸及轉(zhuǎn)化率提高,這不但提高了罐體有效容積的利用率 ,增加了產(chǎn)量 ,且節(jié)約了能耗 ,降低了生產(chǎn)成本 ,可見對生產(chǎn)菌種進行改良具有重要意義。返回 發(fā)酵工藝改進發(fā)酵工藝由簡單的分批發(fā)酵向流加補料分批發(fā)酵的改進，對于發(fā)酵生產(chǎn)成本的降低起到了突出的作用。基質(zhì)的流加在增加發(fā)酵產(chǎn)率的同時，提高基質(zhì)的利用效率，降低消耗。 葡萄糖流加策略對基因工程FR一008殺念菌素衍生物CSl03補料分批發(fā)酵過程的影響在37 L發(fā)酵罐上研究了CS103發(fā)酵過程的最適還原糖維持濃度，發(fā)現(xiàn)初始糖濃度20g/L，發(fā)酵過程還原糖濃度維持在10gL時，CSl03最高產(chǎn)量相比分批發(fā)酵提高了約30。 在此基礎(chǔ)上，選擇性考察了通過脈沖補料、間歇流加補料和連續(xù)流加補料三種補料方式維持10gL還原糖濃度對CSl03發(fā)酵水平的影響，通過對比發(fā)現(xiàn)，連續(xù)流加補料在維持糖濃度的效果上最優(yōu)，CS103產(chǎn)量達到1269g/ml，較分批發(fā)酵和脈沖補料分別提高44和14。例： 基質(zhì)至產(chǎn)物的實際轉(zhuǎn)化得率，隨菌體比生長率的上升而下降，因此，在滿足工藝要求，保持比生產(chǎn)率穩(wěn)定的前提下，應(yīng)當(dāng)盡可能降低菌體比生長率?？刂票壬L率的最有效方法是嚴(yán)格控制生長限制基質(zhì)的流加補料速度，以碳源作為生長限制基質(zhì)在經(jīng)濟上是較為合理的。注意哦返回 選用廉價原材料在工業(yè)發(fā)酵中，為了降低成本，應(yīng)當(dāng)在不影響產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量選用廉價原材料。一般的說，能夠使用工業(yè)級的決不使用試劑級：能夠用粗制品時絕不用精制品 例：紅霉素發(fā)酵工藝優(yōu)化對紅霉素發(fā)酵工藝進行優(yōu)化研究。在選用廉價的A粉和B粉代替原發(fā)酵培養(yǎng)基中的淀粉及部分葡萄糖和豆餅粉，確定了最佳發(fā)酵培養(yǎng)基配方的基礎(chǔ)上，考察了發(fā)酵溫度、pH、接種量、種齡和溶解氧等因素對紅霉素發(fā)酵的影響，確定了最佳發(fā)酵工藝。 方法：控制發(fā)酵培養(yǎng)基初始pH69、接種量15，控制發(fā)酵前期溫度3132、40h后29，控制攪拌180240rmin、通氣量1：0815vvrain，使發(fā)酵過程中溶氧保持在25以上，并于培養(yǎng)36h后開始補加A粉和B粉，在10噸發(fā)酵罐上連續(xù)試生產(chǎn)6批，結(jié)果見表 1。 結(jié)論：發(fā)酵罐批量試驗結(jié)果表明，采用A粉和B粉替代或部分替代原工藝中的淀粉及部分葡萄糖和豆餅粉，用于紅霉素發(fā)酵是可行的，通過工藝優(yōu)化，平均發(fā)酵單位達68193uml，比同期生產(chǎn)平均水平5882uml提高了159，產(chǎn)品質(zhì)量全部合格，原材料消耗成本可降低26，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。 必須注意，在考慮原材料選用時，不能只看絕對價格，對碳能源來說，只有當(dāng)價格/碳密度比或價格/能量密度比較低時，才是真正的廉價碳能源，對氮源來說，是要知道其中的可發(fā)酵性氮含量，以價格/氮含量比低者較為經(jīng)濟。 在選用原材料時，除了注重發(fā)酵效果、價格、有效成分含量、雜質(zhì)影響等因素外，還應(yīng)當(dāng)考慮價格和供應(yīng)的穩(wěn)定性，運輸、儲存、預(yù)處理費用及安全性，溶液的流變學(xué)性質(zhì)及表面張力等。返回 節(jié)能發(fā)酵是一種耗能多的過程，特別是好氧。它既要使用大量蒸汽于設(shè)備和培養(yǎng)基的滅菌，又要消耗大量電源于通氣，攪拌和制冷，還要使用大量水于設(shè)備的清洗；配料和冷卻。傳送門返回 菌種和發(fā)酵工藝改進方法： (1)提高基質(zhì)至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化得率，可使氧至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率也相應(yīng)提高(2)從形態(tài)上改良菌株，也是降低發(fā)酵過程中能源消耗的一個重要途徑。 青霉素菌絲形態(tài)，在長期的菌株改良中 , 青霉素產(chǎn)生菌在沉沒培養(yǎng)中分化為主要呈絲狀生長和結(jié)球生長兩種形態(tài)。前者由于所有菌絲體都能充分和發(fā)酵液中的基質(zhì)及氧接觸, 故一般比生產(chǎn)速率較高； 后者則由于發(fā)酵液黏度顯著降低, 使氣-液兩相間氧的傳遞速率大大提高, 從而允許更多的菌絲生長 (即臨界菌體濃度較高), 發(fā)酵罐體積產(chǎn)率甚至高于前者。 在絲狀菌發(fā)酵中, 控制菌絲形態(tài)使其保持適當(dāng)?shù)姆种Ш烷L度, 并避免結(jié)球 , 是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵要素之一。而在球狀菌發(fā)酵中, 使菌絲球保持適當(dāng)大小和松緊 , 并盡量減少游離菌絲的含量, 也是充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵素之一。這種形態(tài)的控制與糖和氮源的流加狀況及速率、攪拌的剪切強度及比生長速率密切相關(guān)。返回 降低通氣成本 通氣成本一般占好氧發(fā)酵動力成本的半數(shù)以上。選用節(jié)能型空氣壓縮機和壓力降較低的空氣過濾器，按溶氧水平在發(fā)酵的不同階段控制不同的通氣量，對降低通氣成本有一定積極意義。 小規(guī)模供氣一般選用螺旋式壓縮機較為經(jīng)濟，大型工廠應(yīng)當(dāng)采用大容量離心式壓縮機 空氣通過過濾器要產(chǎn)生壓力降，過高的壓力降影響空氣壓縮機的出力和進入發(fā)酵罐的空氣流量，為了滿足發(fā)酵對空氣的要求，就必須降低空氣壓力降，如加上纖維膜；微孔膜過濾器或介質(zhì)薄層。但是，空氣壓力降并不是越低越經(jīng)濟，因為降低壓力降必須增加過濾面積，加大設(shè)備投資成本。返回 通氣與攪拌的優(yōu)化組合由化學(xué)工程理論得知，輸入發(fā)酵罐的通氣與攪拌功率，只有在適當(dāng)?shù)慕M合下才能發(fā)揮較好的氣、液傳質(zhì)效果。一般來說，要避免采用過高的通氣量，因為那樣將造成攪拌器在氣流中空轉(zhuǎn)，使液體得不到充分?jǐn)嚢?，氣體和液體不能有效地混合，形成所謂“氣泛”現(xiàn)象，從而顯著降低氣、液傳質(zhì)效果。返回 提高設(shè)備利用率 提高設(shè)備利用率可以在增產(chǎn)的同時增加固定成本效益，減少產(chǎn)品成本中的固定成本含量，從而降低產(chǎn)品成本。 對于發(fā)酵工廠來說，設(shè)備利用率主要指發(fā)酵罐的利用率，它的提高可以通過縮短非運轉(zhuǎn)時間、增加菌體濃度、加大放罐體積等方法來實現(xiàn) 施主，回頭是岸戳這里返回 縮短非運轉(zhuǎn)時間發(fā)酵的非運轉(zhuǎn)時間 ，除了檢修按一定的計劃進行外，其余各項操作占用的時間都可設(shè)法縮短。 主要措施有： 盡量加大放料管徑，或加裝放料泵，以加快放料流速，縮短放罐時間 發(fā)酵罐內(nèi)壁盡量拋光，清除不易清洗的死角，放罐后用高壓水槍清洗，或在一段時間內(nèi)不經(jīng)清洗即投料 培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌方法，可縮短發(fā)酵罐配料、滅菌、冷卻占用的時間 當(dāng)發(fā)酵過程中的產(chǎn)出/投入比未明顯下降時，可盡量延長發(fā)酵周期，以縮短發(fā)酵罐總的非運轉(zhuǎn)時間 當(dāng)生產(chǎn)菌體或與菌體生長偶聯(lián)的發(fā)酵產(chǎn)物時，可采用連續(xù)發(fā)酵法，使發(fā)酵罐的非運轉(zhuǎn)時間大大縮短返回 增加菌體濃度 在一定的比生產(chǎn)率下，發(fā)酵產(chǎn)率隨菌體濃度的增加而提高，雖然這種產(chǎn)率的提高是以相應(yīng)增加原材料和攪拌、通氣、冷卻等動力消耗為代價。但由于發(fā)酵罐負載率及與之相應(yīng)的固定成本效益的提高，發(fā)酵生產(chǎn)成本仍得以降低。返回 加大發(fā)酵液收獲體積 發(fā)酵中間補料，特別是連續(xù)流加補料，在提高發(fā)酵單位的同時還顯著增加收獲的發(fā)酵液體積，使發(fā)酵產(chǎn)率大大提高，成本也相應(yīng)降低。 采用中間間歇放料的半連續(xù)發(fā)酵方法，可以加大初始發(fā)酵液體的補料率，提高發(fā)酵罐的容積利用率和產(chǎn)率。 持續(xù)的大量補料還能起到對粘稠的發(fā)酵液進行稀釋、降低其粘度的作用，有利于保持較高的氧傳遞水平及微生物生長與產(chǎn)物合成活性，又利于產(chǎn)物回收得率的提高。 局限性： 大量補料對發(fā)酵液造成的稀釋作用將降低發(fā)酵液中的產(chǎn)物濃度，增加回收工序的負荷和成本，故應(yīng)當(dāng)進行綜合經(jīng)濟核算以確定合適的補料率 連續(xù)發(fā)酵雖然能夠進一步提高發(fā)酵罐容積利用率和產(chǎn)率，但由于存在回收的發(fā)酵液中產(chǎn)物濃度低以及基質(zhì)至產(chǎn)物的得率低等缺點，故除了菌體與菌體生長偶聯(lián)的產(chǎn)物這類產(chǎn)率提高幅度較大的物質(zhì)生產(chǎn)過程外，其他發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)并不經(jīng)濟而很少采用 謝 謝