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摘 要

近年来，随着自控技术及计算机网络技术的飞速发展，发酵工程及相关装备的研究也随之进入一个新的阶段，全自动发酵过程模块已成为当前发酵工艺中不可或缺的一部分，由于发酵是一个极为复杂的生物反应过程，需要通过不断的对发酵参数进行优化，进而实现发酵工艺的不断更新与完善。生物发酵技术的发展对生物制剂的研发与生产提出了制备周期短、种类增加、数量减少的新要求，这就需要新一代的生物反应器及相关控制模块的研发与更新。本研究通过对发酵工艺背景和国内外现状发展的了解来设计发酵罐的各个模块；然后通过实验来验证已经设计好的发酵罐，在通气量Q相同时，对不同发酵罐的转速n进行研究，测定发酵罐的传质系数K_La；同时测定运用不同碳源、氮源、碳氮比培养基培养菌体时的DO值、PH值、温度的发酵参数，,从而通过图表来优化与设计发酵罐。

关键词：发酵工程；发酵参数；生物反应器；发酵罐

Research and Design of Partial Fermentation Process of Acid Phosphatase

Abstract

In recent years, with the rapid development of automatic control technology and computer network technology, fermentation engineering and related equipment research also will enter a new stage, automatic fermentation process module has become an indispensable part of the current fermentation process, is a very complex process of biological reactions, need to continue through the fermentation parameters to optimize, and then to achieve the continuous upgrading and improvement of fermentation process. The development of bio-fermentation technology on the development and production of biological agents proposed a short cycle, the type of increase, the number of new requirements, which requires a new generation of bioreactor and related control module research and development and update. This study designs the modules of the fermentor by understanding the background of the fermentation process and the development of the present situation at home and abroad. Then, the experiment has been carried out to verify the fermentor. At the same ventilation Q, the rotational speed n of different fermenters was studied to determine the mass transfer coefficient K_La of the fermentor. At the same time, the DO value and pH were measured when the cells were cultured with different carbon source, nitrogen source and carbon / nitrogen ratio Value, temperature parameters, and thus through the chart to optimize and design the fermentation tank.

Keywords: Fermentation engineering ; fermentation parameters ; bioreactor ; fermentation tank

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 文献综述 1

1.1 发酵工艺的背景 1

1.2 发酵工艺的意义 2

1.3 发酵工艺的设计原理 2

1.4 国内研究现状及趋势 3

1.5 国外研究现状及趋势 3

1.6 主要研究方向 4

1.6.1 溶氧 4

1.6.2 pH 值 5

1.6.3 温度的选择 5

第二章 设计模块应用的初步研究 6

2.1 发酵罐总体模块图 6

2.2 发酵罐控制模块设计 6

2.3 发酵罐内部电路图 8

2.4 发酵罐控制模块外部设计 9

第三章 模块测试实验 10

3.1 Na₂SO₃氧化法测量气液接触流程里的值 10

3.1.1 实验目的 10

3.1.2 仪器与试剂 10

3.1.3 实验原理 10

3.1.4 实验步骤 11

3.1.5 数据处理 12

3.1.6 K_La与时间的折线图 14

3.1.7 结果分析 14

3.2 测定发酵工艺过程中的参数：溶氧、PH、温度 14

3.2.1 实验目的 14

3.2.2 实验仪器和试剂 15

3.2.3 实验原理 15

3.2.4 实验步骤 16

3.2.5 数据处理和结果分析 18

第四章 结论与展望 29

4.1 结论 29

4.2展望 29

参考文献 30

致 谢 33

第一章 文献综述

1.1 发酵工艺的背景

21世纪以来，发酵是生物科技专业的核心和关键组成部分，而且它是生物技术发展的重要桥梁，所以它的基本原理和运用研究方面一直是生物科技研究方向中最为关键的内容。随着现代科学技术的不断发展，发酵控制工艺深入人心，到今天为止，利用发酵技术，在食品、医学、农业、轻工等方面独有广泛的应用，它存在着巨大的潜能，对未来的发展起着巨大的作用。实现迅速研究开发的主要装置是小型的生物反应器^[1]，这一代的技术主要包含高通气量选择、高通气量工艺研究开发，柔性化和模块化制造。

为了提升发酵罐生产效率，人们最先想到的是菌种选择以及建造基因工程，往往会忘记生物反应器中的工程问题，这些问题在过程优化和工艺设计方面需要加以讨论并考虑。构建菌发酵是为了可以获得足够多的外源基因物质,尽量防止宿主细胞自身蛋白被污染。外源基因的高水平表达不但关系到宿主细胞、载体以及目的基因的相互关系,而且和它所处环境条件有很大的关系。所以如果只按照传统的发酵工艺来得到生物产品是很不足的, 我们要针对作用于外源基因表达的原因实行解析, 研究出符合外源基因高效率表达的发酵工艺控制系统。在获得一个能够高效率的菌株后，紧接着的逐渐扩大和优化大多数是基于最优化的工艺控制点，采取人工的阅历为主的不动态操纵，在应用上统一用正交试验作为主要实验手段。发酵工艺^[22-23]的研究与设计一直是生物化工工艺中一个繁琐问题的两个方面，我们需要根据不同的角度对发酵工艺进行探究。经过正交实验对碳源、氮源以及碳氮比实行了研究和优化，明确了最适培养基成分和培养条件。针对枯草芽孢杆菌,特别是重组构建菌的发酵来说, 为了达成高效率的发酵,可以对应地减少生物量的优化费用和收缩生物反应器的容积,进而减少设计成本, 从而优化生产效率。作者通过实验室的理论成果和生物发酵工程的发展，对发酵工艺进行进一步的研究，从而推动生物反应器培养工艺的不断优化。

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