Η βιολογική ζύμωση αναφέρεται στη διαδικασία τους οργανισμούς (συνήθως μικροοργανισμοί ή κύτταρα) για να μετατρέψει τις πρώτες ύλες στα ανθρώπινα προϊόντα μέσω των συγκεκριμένων μεταβολικών διαβάσεων υπό τους κατάλληλους όρους. Αυτά τα χρήσιμοι μεταβολίτες, πρωτεϊνικά προϊόντα έκφρασης, και άλλα προϊόντα χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία φαρμάκων, τη βιομηχανία τροφίμων, τη ενεργειακή βιομηχανία, τη χημική βιομηχανία, τη γεωργία, και άλλους τομείς, και είναι αδιάσπαστοι από τις καθημερινές ζωές των ανθρώπων. Στη βιολογική εφαρμοσμένη μηχανική ζύμωσης, πώς να ενισχύσουν αποτελεσματικά το εργαστήριο οι ερευνητικοί όροι και να τους εφαρμόσουν άμεσα στην παραγωγή είναι πάντα ένα πρόβλημα που ενοχλεί την εφαρμογή της βιολογικής ζύμωσης. Λόγω πολλών που επηρεάζουν τους παράγοντες των βιολογικών αντιδράσεων, η αντίδραση μέσα στη δεξαμενή ζύμωσης είναι μια κλειστή αντίδραση. Πώς να ελέγξει αποτελεσματικά τις παραμέτρους έτσι ώστε η διαδικασία ενίσχυσης δεν ασκεί επίδραση στη βιολογική διαδικασία ζύμωσης ήταν πάντα μια εστίαση της έρευνας στη βιολογική βιομηχανία ζύμωσης. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ενίσχυσης της βιολογικής αντίδρασης ζύμωσης, το κράτος ροής μέσα στη δεξαμενή αλλάζει σημαντικά με την αύξηση του όγκου. Οι αλλαγές στον τομέα ροής μπορούν επίσης να οδηγήσουν στις αλλαγές σε μία σειρά των παραμέτρων όπως η θερμοκρασία και το διαλυμένο οξυγόνο, με συνέπεια τις αλλαγές το σε ολόκληρο σύστημα αντίδρασης. Το άρθρο οργανώνει εν συντομία και εισάγει τους επηρεάζοντας παράγοντες και τις αντίστοιχες παραμέτρους ελέγχου της βιολογικής ενίσχυσης διαδικασίας ζύμωσης, που παρέχει την αναφορά για την επιλογή παραμέτρου στην πραγματική βιολογική διαδικασία ενίσχυσης ζύμωσης.
Παράγοντες που έχουν επιπτώσεις στην ενίσχυση της βιολογικής διαδικασίας ζύμωσης
1.1 μαζικές μεταφορά και μίξη
Η διαδικασία μαζικής μεταφοράς είναι η διαδικασία της υλικής μεταφοράς, και οι δραστηριότητες μαζικής μεταφοράς στη βιολογική διαδικασία ζύμωσης εμφανίζονται ταυτόχρονα με τις βιολογικές αντιδράσεις. Οι κύριες διαδικασίες μαζικής μεταφοράς διαιρούνται σε υγροποιημένου αερίου απορρόφηση και υγρή μαζική μεταφορά. Η μεταφορά των ουσιών στην υγρή φάση οφείλεται κυρίως στη διάχυση στροβίλου που οδηγείται από τα κουπιά ανακατώματος της βιολογικής δεξαμενής ζύμωσης. Στο συνήθως χρησιμοποιημένο βιολογικό πολιτισμό ζύμωσης, η διαδικασία μαζικής μεταφοράς είναι πολύ σημαντική. Η καλή μαζική μεταφορά μπορεί να εξασφαλίσει το απαραίτητους οξυγόνο, τις θρεπτικές ουσίες, και τους μεταβολίτες για μικροβιακό και κυτταροκαλλιέργεια και ανάπτυξη. Ο ογκομετρικός διαλυμένος συντελεστής οξυγόνου είναι ο περισσότερος σοβαρός παράγοντας που έχει επιπτώσεις στη μαζική μεταφορά, αλλά λόγω του σύνθετου τομέα ροής μέσα στη βιολογική δεξαμενή ζύμωσης, υπάρχουν πολλοί που επηρεάζουν τους παράγοντες, που καθιστούν το δύσκολο να αναλύσουν τον ογκομετρικό διαλυμένο συντελεστή οξυγόνου.
Μια άλλη βασική παράμετρος που έχει επιπτώσεις άμεσα στην ενίσχυση της βιολογικής διαδικασίας δεξαμενών ζύμωσης είναι η διαδικασία μίξης. Η κοινή βιολογική μίξη αντίδρασης ζύμωσης περιλαμβάνει την υγρού-υγρού μίξη, solid-liquid που αναμιγνύουν, υγροποιημένου αερίου που αναμιγνύουν, και υγροποιημένου αερίου στερεός τριφασικός που αναμιγνύουν. Λόγω της αύξησης στον όγκο της δεξαμενής ζύμωσης και της αύξησης στα προϊόντα ζύμωσης και τις πρώτες ύλες, η μίξη μέσα στη δεξαμενή είναι ανώμαλη. Παραδείγματος χάριν, η μίξη των ουσιών στην κορυφή της δεξαμενής ζύμωσης είναι σχετικά δύσκολη έναντι του κατώτατου σημείου. Επιστημονικά να αυξήσει τη μίξη των διάφορων ουσιών στη δεξαμενή ζύμωσης μπορεί να βελτιώσει την αποδοτικότητα της βιολογικής ζύμωσης.
1.2 κοπή
Η παραδοσιακή άποψη είναι ότι η αύξηση του ανακατώνοντας ποσοστού της βιολογικής δεξαμενής ζύμωσης μπορεί να ενισχύσει τη μαζικές μεταφορά και τη μίξη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ζύμωσης. Εντούτοις, με τη σε βάθος έρευνα, έχει διαπιστωθεί ότι πολλές βιολογικές αποτυχίες ζύμωσης προκαλούνται από την υπερβολική δύναμη κουράς στο υλικό στόχων της βιολογικής ζύμωσης, που οδηγεί στη μικροβιακή και ζημία κυττάρων. Παραδείγματος χάριν, σε ένα μικροβιακό σύστημα ζύμωσης, η υπερβολική δύναμη κουράς μπορεί να προκαλέσει τη ζημιά στην αύξηση του βακτηριακού σώματος Η χαμηλή δύναμη κουράς δεν είναι συμβάλλουσα στη θραύση φυσαλίδων και έχει επιπτώσεις στην αποδοτικότητα της διάδοσης αέρα. Πώς να αυξήσει επιστημονικά τη μίξη των διάφορων ουσιών στη δεξαμενή και τον έλεγχο ζύμωσης η πίεση κουράς μέσα σε μια αποδεκτή σειρά για τους μικροοργανισμούς και τα κύτταρα είναι ένας σοβαρός παράγοντας στη διαδικασία ενίσχυσης ζύμωσης.
1.3 μεταφορά θερμότητας
Η θερμοκρασία είναι επίσης ένας σοβαρός παράγοντας στη βιολογική διαδικασία ζύμωσης. Ο έλεγχος θερμοκρασίας των βιολογικών δεξαμενών ζύμωσης επιτυγχάνεται κυρίως μέσω του στρώματος σακακιών. Εντούτοις, καθώς ο όγκος μέσα στη μεγάλη βιολογική δεξαμενή ζύμωσης αυξάνεται, η επιφάνεια ανά μονάδα της θέρμανσης των μειώσεων. Επομένως, η αποδοτικότητα της μεταφοράς θερμότητας έχει επιπτώσεις άμεσα στην αποδοτικότητα παραγωγής των βιολογικών ουσιών στόχων ζύμωσης.
1.4 άλλοι παράγοντες
Υπάρχουν άλλοι παράγοντες στη διαδικασία ενίσχυσης των βιολογικών δεξαμενών ζύμωσης που μπορούν να έχουν επιπτώσεις στη διαδικασία ζύμωσης, όπως οι παράμετροι του ξαναγεμίσματος αέρα, ταχύτητα σίτισης, και της ρύθμισης κολπίσκων δειγμάτων, οι οποίες μπορούν όλες να έχουν επιπτώσεις στη διαδικασία ζύμωσης. Λόγω των περιορισμών διαδικασίας, οι βιολογικές δεξαμενές ζύμωσης τύπων παραγωγής δεν μπορούν να ανιχνεύσουν τη συγκέντρωση των διάφορων υποστρωμάτων, των προϊόντων, και των μεταβολιτών στον πραγματικό χρόνο όπως τη βιολογική διαδικασία ζύμωσης στο εργαστήριο. Επομένως, είναι κρίσιμο να σχεδιαστεί επιστημονικά η ταχύτητα και η ποσότητα σίτισης και εισαγωγής. Συγχρόνως, είναι απαραίτητο να θεωρηθεί περιεκτικά η προφανής ταχύτητα αερίου για το υλικό ξαναγέμισμα και το ξαναγέμισμα αέρα για να αποφύγει το φαινόμενο της «υγρής πλημμύρας».
2 βασικές παράμετροι ελέγχου των βιολογικών μεθόδων διαδικασίας ζύμωσης
2.1 μίξη
Συνήθως χρησιμοποιημένη αναμιγνύοντας τον τρόπο ανακατωμένων βιολογικών δεξαμενών ζύμωσης είναι η περιστροφή του κουπιού ανακατώματος για να οδηγήσει τη μίξη του ολόκληρου υγρού ζύμωσης. Ο έλεγχος των ανακατώνοντας παραμέτρων δεξαμενών ζύμωσης επιτυγχάνεται κυρίως μέσω του ελέγχου ταχύτητας. Ο έλεγχος ταχύτητας πρέπει όχι μόνο να θεωρήσει την ταχύτητα και αναμιγνύοντας την αποδοτικότητα, αλλά και να ελέγξει την ταχύτητα μέσα σε μια λογική σειρά. Η υπερβολική ταχύτητα μπορεί να οδηγήσει στην αυξανόμενη παραγωγή θερμότητας, την αυξανόμενη δύναμη κουράς στα κύτταρα, και την αποτυχία ζύμωσης. Επιπλέον, η έρευνα έχει διαπιστώσει ότι το σχέδιο ροής του συστήματος όγκου ζύμωσης, η επιλογή του ανακατώματος των κουπιών, και η διάμετρος μπορούν όλες να έχουν επιπτώσεις στην αποδοτικότητα της βιολογικής ζύμωσης. Στο στάδιο της μεγάλης κλίμακας βιολογικής ζύμωσης, εκτός από την περιστροφική ταχύτητα, η επιλογή του ανακατώματος του τύπου κουπιών και της χωρικής θέσης είναι επίσης πολύ σημαντική. Είναι απαραίτητο να επιλεχτεί ο κατάλληλος ανακατώνοντας τύπος κουπιών βασισμένος στις ρευστές ιδιότητες του υλικού πολιτισμού. Αυτήν την περίοδο, ένας συνδυασμός αξονικής ροής και κουπιών ακτινωτής ροής χρησιμοποιείται συνήθως, η οποία συνδυάζουν την υγρή ροή μικροϋπολογιστών και τους μακρο τομείς ροής για να βελτιώσουν το βαθμό υλικού αναμιγνύοντας το σε ολόκληρο βιολογικό σύστημα ζύμωσης. Το κουπί μίξης υιοθετεί γενικά έναν τύπο κατώτατων απορροών και ένας ανώτερος τύπος αξονικής ροής, που μπορεί αποτελεσματικά να εξασφαλίσει ότι οι θρεπτικές ουσίες που προστίθενται στην κορυφή διανέμονται γρήγορα στο κατώτατο σημείο της δεξαμενής στο πλαίσιο της δράσης του πηλού αξονικής ροής, και ο αέρας που εισάγεται στο κατώτατο σημείο της δεξαμενής μπορεί επίσης να διασκορπιστεί εγκαίρως, εξασφαλίζοντας τη γενικές κυκλοφορία και τη ροή της ολόκληρης δεξαμενής, που παρέχει ένα κατάλληλο περιβάλλον για την ολόκληρη μικροβιακή ζύμωση.
2.2 θερμοκρασία
Η βιολογική δεξαμενή ζύμωσης είναι γενικά σε 26~37 ℃ ανάλογα με τον τύπο του καλλιέργειας των βακτηριδίων, ενώ η καλλιέργεια των ειδικών βακτηριδίων μπορεί να είναι σε 65 ℃. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ενίσχυσης της διαδικασίας ζύμωσης, ο τομέας θερμοκρασίας μέσα τη σε ολόκληρη δεξαμενή ζύμωσης θα υποβληθεί στις σημαντικές αλλαγές. Στα μικρής κλίμακας και πειραματικά στάδια, λόγω του μικρού μεγέθους της δεξαμενής, ο τομέας θερμοκρασίας είναι σχετικά ομοιόμορφος. Στη δεξαμενή ζύμωσης τύπων παραγωγής, οι έλεγχοι θερμοκρασίας της δεξαμενής ζύμωσης διανέμονται συνήθως στο χαμηλότερο μέρος της δεξαμενής, με ένα μήκος 100mm, και το ενυδατώνοντας μέρος στο υγρό ζύμωσης είναι 5060mm. Οι μέθοδοι θέρμανσης και ψύξης βιολογικών δεξαμενών ζύμωσης πραγματοποιούνται συνήθως μέσω ενός στρώματος νερού σακακιών, έτσι η αποδοτικότητα μεταφοράς θερμότητας της δεξαμενής ζύμωσης έχει επιπτώσεις άμεσα στη διανομή θερμοκρασίας μέσα τη σε ολόκληρη δεξαμενή. Η θερμοκρασία του στρώματος νερού σακακιών και η αξία επίδειξης θερμοκρασίας του ελέγχου θερμοκρασίας δεξαμενών ζύμωσης δεν μπορούν να απεικονίσουν αληθινά τη θερμοκρασία του υγρού στη δεξαμενή ζύμωσης. Επιστημονικά να τακτοποιήσουν τους ελέγχους θερμοκρασίας και επιστημονικά η θερμοκρασία ζύμωσης βασισμένη στο συντελεστή μεταφοράς θερμότητας του συστήματος ζύμωσης μπορούν αποτελεσματικά να εξασφαλίσουν τη θερμοκρασία αντίδρασης.
2.3 άλλες χημικές παράμετροι
Ο έλεγχος των χημικών παραμέτρων στη βιολογική ζύμωση, όπως η αξία pH και το διαλυμένο οξυγόνο, μπορεί να ασκήσει επίδραση στα αποτελέσματα ζύμωσης. Παίρνοντας τις διαλυμένες παραμέτρους οξυγόνου για παράδειγμα, στις αεροβικές βιολογικές διαδικασίες, το οξυγόνο είναι μια σημαντική θρεπτική ουσία για τη μικροβιακή αύξηση. Εντούτοις, λόγω της κατώτατης διαλυτότητάς του, το οξυγόνο γίνεται ένα βασικό υπόστρωμα για τις βιοχημικές διαδικασίες. Επομένως, η διατήρηση ενός επαρκούς ανεφοδιασμού του οξυγόνου από τη φάση αερίου στην υγρή φάση είναι κρίσιμη. Θεωρητικά, ο αυξανόμενος εξαερισμός και η αύξηση της στήλης μέσων πολιτισμού μπορούν αποτελεσματικά να παρατείνουν το χρόνο των φυσαλίδων στο μέσο πολιτισμού και να βελτιώσουν την υγροποιημένου αερίου αποδοτικότητα ανταλλαγής. Εντούτοις, αυτές οι παράμετροι περιορίζονται επίσης από το κόστος της δεξαμενής ζύμωσης, και ο βαθμός και το μέγεθος της διασποράς φυσαλίδων μπορούν επίσης να έχουν επιπτώσεις στην αποδοτικότητα της διάδοσης οξυγόνου. Επομένως, είναι απαραίτητο να εξεταστούν περιεκτικά οι διάφοροι παράγοντες και να παρασχεθεί η καταλληλότερη μέθοδος ενίσχυσης σχεδίου διαδικασίας.
3. Να ξελεπιάσει επάνω τη μέθοδο για τη βιολογική διαδικασία ζύμωσης
3.1 εμπειρική μέθοδος ενίσχυσης
Το ξελέπιασμα επάνω της διαδικασίας των παραδοσιακών βιολογικών διαδικασιών ζύμωσης είναι συνήθως βασισμένο στις παραδοσιακές εμπειρικές μεθόδους. Στη βιολογική διαδικασία ζύμωσης, μια σειρά παραμέτρων όπως η ταχύτητα, η ρύθμιση, το ποσοστό εξαερισμού αέρα, το ποσοστό ροής τροφών, και άλλες χημικές παράμετροι των κουπιών ανακατώματος μπορεί να έχει επιπτώσεις στην παραγωγή ζύμωσης. Οι χρήστες θα επιλέξουν τις παρόμοιες διαδικασίες ζύμωσης βασισμένες στις προηγούμενες ή άλλες τοποθετήσεις διαδικασίας ζύμωσης, και θα επιλέξουν τις αντίστοιχες παραμέτρους ενίσχυσης διαδικασίας ζύμωσης Εναλλακτικά, βασισμένος στην παραδοσιακή εμπειρία, η ρευστή δυναμική στη δεξαμενή ζύμωσης μπορεί να προβλεφθεί, και οι διάφορες παράμετροι μέσα στη δεξαμενή μπορούν να διευρυνθούν γεωμετρικά διατηρώντας τις σχετικές θέσεις τους να επεκτείνουν τον όγκο ζύμωσης. Οι εμπειρικές μέθοδοι ενίσχυσης εστιάζουν κυρίως στις βασικές παραμέτρους μέσα στο σύστημα ζύμωσης, όπως ο ογκομετρικός συντελεστής μαζικής μεταφοράς, η κατανάλωση ισχύος όγκου μονάδων, αναμιγνύοντας το χρόνο, κ.λπ. Αυτή η μέθοδος είναι συνήθως μόνο κατάλληλη για την απλή ενίσχυση και δεν μπορεί να προβλέψει αποτελεσματικά τη ρευστή δυναμική και τα κινηματικά χαρακτηριστικά στις δεξαμενές ζύμωσης.
3.2 μέθοδος ενίσχυσης βασισμένη στην υπολογιστική ρευστή δυναμική
Η υπολογιστική ρευστή δυναμική (CFD) αναφέρεται στην προσομοίωση και τον υπολογισμό των ρευστών νόμων κινήσεων σε έναν βασισμένο σε υπολογιστή στις μικροσκοπικές εξισώσεις όπως η μαζική μεταφορά, η μεταφορά ορμής, και η ενεργειακή μεταφορά στους ρευστούς μηχανικούς. Έναντι των εμπειρικών βιολογικών σχεδίων διαδικασίας ζύμωσης, που χρησιμοποιούν η τεχνολογία προσομοίωσης CFD έχει τα χαρακτηριστικά της ανεξαρτησίας χαμηλότερου κόστους και μεγέθους, και χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα της ρευστής εφαρμοσμένης μηχανικής. Η προσομοίωση CFD μιμείται κυρίως τον τομέα ροής, την ανακατώνοντας δύναμη, και την παύση αερίου μέσα στη βιολογική δεξαμενή ζύμωσης. Συγχρόνως, ένα διαλυμένο πρότυπο μαζικής μεταφοράς οξυγόνου συνδέεται στο υγροποιημένου αερίου πρότυπο διφασικής ροής της βιολογικής δεξαμενής ζύμωσης, η οποία μπορεί να μιμηθεί τη διαλυμένη διαδικασία μαζικής μεταφοράς οξυγόνου και τη βιοχημική διαδικασία αντίδρασης κατά τη διάρκεια της ίδιας διαδικασίας ζύμωσης.
Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας υπολογισμού προσομοίωσης, CFD εφαρμόζεται όλο και περισσότερο στην προσομοίωση των βιολογικών διαδικασιών ενίσχυσης ζύμωσης. Εντούτοις, λόγω της πολυπλοκότητας της υγροποιημένου αερίου διφασικής ροής, η περαιτέρω έρευνα για τις παραμέτρους όπως η παύση αερίου και οι φυσαλίδες στη διαδικασία πρόβλεψης απαιτούνται ακόμα.
4 συμπέρασμα
Η διαδικασία της βιολογικής ζύμωσης είναι μια σύνθετη και πολλών συντελεστών διαδικασία. Αν και οι παραδοσιακοί ανακατωμένοι βιολογικοί αντιδραστήρες δεξαμενών είναι σχετικά απλοί στη δομή, η πραγματική διαδικασία του ρευστού μέσα στη δεξαμενή ζύμωσης είναι πολύ σύνθετη στην πραγματική διαδικασία αντίδρασης. Ειδικά στη διαδικασία ενίσχυσης της βιολογικής ζύμωσης, οι πολλαπλάσιοι παράγοντες πρέπει να εξεταστούν περιεκτικά για τη μεθοδολογική ενίσχυση. Η παραδοσιακή εμπειρική διαδικασία ενίσχυσης μπορεί μόνο να εκτελέσει την απλή ενίσχυση και δεν μπορεί να μιμηθεί αληθινά τα πραγματικά στοιχεία των διάφορων συστημάτων στη δεξαμενή ζύμωσης. Εκτός από την εξασφάλιση ότι το περιβάλλον αύξησης των προϊόντων ζύμωσης είναι σύμφωνο με το εργαστήριο, προσοχή πρέπει επίσης να δοθεί στη διατήρηση της ενέργειας. Με βάση την υπολογιστική ρευστή δυναμική, περισσότερες επιστημονικές μέθοδοι ανάλυσης και προσομοίωσης μπορούν να προβλέψουν ακριβέστερα και να μιμηθούν τη βιολογική διαδικασία ενίσχυσης ζύμωσης, που παρέχει την αποτελεσματικές βάση και την αναφορά για την επιλογή των βιολογικών διαδικασιών ενίσχυσης ζύμωσης.
Η Σαγκάη πέρα από τα μηχανήματα εστιάζει στο σχέδιο και την κατασκευή των biopharmaceutical γραμμών επεξεργασίας. Οι πελάτες μας βρίσκονται σε όλο τον κόσμο, και έχουν επιτύχει την επιτυχία τους στις διαφορετικές αγορές. Μας ελάτε σε επαφή με για να λάβετε τώρα τις πιό πρόσφατες λύσεις και τις τιμές σχεδίου γραμμών παραγωγής.