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發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本

上傳人:san****019 文檔編號:21098308 上傳時間:2021-04-23 格式:PPT 頁數(shù):27 大?。?73.10KB
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1、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(jìn) 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(yùn)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(jìn)行復(fù)合誘變后獲得的菌株V73 ,其主要性能比原

2、菌株有了很大的提高,達(dá)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(jìn)行改良具有重要意義。返回 發(fā)酵工藝改進(jìn)發(fā)酵工藝由簡單的分批發(fā)酵向流加補(bǔ)料分批發(fā)酵的改進(jìn),對于發(fā)酵生產(chǎn)成本的降低起到了突出的作用?;|(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(bǔ)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2

3、0g/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(bǔ)料、間歇流加補(bǔ)料和連續(xù)流加補(bǔ)料三種補(bǔ)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(bǔ)料在維持糖濃度的效果上最優(yōu),CS103產(chǎn)量達(dá)到1269g/ml,較分批發(fā)酵和脈沖補(bǔ)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(bǔ)料速度,以碳源作為生長限制基質(zhì)在經(jīng)濟(jì)上是較為合理的。注意哦返回

4、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(jìn)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)

5、36h后開始補(bǔ)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(dá)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(jì)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(jì)。 在選用原材料時,除了注重發(fā)酵效果、

6、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(yùn)輸、儲存、預(yù)處理費(fèi)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(jìn)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

7、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(qiáng)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(jī)和壓力降較低的空氣過濾器,按溶氧

8、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(jī)較為經(jīng)濟(jì),大型工廠應(yīng)當(dāng)采用大容量離心式壓縮機(jī) 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(jī)的出力和進(jìn)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(jì),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

9、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(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)時間發(fā)酵的非運(yùn)轉(zhuǎn)時間 ,除了檢修按一定的計劃進(jìn)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

10、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(yùn)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(yùn)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(fù)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(bǔ)料,特別是連續(xù)流加補(bǔ)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

11、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(bǔ)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(bǔ)料還能起到對粘稠的發(fā)酵液進(jìn)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(bǔ)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(fù)荷和成本,故應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)核算以確定合適的補(bǔ)料率 連續(xù)發(fā)酵雖然能夠進(jìn)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(diǎn),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(jì)而很少采用 謝 謝

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