Работа крупного масштабного ферментера является сложным усилием, которое включает в себя множество проблем. Как поставщик ферментеров, я воочию стал свидетелем трудностей, с которыми сталкиваются клиенты при работе с этими крупномасштабными системами. В этом сообщении я буду углубляться в некоторые ключевые проблемы при использовании крупного масштабного ферментера и обсуждения потенциальных решений.
Контроль температуры
Одной из наиболее важных проблем в крупномасштабной ферментации является контроль температуры. Ферментация - это биохимический процесс, который очень чувствителен к температуре. Различные микроорганизмы имеют оптимальные температурные диапазоны для роста и метаболизма. Например, дрожжи, используемые при ферментации пива, обычно процветают при температуре от 10 ° C до 25 ° C. Отклонения от этого диапазона могут привести к более медленной скорости ферментации, выкл. - ароматизации и даже смерти микроорганизмов.
В крупномасштабном ферментере поддерживать постоянную температуру по всему сосуду чрезвычайно сложно. Большой объем ферментера означает, что могут быть значительные температурные градиенты. Тепло, генерируемое метаболической активностью микроорганизмов, может привести к повышению температуры в центре ферментера, в то время как внешние стены могут быть прохладными из -за теплообмена с окружающей средой.
Для решения этой проблемы требуются передовые системы охлаждения и отопления. Эти системы должны быть тщательно разработаны для обеспечения равномерного распределения температуры. Например, можно использовать ферментеры с оболочкой, где прохладная или теплая жидкость циркулирует в куртке вокруг ферментера, чтобы регулировать температуру. Кроме того, внутренние катушки охлаждения могут быть установлены, чтобы обеспечить более локализованный контроль температуры. Тем не менее, эти системы являются сложными и требуют регулярного технического обслуживания, чтобы обеспечить их надлежащее функционирование.
Кислород
Кислород является еще одним важным фактором в ферментации. На начальных этапах ферментации многие микроорганизмы требуют кислорода для роста и размножения. Тем не менее, после прогрессирования ферментации, чрезмерный кислород может быть вредным, поскольку это может привести к окислению продуктов ферментации, вызывая вкусы и снижение качества конечного продукта.
В большом масштабном ферментере, обеспечение правильного количества кислорода в нужное время является проблемой. Большой объем ферментера затрудняет, чтобы кислород был равномерно распределен по всему ферментационному бульону. Система агитации, которая используется для смешивания бульона и диспергирования кислорода, должна быть тщательно разработана. Высокая - скоростная перемешивание может вызвать чрезмерное пену, что может привести к потере продукта и загрязнению. С другой стороны, недостаточное возбуждение может привести к плохому распределению кислорода и неравномерной ферментации.
Чтобы преодолеть эту проблему, используются сложные системы аэрации. Эти системы могут точно контролировать количество кислорода, поставляемого ферментеру. Например, Spargers можно использовать для введения кислорода в форме тонких пузырьков в ферментационный бульон. Кроме того, датчики могут быть установлены для мониторинга уровня растворенного кислорода в бульоне, что позволяет решать реальную регулировку времени аэрации.
Профилактика загрязнения
Загрязнение является серьезной проблемой при крупной масштабной ферментации. Любые нежелательные микроорганизмы, которые попадают в ферментер, могут конкурировать с желаемыми микроорганизмами для питательных веществ и пространства, а также могут производить нежелательные продукты. Загрязнение может происходить с помощью различных источников, таких как сырье, воздух, оборудование и операторы.
В крупномасштабном ферментере предотвращение загрязнения сложнее по сравнению с небольшими масштабными операциями. Большая площадь поверхности ферментера и многочисленные трубы и фитинги дают больше возможностей для микроорганизмов и расти. Кроме того, длинные циклы ферментации в крупных ферментерах увеличивают риск загрязнения.
Чтобы предотвратить загрязнение, необходима строгая гигиена. Ферментер и все ассоциированное оборудование необходимо тщательно очистить и стерилизовать перед каждым заездом ферментации. Это может включать в себя использование химических дезинфицирующих средств и стерилизации паров с высокой температурой. Системы воздушной фильтрации также используются для обеспечения того, чтобы воздух, входящий в ферментер, не был от микроорганизмов. Операторы должны следовать строгим асептическим методам, чтобы минимизировать риск введения загрязняющих веществ.
Масштаб - проблемы
Масштабирование от небольшого масштабного ферментера до большого масштаба, он не является простым процессом. Многие факторы, которые могут быть не значимыми в небольшой масштабе, могут стать критическими в крупномасштабном ферментере. Например, характеристики смешивания изменения ферментера с масштабами. В небольшом масштабном ферментере простых систем перемешивания могут быть достаточными для достижения равномерного смешивания. Однако в крупномасштабном ферментере необходимы более сложные системы перемешивания, чтобы гарантировать, что все части ферментационного бульона хорошо смешаны.
Ставки массопереноса также меняются с масштабами. Например, перенос кислорода становится более сложным в крупномасштабном ферментере из -за увеличения расстояния, которое необходимо кислород, чтобы перемещаться от газовой фазы к микроорганизмам в жидкой фазе. Это может привести к более низкой скорости ферментации и снижению урожайности продукта.
Чтобы решить масштаб - проблемы, требуются обширные исследования и разработки. Пилот - масштабные ферментеры могут быть использованы для изучения поведения процесса ферментации в промежуточном масштабе. Данные, собранные из этих исследований пилота -масштаба, могут затем использоваться для проектирования и оптимизации крупномасштабного ферментера. Кроме того, моделирование вычислительной динамики жидкости (CFD) может использоваться для моделирования шаблонов потока и массопереноса в ферментере, помогая определить потенциальные проблемы и проектирование решений.
Мониторинг и контроль
Мониторинг и контроль процесса ферментации имеет важное значение для обеспечения последовательного качества продукта. В крупном масштабном ферментере это сложная задача из -за сложности процесса и большого количества задействованных переменных. Переменные, такие как температура, рН, растворенный кислород и концентрация субстрата, должны непрерывно контролироваться и скорректироваться.
Для достижения эффективного мониторинга и контроля используются различные датчики. Эти датчики могут предоставить реальные данные времени на ключевых переменных процесса. Например, датчики pH могут использоваться для измерения кислотности ферментационного бульона, а датчики температуры могут контролировать температуру. Однако эти датчики необходимо регулярно калибровать, чтобы обеспечить точные измерения.
Система управления, используемая для регулировки переменных процесса, также должна быть сложной. Автоматизированные системы управления могут использоваться для регулировки температуры, скорости перемешивания и подачи кислорода на основе данных, собранных от датчиков. Тем не менее, эти системы требуют регулярного обслуживания и обновлений программного обеспечения, чтобы обеспечить их надлежащее функционирование.
Управление затратами
Управление крупномасштабным ферментером стоит дорого. Первоначальные инвестиции в ферментер и связанное оборудование высоки, и эксплуатационные расходы, включая энергию, сырье и труд, также могут быть существенными. Например, энергия, необходимая для запуска систем охлаждения, отопления и перемешивания, может быть значительной частью эксплуатационных расходов.
Чтобы управлять затратами, эффективная эксплуатация и техническое обслуживание необходимы. Регулярное обслуживание ферментера и связанного оборудования может предотвратить поломки и продлить срок службы, снижая необходимость в дорогостоящей замене. Кроме того, оптимизация процесса ферментации может снизить потребление сырья и энергии. Например, используя более эффективные системы перемещения, энергия, необходимая для смешивания, может быть уменьшена.
Качество и последовательность продукта
Поддержание качества и последовательности продукта является главным приоритетом в ферментации. В крупномасштабном ферментере достижение этого может быть сложным из -за многих факторов, которые могут повлиять на процесс ферментации. Изменения в сырье, рабочих условиях и микробных культурах могут привести к различиям в конечном продукте.
Чтобы обеспечить качество и согласованность продукта, должны быть строгие меры контроля качества. Это включает в себя регулярную выборку и анализ ферментационного бульона и конечного продукта. Сырье, используемое в процессе ферментации, также необходимо тщательно выбрать и протестировать, чтобы обеспечить их качество и согласованность. Кроме того, необходимо соблюдать стандартизированные рабочие процедуры, чтобы минимизировать изменения в процессе ферментации.
Заключение
В эксплуатации крупномасштабного ферментера представлены многочисленные проблемы, включая контроль температуры, поставку кислорода, предотвращение загрязнения, масштабные проблемы, мониторинг и контроль, управление затратами, а также качество продукта и согласованность. Как поставщик ферментеров, мы понимаем эти проблемы и привержены предоставлению нашим клиентам лучших - в классных ферментерах и службах поддержки.
Мы предлагаем широкий спектр ферментеров, таких как10 баррелей БритаВФерментационные танки вина из нержавеющей стали, и1000L Проект для брожения пива из нержавеющей стали.Полем Наши ферментеры разработаны с помощью передовых технологий для решения задач, упомянутых выше, и обеспечения эффективной и высокой - качественной ферментации.
Если вы сталкиваетесь с проблемами в эксплуатации крупномасштабного ферментера или рассматривает возможность покупки нового ферментера, мы приглашаем вас связаться с нами для подробного обсуждения. Наша команда экспертов готова помочь вам найти лучшее решение для ваших конкретных потребностей.
Ссылки
- Baily, Je, & Ollis, DF (1986). Биохимические инженерии Основы. МакГроу - Хилл.
- Доран, ПМ (1995). Биопроцесс инженерных принципов. Академическая пресса.
- Stanbury, PF, Whitaker, A. & Hall, SJ (2017). Принципы технологии ферментации. Elsevier.
