發(fā)酵過程消泡劑應(yīng)用篩選方案
多數(shù)發(fā)酵過程產(chǎn)生泡沫，由于泡沫的存在可能導(dǎo)致產(chǎn)量降低、逃液、染菌等不良影響，因此篩選合適的消泡劑對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)的意義重大。一方面要考慮消泡劑的質(zhì)量，不能為藥品生產(chǎn)引入不可去除的雜質(zhì)，不能引起代謝異常，不能影響后工序，不能引起發(fā)酵成本的明顯上升等，另一方面要考慮是否能夠提高產(chǎn)量。符合這兩方面要求的消泡劑才是優(yōu)良的消泡劑。
如果在生產(chǎn)水平直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則風(fēng)險(xiǎn)大，成本高，故而不可取，目前從中等發(fā)酵罐放大到生產(chǎn)水平的技術(shù)已經(jīng)成熟，50L規(guī)模發(fā)酵的控制策略和參數(shù)變化已經(jīng)能夠?qū)ιa(chǎn)應(yīng)用起到指導(dǎo)作用。
本方案完成對(duì)消泡劑的篩選，包括小試和中試水平的檢測(cè)
在小試水平完成消泡劑加量、消泡效果、成本初步分析、不同消泡劑比較及為中試放大作準(zhǔn)備。
在中試水平完成消泡劑添加策略的研究、消泡效果考察、消泡劑對(duì)代謝影響研究、成本分析。然后選出最適消泡劑。
本方案主要是通過驗(yàn)證消泡劑的消泡效果和驗(yàn)證消泡劑對(duì)代謝過程的影響來實(shí)現(xiàn)的
突出消泡劑對(duì)發(fā)酵過程參數(shù)的影響，用理論和參數(shù)相關(guān)分析來深入說明選擇的依據(jù)。
分析報(bào)表包括4項(xiàng)內(nèi)容：
（1）表格及分析
（2）代謝過程圖及分析
（3）不同消泡劑效果比較及原因分析
（4）圖片
小試和中試水平需要檢測(cè)的參數(shù)
表1 檢測(cè)參數(shù)列表：
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搖瓶過程參數(shù)
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發(fā)酵罐代謝參數(shù)
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pH
氨基氮
還原糖
菌絲濃度
比生長(zhǎng)速率
發(fā)酵單位
總糖
體積
菌絲形態(tài)
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pH
氨基氮
還原糖
菌絲濃度
比生長(zhǎng)速率
發(fā)酵單位
總糖
體積
菌絲形態(tài)
DO
ECO2
EO2
RQ
F
KLa
比產(chǎn)率
葡萄糖加率
生物效價(jià)
氨水加率
消泡劑補(bǔ)加量
消泡劑補(bǔ)加速率
RPM
溫度
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具體方案
1. 篩選流程
圖 1 消泡劑篩選流程
2. 初篩
假如有A、B、C、D、E 5種消泡劑。按照表1配方配制培養(yǎng)基，然后加入規(guī)定體積的消泡劑，每組3個(gè)平行，第16組為對(duì)照不加消泡劑。
表2 搖瓶培養(yǎng)基配制策略
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消泡劑
組號(hào)
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A
ppm
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B
ppm
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C
ppm
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D
ppm
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E
ppm
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發(fā)酵單位
u/ml
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1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
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100
200
300
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100
200
300
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100
200
300
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100
200
300
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100
200
300
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在發(fā)酵48h、96h取樣和144h放瓶測(cè)定pH、發(fā)酵單位、還原糖、總糖、氨基氮、PMV等參數(shù)。然后對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析，推測(cè)出5個(gè)品種消泡劑對(duì)發(fā)酵的影響，并分析：對(duì)生長(zhǎng)是否有影響；對(duì)代謝過程是否有影響；對(duì)發(fā)酵結(jié)果是否有影響。
結(jié)論：A~E5種消泡劑中，哪種消泡劑促進(jìn)產(chǎn)量、抑制產(chǎn)素，并根據(jù)代謝情況作出初步判斷。假如B、D、E是適合的，則在初篩實(shí)驗(yàn)中就確定B、D、E的合適初始濃度：B 300ppm、D 100ppm、E 200ppm。
3.
搖瓶復(fù)篩
搖瓶復(fù)篩的目的是找到消泡效果好，而且對(duì)生產(chǎn)無影響或有促進(jìn)作用的消泡劑，并初步獲得發(fā)酵罐補(bǔ)加或流加方案。
3.1消沫效果的考察
取某發(fā)酵后期100ml發(fā)酵液置于200ml量筒中，充空氣鼓泡，然后加入相同體積的消泡劑B、D、E、X、Y，觀察消泡效果，根據(jù)初篩情況，從B、D、E中選出2個(gè)消泡劑（如D和E），進(jìn)行搖瓶復(fù)篩。（X，Y為其它常用的2種消泡劑）。
3.2搖瓶考察
按照配方配制培養(yǎng)基，然后加入規(guī)定體積的消泡劑D、E，每組3個(gè)平行，第15組為對(duì)照不加消泡劑。
表3 搖瓶培養(yǎng)基配制策略
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消泡劑
組號(hào)
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D
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E
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X
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Y
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1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
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50
100
150
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150
200
250
300
350
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100
200
300
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100
200
300
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在發(fā)酵48h、96h、144h測(cè)定pH、發(fā)酵單位、還原糖、總糖、氨基氮、PMV等參數(shù)。然后對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析，推測(cè)出2個(gè)品種（D、E）消泡劑對(duì)發(fā)酵的影響，并與其它2個(gè)常用的消泡劑進(jìn)行比較。
根據(jù)合適的初始加量進(jìn)行成本合算。再根據(jù)發(fā)酵過程參數(shù)變化情況和成本情況得出進(jìn)一步的結(jié)論：D、E之中哪種消泡劑是最適合的，并確定合適初始濃度。
4.
確定發(fā)酵過程補(bǔ)加策略
配制培養(yǎng)基，然后添加規(guī)定量的初始消泡劑，然后消毒30分鐘，接種后開始培養(yǎng)，發(fā)酵過程記錄各種一次參數(shù)和二次參數(shù)，這些參數(shù)包括：pH、DO、ECO2、EO2、RQ、KLa等，檢測(cè)生化參數(shù)，并完成不同參數(shù)相關(guān)性分析，以便得出這種消泡劑是否適合發(fā)酵罐發(fā)酵過程。
有些品種后期一般泡沫很大，因此下一步還要確定補(bǔ)加的方案，一般情況下，加入消泡劑后會(huì)使DO降低，如果加入超量的消沫劑后，會(huì)使發(fā)酵受到擾動(dòng)，代謝途徑可能發(fā)生變化，因此過程中加入消泡劑的原則是：量要少，不影響代謝途徑，并保持一定的泡沫量。這就要求將泡沫的控制也納入總體的發(fā)酵控制方案之中，而不能僅僅以控制泡沫為目的。
參數(shù)相關(guān)性分析是控制泡沫方案的基礎(chǔ)，對(duì)工藝過程進(jìn)行細(xì)致分析后才能夠得出適合的策略。
5. 異常情況
加入消泡劑后，發(fā)酵單位可能會(huì)降低。這種現(xiàn)象要認(rèn)真分析參數(shù)變化情況，不可直接認(rèn)為是因?yàn)榧尤肓讼輨┲髮?dǎo)致的。如果出現(xiàn)了這種現(xiàn)象要進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，或調(diào)整方案后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
如果加入消泡劑后，發(fā)酵單位有明顯提高，可能是因?yàn)檫@種消泡劑對(duì)代謝起到了促進(jìn)作用，而且可能對(duì)同類產(chǎn)品也有益處，因此要在這些品種上進(jìn)行驗(yàn)證。
6. 數(shù)據(jù)包括
（1） 初篩搖瓶發(fā)酵各參數(shù)及相關(guān)分析結(jié)論；
（2） 復(fù)篩搖瓶發(fā)酵各參數(shù)及相關(guān)分析結(jié)論；
（3） 發(fā)酵過程參數(shù)及相關(guān)分析結(jié)論；
（4） 成本核算和效益分析。
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