求助！发酵过程中，常见的工艺参数有哪些哇？

Kennethnwy

最近在研究新工艺，对于发酵还是小白阶段，想问问各位大佬们。

Kennethnwy

包括过程监测中，需要常常关注的参数是什么呢？

长街听风

这个要看你的产品吧，最好是把你在做什么发出来，大家才能知道

鬼使神差

发酵过程是制药行业中常用的生物技术过程，涉及微生物或细胞的生长和代谢，以生产各种药物，如抗生素、疫苗、生物酶等。以下是发酵过程中的常见工艺参数：
1. 温度：微生物的生长和代谢活动对温度非常敏感，不同的微生物菌株有其最适生长温度范围。例如，大肠杆菌发酵生产胰岛素时，一般控制发酵温度在30 - 37℃。温度过高或过低都会影响酶的活性、细胞的生长速率以及产物的合成。
2. pH值：发酵液的pH值会影响微生物的细胞膜电荷、酶的活性以及营养物质的解离状态，进而影响微生物的生长和代谢。如在青霉素发酵中，发酵前期pH值一般控制在6.5 - 7.0，后期控制在6.2 - 6.8。
3. 溶解氧：对于好氧发酵，溶解氧是一个关键参数。微生物在生长和代谢过程中需要氧气来进行呼吸作用，以产生能量。例如，在头孢菌素的发酵过程中，需要通过调节通气量和搅拌速度来维持合适的溶解氧水平，一般控制溶解氧浓度在30% - 50%饱和度。
4. 搅拌速度：搅拌在发酵过程中具有重要作用，它可以使发酵液中的营养物质、微生物细胞和氧气充分混合，提高传质效率。同时，搅拌还能破碎气泡，增加气液接触面积，提高溶解氧的传递速率。但搅拌速度过高可能会对微生物细胞造成机械损伤，例如在酵母发酵生产酒精时，搅拌速度通常控制在100 - 300转/分钟。
5. 通气量：对于好氧发酵，通气量直接影响发酵液中的溶解氧含量和二氧化碳的排出。合适的通气量可以为微生物提供充足的氧气，同时排除代谢产生的二氧化碳。例如，在谷氨酸发酵中，通气量一般控制在0.5 - 1.5 vvm（体积空气/体积发酵液/分钟）。
6. 发酵时间：发酵时间是一个重要的工艺参数，它直接影响产物的产量和质量。不同的发酵产品具有不同的发酵周期，例如，生产抗生素的发酵时间一般为几天到几周，而生产单细胞蛋白的发酵时间可能只需十几个小时。
7. 营养物质浓度：发酵培养基中的营养物质浓度对微生物的生长和产物合成有重要影响。主要营养物质包括碳源、氮源、无机盐、维生素等。例如，在生产氨基酸的发酵中，需要精确控制碳氮比，以促进微生物合成目标产物。
8. 泡沫：发酵过程中由于通气、搅拌以及微生物代谢产物等原因，容易产生泡沫。泡沫过多会导致发酵液溢出、增加染菌风险以及影响氧气传递等。需要通过添加消泡剂或调整发酵工艺来控制泡沫的产生。例如，在酶制剂发酵中，通常会使用硅油类消泡剂来控制泡沫。

在制药行业发酵过程监测中，除了前面提到的常见工艺参数外，还有一些参数也需要密切关注：
1. 生物量：它反映了发酵过程中微生物细胞的数量或浓度，是衡量发酵进程和微生物生长状态的重要指标。常用的监测方法有直接计数法、浊度法、干重法、湿重法等。例如，在大规模生产重组蛋白的发酵过程中，通过定期测量发酵液的浊度来估算生物量，从而了解微生物的生长情况，及时调整发酵条件。
2. 底物浓度：指发酵培养基中微生物生长和代谢所需的各种营养物质的浓度，如碳源、氮源、磷源等。底物浓度过高可能会抑制微生物的生长，过低则可能导致营养不足，影响产物的合成。例如，在抗生素发酵中，要实时监测葡萄糖等碳源的浓度，根据消耗情况及时补加，以维持微生物的生长和产物合成的需求。
3. 产物浓度：这是发酵过程的关键指标，直接关系到产品的产量和质量。通过各种分析方法，如高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、酶联免疫吸附测定（ELISA）等，定期测定发酵液中目标产物的浓度，以了解产物的合成动态，判断发酵过程是否正常，以及确定最佳的收获时间。例如，在生产单克隆抗体的发酵过程中，经常使用ELISA法监测抗体的浓度，当抗体浓度达到峰值且维持稳定时，即可考虑进行发酵终止和产物分离纯化。
4. 二氧化碳释放率（CER）和呼吸商（RQ）：CER反映了微生物的代谢活性和呼吸强度，RQ是指微生物在发酵过程中二氧化碳释放量与氧气摄取量的比值，能反映微生物的代谢途径和生理状态。通过在线监测CER和RQ，可以及时了解微生物的生长和代谢情况，调整发酵条件。例如，在酵母发酵生产乙醇的过程中，当RQ值接近1.0时，表明微生物主要进行有氧呼吸；当RQ值大于1.0时，说明发酵过程逐渐转向无氧发酵，开始大量产生乙醇。
5. 氧化还原电位（ORP）：发酵液中的ORP与溶解氧、微生物代谢产物等因素有关，能反映发酵体系的氧化还原状态。不同的微生物在不同的生长阶段对ORP有不同的要求，通过监测ORP可以了解发酵过程中微生物的生理状态和代谢情况。例如，在某些厌氧菌发酵过程中，需要将ORP控制在较低水平，以创造有利于厌氧菌生长和产物合成的环境。
6. 噬菌体污染指标：在发酵过程中，尤其是使用细菌进行发酵时，噬菌体污染是一个严重的问题。需要密切关注发酵液的一些异常变化，如发酵液的浊度突然下降、pH值异常波动、泡沫增多、产物合成停止等，这些可能是噬菌体污染的迹象。此外，还可以通过检测发酵液中的噬菌体颗粒数量或噬菌体核酸来确定是否发生污染。一旦发现噬菌体污染，需要立即采取措施，如更换菌种、对发酵设备进行彻底消毒等，以避免发酵失败。

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在发酵过程中，常见的工艺参数主要包括以下几类：

1. **物理参数**：
   - **温度**：影响酶活性、微生物生长代谢速率及氧的溶解度等。不同菌种和发酵阶段所需温度不同，需通过温度控制系统进行调节。
   - **压力**：包括搅拌产生的轴向压力、发酵罐夹套和通风管中的流体静压以及进气和排气造成的压力差，这些压力对发酵过程有重要影响。
   - **搅拌转速**：搅拌使物料混合均匀，促进热、氧传递。合适的搅拌转速可提高发酵效率，但过高或过低均会产生不利影响。

2. **化学参数**：
   - **pH值**：是发酵过程中各种生化反应的综合结果，影响菌体生长和产物合成。不同菌种和发酵阶段对pH值的要求不同，需通过酸碱调节维持适宜pH范围。
   - **溶解氧浓度**：好氧菌发酵必备条件，溶解氧浓度影响微生物生长代谢、工艺控制合理性及设备供氧能力。
   - **基质含量**：指发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的浓度，其变化对菌体生长和产物合成有重要影响。

3. **生物参数**：
   - **菌体浓度**：直接反映发酵液中菌体数量，可通过显微镜直接计数法、比浊法、干重法等测定，对监测发酵过程、优化工艺及保证产品质量重要。
   - **产物浓度**：反映发酵过程中目标产物的含量，是衡量发酵效果的重要指标之一。常用检测方法有高效液相色谱法、气相色谱法等。

综上所述，发酵过程中的工艺参数涉及多个方面，这些参数相互关联、相互影响，共同决定着发酵过程的效率和产物的质量。在实际发酵生产中，需要根据具体的发酵类型、菌种特性以及产物要求等因素，对这些工艺参数进行精确的控制和优化。

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ZXDg1n

想了解大概，问下DS。想详细了解，买一本本科的教材看下。小白的话，建议后者

Kennethnwy

ZXDg1n 发表于 2025-3-31 11:24
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