發(fā)酵罐的操作是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，如何控制發(fā)酵罐工藝過程中的參數(shù)十分重要。而工藝參數(shù)有很多，今天我們來說說發(fā)酵罐工藝過程中的罐溫控制及PH值控制。
一、罐溫控制
參數(shù)作用罐溫會(huì)影響發(fā)酵過程中酶反應(yīng)的速率及氧在培養(yǎng)液中的溶解度，其與菌體生長、抗生素合成及溶解氧都有密切關(guān)系。
罐溫控制罐溫控制主要包括控制加熱量與冷卻量。其中，加熱量是由工藝計(jì)算而得;冷卻量是指在加熱或滅菌后，且在規(guī)定的冷卻時(shí)間下所需要的冷量。罐溫控制裝置由一個(gè)加熱器和冷卻水電磁閥組成，當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)溫度低于(或高于)某個(gè)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)開啟加熱器(或冷卻水電磁閥)，以達(dá)到控制發(fā)酵罐溫度的目的。
通過計(jì)算在規(guī)定的冷卻時(shí)間下所需的冷量得出冷卻量，通過計(jì)算在規(guī)定的加熱時(shí)間下所需的熱量得出加熱量。通過焓值計(jì)算和換熱速率，得出換熱面積，也就是發(fā)酵罐的夾套或盤管的面積。
通過對(duì)管路長度、介質(zhì)壓力及壓力損失的計(jì)算，才能確定換熱管的管徑，進(jìn)而確定控制閥的通徑，控制閥通徑是以培養(yǎng)溫度的控制波動(dòng)量為主要參數(shù)。若以培養(yǎng)溫度的控制波動(dòng)量為參數(shù)來計(jì)算，往往可設(shè)定60%～80%的開度為穩(wěn)定值;若要兼顧滅菌升溫時(shí)間，那么取值可以低些，此時(shí)培養(yǎng)溫度控制波動(dòng)量就會(huì)大些。
在帶冷熱夾套的溫度控制系統(tǒng)中，如果上述工藝參數(shù)計(jì)算取值恰當(dāng)，則參數(shù)控制相對(duì)精確，其中工藝參數(shù)可采用飛升曲線計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)法等方法獲得。在兼顧培養(yǎng)和滅菌的罐溫控制中，采用PID自動(dòng)控制，其培養(yǎng)溫度的波動(dòng)控制范圍在±0.1 ℃。
其中，微分作用能提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，積分作用能有效消除靜態(tài)誤差，使環(huán)境溫度不對(duì)罐溫控制產(chǎn)生影響。當(dāng)然，換熱夾套的設(shè)計(jì)要盡可能薄，以減少溫控滯后所帶來的波動(dòng)。
滅菌控制按照工藝與GMP要求，對(duì)發(fā)酵設(shè)備應(yīng)當(dāng)進(jìn)行清潔、消毒或滅菌。發(fā)酵罐通常采用的滅菌方法是濕熱滅菌。在滅菌溫度控制中，先進(jìn)的發(fā)酵罐的管路中往往用疏水隔膜閥來替代傳統(tǒng)的疏水閥，但對(duì)所滅菌系統(tǒng)與蒸汽管路及閥門通徑的設(shè)計(jì)有一定要求。
在滅菌程序設(shè)計(jì)中，通蒸汽時(shí)間和疏水時(shí)間間隔應(yīng)相匹配，在疏水隔膜閥打開的瞬間，其罐體壓力幾乎不變，且冷凝水被有效疏掉，此過程沒有冷點(diǎn)出現(xiàn)。在滅菌溫度控制中，應(yīng)考慮升溫曲線中的溫度波動(dòng)周期，一般設(shè)定為到達(dá)設(shè)定溫度的1 min后才正式計(jì)時(shí)，以滿足濕熱滅菌的F0值要求。
二、pH值控制
參數(shù)作用發(fā)酵液的pH值是發(fā)酵過程中各種生化反應(yīng)的酸堿性的綜合反映。
pH值控制pH值補(bǔ)料形式有流加、滴加兩種，pH值控制與補(bǔ)料系統(tǒng)主要由蠕動(dòng)泵(或其他輸送系統(tǒng))及稱重系統(tǒng)組成。除稱重系統(tǒng)外，這些控制系統(tǒng)受罐間的壓差影響較大，其中還有液位引起的壓力變化，稱重系統(tǒng)還受液面波動(dòng)的影響，所以要視罐的大小、徑高比和使用情況綜合考慮。
目前，pH控制裝置由一個(gè)加酸蠕動(dòng)泵和一個(gè)加堿蠕動(dòng)泵組成。當(dāng)pH值高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)加酸蠕動(dòng)泵，以時(shí)間比例方式向發(fā)酵罐通入酸液，直至設(shè)定值;當(dāng)pH小于設(shè)定值時(shí)，則啟動(dòng)加堿蠕動(dòng)泵進(jìn)行調(diào)節(jié)。
另外，我們還需注意一些問題。比如發(fā)酵罐的滅菌問題。
發(fā)酵罐初次使用及排空后使用要注意：夾套注滿水，檢查浮球排氣閥及其他排氣管路裝置的排氣狀態(tài)，以保證夾套的高液位。否則，易導(dǎo)致滅菌的升溫時(shí)間滯后，且升溫不正常。滅菌升溫不正常還與以下幾方面有關(guān)：(1)進(jìn)水閥是否正常，是否堵塞;(2)疏水閥是否堵塞，換熱夾套高溫高壓時(shí)是否內(nèi)漏，升溫時(shí)的內(nèi)漏不一定伴有巨大撞擊聲，只有在降溫時(shí)才會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
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