Работата с голям ферментатор е сложно начинание, което включва множество предизвикателства. Като доставчик на ферментатор съм свидетел от първа ръка трудностите, с които клиентите се сблъскват, когато се занимават с тези големи мащабни системи. В тази публикация в блога ще се задълбоча в някои от основните предизвикателства при експлоатацията на голям ферментатор и ще обсъдя потенциални решения.
Контрол на температурата
Едно от най -критичните предизвикателства при големи мащабни ферментации е контролът на температурата. Ферментацията е биохимичен процес, който е силно чувствителен към температурата. Различните микроорганизми имат оптимални температурни диапазони за растеж и метаболизъм. Например, дрождите, използвани при ферментацията на бирата, обикновено процъфтяват при температури между 10 ° C и 25 ° C. Отклоненията от този диапазон могат да доведат до по -бавни скорости на ферментация, извън - аромати и дори смъртта на микроорганизмите.
В голям мащабен ферментатор поддържането на постоянна температура в целия съд е изключително трудно. Големият обем на ферментатора означава, че може да има значителни градиенти на температурата. Топлината, генерирана от метаболитните дейности на микроорганизмите, може да доведе до повишаване на температурата в центъра на ферментатора, докато външните стени могат да бъдат по -хладни поради топлинен обмен със заобикалящата среда.
За да се справят с това предизвикателство, са необходими разширени системи за охлаждане и отопление. Тези системи трябва да бъдат внимателно проектирани, за да осигурят равномерно разпределение на температурата. Например могат да се използват ферментари с кокетни ферментатори, където хладна или топла течност циркулира в якето около ферментатора, за да регулира температурата. Освен това могат да бъдат инсталирани вътрешни охлаждащи намотки, за да се осигури по -локализиран контрол на температурата. Тези системи обаче са сложни и изискват редовна поддръжка, за да се гарантира правилното им функциониране.
Захранване на кислород
Кислородът е друг решаващ фактор за ферментацията. В началните етапи на ферментацията много микроорганизми изискват кислород за растеж и възпроизвеждане. Въпреки това, след като ферментацията прогресира, прекомерният кислород може да бъде пагубен, тъй като може да доведе до окисляване на ферментационните продукти, причинявайки - аромати и намаляване на качеството на крайния продукт.
В голям ферментатор, осигуряването на нужното количество кислород в точното време е предизвикателство. Големият обем на ферментатора затруднява гарантирането, че кислородът е равномерно разпределен в целия ферментационен бульон. Системата за възбуда, която се използва за смесване на бульона и разпръскване на кислорода, трябва да бъде внимателно проектирана. Егитацията на високата скорост може да причини прекомерно пенообразуване, което може да доведе до загуба на продукта и замърсяване. От друга страна, недостатъчната възбуда може да доведе до лошо разпределение на кислорода и неравномерна ферментация.
За да се преодолее това предизвикателство, се използват сложни системи за аерация. Тези системи могат точно да контролират количеството кислород, доставян на ферментатора. Например, спаргерите могат да се използват за въвеждане на кислород под формата на фини мехурчета във ферментационния бульон. Освен това сензорите могат да бъдат инсталирани за наблюдение на нивата на разтворен кислород в бульона, което позволява реално регулиране на времето на скоростта на аерация.
Предотвратяване на замърсяване
Замърсяването е основен проблем при ферментацията на големи мащаби. Всички нежелани микроорганизми, които влизат в ферментатора, могат да се конкурират с желаните микроорганизми за хранителни вещества и пространство, а също така могат да произвеждат нежелани продукти. Замърсяването може да възникне чрез различни източници, като суровините, въздуха, оборудването и операторите.
В голям мащабен ферментатор предотвратяването на замърсяване е по -трудно в сравнение с операциите с малки мащаби. Голямата повърхност на ферментатора и многобройните тръби и фитинги предоставят повече възможности за влизане и растеж на микроорганизмите на микроорганизмите. Освен това, дългите ферментационни цикли в големи мащабни ферментатори увеличават риска от замърсяване.
За да се предотврати замърсяването, строгите хигиенни практики са от съществено значение. Ферментаторът и цялото свързано оборудване трябва да бъдат чисто почистени и стерилизирани, преди да се изпълни всяка ферментация. Това може да включва използването на химически дезинфектанти и стерилизация на парна температура. Системите за филтриране на въздуха също се използват, за да се гарантира, че въздухът, влизащ във ферментатора, е без микроорганизми. Операторите трябва да следват строги асептични техники, за да сведат до минимум риска от въвеждане на замърсители.
Мащаб - Изпълнителни проблеми
Мащабирането от малък мащабен ферментатор до голям мащаб не е пряк процес. Много фактори, които може да не са значителни при малка мащабна операция, могат да станат критични в голям мащабен ферментатор. Например, характеристиките на смесване на ферментатора се променят с мащаб. В малък ферментатор, прости системи за разбъркване могат да бъдат достатъчни за постигане на равномерно смесване. Въпреки това, в голям мащабен ферментатор са необходими по -сложни системи за разбъркване, за да се гарантира, че всички части на ферментационния бульон са добре смесени.
Степента на масово прехвърляне също се променя с мащаба. Предаването на кислород например става по -трудно в голям мащабен ферментатор поради увеличеното разстояние, което кислородът трябва да пътува от газовата фаза до микроорганизмите в течната фаза. Това може да доведе до по -ниски скорости на ферментация и намалени добиви на продукта.
За справяне с мащаба - проблеми с UP са необходими обширни изследвания и разработки. Пилотни - мащабни ферментатори могат да се използват за изследване на поведението на процеса на ферментация в междинен мащаб. Данните, събрани от тези пилотни проучвания, след това могат да бъдат използвани за проектиране и оптимизиране на големия ферментатор. Освен това симулациите на динамика на изчислителната течност (CFD) могат да се използват за моделиране на моделите на потока и пренос на маса във ферментатора, като спомага за идентифициране на потенциални проблеми и проектиране на решения.
Мониторинг и контрол
Мониторингът и контролирането на процеса на ферментация е от съществено значение за осигуряване на постоянно качество на продукта. В голям ферментатор, това е предизвикателна задача поради сложността на процеса и големия брой участващи променливи. Променливите като температура, рН, разтворен кислород и концентрация на субстрата трябва да бъдат непрекъснато наблюдавани и коригирани.
За да се постигне ефективен мониторинг и контрол, се използват различни сензори. Тези сензори могат да предоставят реални данни за времето за ключовите променливи на процеса. Например, PH сензорите могат да се използват за измерване на киселинността на ферментационния бульон, а температурните сензори могат да наблюдават температурата. Тези сензори обаче трябва да се калибрират редовно, за да се осигурят точни измервания.
Системата за управление, използвана за регулиране на променливите на процеса, също трябва да бъде сложна. Автоматизираните системи за управление могат да се използват за регулиране на температурата, скоростта на разбъркване и захранването на кислород въз основа на данните, събрани от сензорите. Тези системи обаче изискват редовни актуализации на поддръжката и софтуера, за да се гарантира правилното им функциониране.
Управление на разходите
Работата с голям ферментатор е скъпо. Първоначалната инвестиция във ферментатора и свързаното с тях оборудване е висока, а оперативните разходи, включително енергия, суровини и труд, също могат да бъдат значителни. Например, енергията, необходима за стартиране на системите за охлаждане, отопление и възбуда, може да бъде значителна част от работните разходи.
За да се управляват разходите, ефективната работа и поддръжка са от съществено значение. Редовната поддръжка на ферментатора и свързаното с тях оборудване може да предотврати повреда и да удължи живота им, като намали нуждата от скъпи замествания. Освен това, оптимизирането на процеса на ферментация може да намали консумацията на суровини и енергия. Например, като се използват по -ефективни системи за възбуждане, енергията, необходима за смесване, може да бъде намалена.
Качество и последователност на продукта
Поддържането на качеството и консистенцията на продукта е основен приоритет при ферментацията. В голям мащабен ферментатор постигането на това може да бъде предизвикателство поради многото фактори, които могат да повлияят на процеса на ферментация. Вариациите в суровините, условията на работа и микробните култури могат да доведат до разлики в крайния продукт.
За да се гарантира качеството и последователността на продукта, трябва да се създадат строги мерки за контрол на качеството. Това включва редовно вземане на проби и анализ на ферментационния бульон и крайния продукт. Суровините, използвани в процеса на ферментация, също трябва да бъдат внимателно подбрани и тествани, за да се гарантира тяхното качество и консистенция. Освен това трябва да се спазват стандартизирани оперативни процедури, за да се сведат до минимум вариациите в процеса на ферментация.
Заключение
Работата с голям мащабен ферментатор представя множество предизвикателства, включително контрол на температурата, захранване на кислород, предотвратяване на замърсяване, проблеми с мащаба, мониторинг и контрол, управление на разходите и качество и последователност на продукта. Като доставчик на ферментатор ние разбираме тези предизвикателства и се ангажираме да предоставим на нашите клиенти най -добрите ферментатори на класа и услуги за поддръжка.
Ние предлагаме широк спектър от ферментатори, като10 BBL Brite Tank,Резервоари за ферментация от неръждаема стоманаи1000L от неръждаема стомана бирена ферментационно оборудване до ключ проект. Нашите ферментатори са проектирани с усъвършенствана технология за справяне с предизвикателствата, споменати по -горе и осигуряват ефективна и висококачествена ферментация.
Ако сте изправени пред предизвикателства при експлоатация на голям ферментатор или обмисляте да закупите нов ферментатор, ви каним да се свържете с нас за подробна дискусия. Екипът ни от експерти е готов да ви помогне да намерите най -доброто решение за вашите специфични нужди.
ЛИТЕРАТУРА
- Baily, Je, & Ollis, DF (1986). Основи на биохимичното инженерство. McGraw - Hill.
- Доран, PM (1995). Принципи на биопроцес инженеринг. Академична преса.
- Stanbury, PF, Whitaker, A., & Hall, SJ (2017). Принципи на ферментационната технология. Elsevier.
