DCS在青霉素发酵生产过程中的应用

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1、DCS在青霉素发酵生产过程中的应用一、引言青霉素是发酵代谢过程中的产物，青霉素发酵是涉及青霉菌生长、繁殖及生产的复杂生产过程，主要有配料、消毒、种子、发酵、生化、霉菌及过滤等工序。青霉素发酵的生产水平取决于生产菌种的特性与发酵条件。在确定了生产菌种的条件下，要使青霉素发酵水平稳定、提高，发酵工艺调控是关键，发酵过程控制是发酵工艺调控方法的具体实施与体现。有效的调控发酵，通过对菌种的环境条件和代谢变化规律参数进行测量，使青霉菌代谢沿着有利于青霉菌的分泌方向进行，以较低的能耗和物耗生产较多的发酵产品，达到稳定和提高发酵水平的目标，发酵过程控制是一个重要的影响因素。二、生产工

2、艺特点青霉素发酵是二级发酵，发酵大罐和种子罐发酵。发酵工艺的主要控制对象是由种子罐、发酵罐和补料系统三大部分组成。种子培养基实消后接入孢子，在一定的温度、压力及空气流量等条件下培养一定时间后转移至发酵罐；发酵培养基经实消后接入种子，在一定的温度、压力及空气流量等条件下进行发酵。青霉素发酵为半连续发酵。当发酵进行到一段时间后，开始定量补如母液、前体、硫胺。氨水及水等料，以及时满足青霉素菌合成产物的需要。当发酵到一定时间后，由于有害代谢物的不断累积，产物积累最终难免受到阻遏，常用的解决办法是进行带放。放掉部分发酵液，补入适当料液，这样不仅补入了养分和前体，而且代谢有害物被稀

3、释，有利于产物的继续合成。随着发酵周期的延长，青霉素进行量的积累，在产率降低时开始放罐。整个发酵周期一般在200h左右。青霉素发酵的工艺流程示意图如图1所示孢子种子罐发酵罐过滤配料自动消沫母液前体硫胺氨水水消毒灭菌消毒灭菌培养发酵图1青霉素发酵的工艺流程示意图青霉素发酵罐测量、控制点示意图如图2所示图2青霉素发酵罐测量、控制点示意图其中：T1、P1、F1：分别为进入发酵罐的消毒空气温度、压力、流量；T2、P2、VCO2、VO2：分别为尾气温度、压力、CO2含量和氧含量；T31、T32：分别为冷却水进、出口温度；P3、F3：分别为冷却水进口压力和流量；T4：发酵罐温度；B

4、：发酵过程补料量；A：搅拌电流；pH：发酵液pH值；DO2：发酵液溶解氧浓度；ω：搅拌速度；X、S、P、V:分别为发酵液中的菌丝浓度、葡萄糖浓度、产物效价、发酵体积。三、影响青霉素发酵水平的因素温度对发酵的影响在发酵过程中需要维持生产菌的生长和生产的适当发酵条件，微生物的生长和产物的合成均需在其各自合适的温度下进行。温度是保证酶活性的重要条件，因此，在发酵过程中必须保证最适宜的温度环境。温度的变化对发酵过程产生两方面的影响：一是直接影响发酵过程中的各种反应速度；二是发酵罐内温度通过影响发酵液的物理性质，间接影响产物的合成。pH值对发酵的影响pH值是微生物生长和产物合成的

5、非常重要的状态参数，是微生物代谢活动的综合指标。青霉素发酵一般采用在发酵过程中通过氨气控制pH值，既调节了pH值在适合青霉素合成的范围内，也补充了产物合成所需的氮源。青霉素生物合成的最适宜pH值为6.5-6.8。补料对发酵的影响在半连续发酵中总菌量、黏度和氧的需求一直在增加，直到氧气受到限制。据此，可通过补料速率的调节来控制生长和氧耗，使菌处于半饥饿状态，以使发酵液有足够的氧，从而达到高的青霉素生产速率。泡沫对发酵的影响发酵过程中因通气搅拌与发酵产生的二氧化碳，以及发酵液中糖、蛋白质和代谢物等稳定泡沫的物质的存在，使发酵液含有一定数量泡沫，这是正常的现象。泡沫的存在可以

6、增加汽液接触面积，有利于氧的传递。当发酵液中含有大量泡沫时，会引起“逃液”，给发酵带来负面影响，表现在：（1）损失发酵液；（2）增加杂菌污染的机会；（3）消沫剂的加入有时会影响发酵或给提炼工序带来麻烦。四、控制要求和控制方案概述青霉素发酵控制系统主要完成对所有相关点的数据采集、控制和补料控制。发酵岗位控制系统分为两部分：（1）大罐发酵控制系统（2）种子罐发酵控制系统大罐发酵控制系统1）发酵大罐的检测点发酵温度、消毒温度空气流量检测pH值检测DO检测液位检测2）控制点发酵温度控制自动补料控制pH值控制消沫控制3）发酵控制要求及方案（1）发酵大罐发酵温度控制工艺要求：发酵罐

7、温度控制在26-28度，发酵液温度通过冷却水控制，波动不大于0.5度，当发酵液较少时，发酵液温度不进行控制。控制精度：0.5度。控制方案：发酵罐温度采用单回路调节。（2）自动补给控制采用放料等待方案，每一种料需要一个计量罐，一个进料阀，一个放料阀，一个检测电极。发酵罐补料采用小计量罐自动补料控制系统。补料控制机理：以打开进料阀开始进料作为补料过程的开始，待物料上升接触电极，关闭进料电磁阀同时开放放料电磁阀，放料时间结束，关放料电磁阀停止放料，等待下一个补料周期的到来，如此周而复始。补料控制要求：补料控制系统稳定、可靠；补料量计量准确；在线