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En la industria de la fermentación, la calidad de la semilla es la piedra angular del proceso de producción y está directamente relacionada con la eficiencia de la fermentación, el rendimiento del producto y la estabilidad de la calidad. Las semillas de alta calidad son ricas en células microbianas con vitalidad vigorosa y características genéticas estables, que pueden adaptarse rápidamente al entorno de fermentación, utilizar eficientemente los recursos medios de cultivo y promover la rápida acumulación de metabolitos. Por el contrario, la mala calidad de las semillas puede causar problemas como un crecimiento lento y contaminación por bacterias extrañas, restringiendo seriamente el proceso de fermentación e incluso provocando fallas en la producción. Por lo tanto, el control estricto de la tecnología de preparación de semillas para garantizar una alta pureza de semillas y una fuerte vitalidad es la clave para mejorar la eficiencia de producción de fermentación y garantizar la calidad del producto. Los principales factores que afectan el cultivo del tanque de semillas incluyen: condiciones nutricionales, condiciones de cultivo, control de contaminación, determinación del nivel de expansión y determinación de la cantidad de inoculación.

01 Medio de cultura (condiciones nutricionales):

El medio de cultivo está relacionado con la adquisición de la nutrición y tiene un impacto directo en el crecimiento, la reproducción, la actividad enzimática y el rendimiento de los microorganismos. El medio de cultivo se puede dividir en Nutrición de crecimiento básico C/N, control de la presión osmótica de la sal inorgánica, composición de mantenimiento de oligoelementos y sistema de regulación de la actividad enzimática del pH.

Los requisitos para el medio de cultivo son composición simple, fuentes abundantes, bajo precio y adquisición de material conveniente. El medio de cultivo de semillas es el entorno básico para el crecimiento y la reproducción de semillas. Proporciona a los microorganismos los nutrientes necesarios, las fuentes de energía y las condiciones físicas y químicas adecuadas. En primer lugar, los nutrientes suficientes y equilibrados son la clave para garantizar la vitalidad y cantidad de la semilla. Por ejemplo, la fuente de carbono es la base energética para el crecimiento microbiano, y la fuente de nitrógeno es un componente importante del material celular. Si la fuente de carbono o la fuente de nitrógeno son insuficientes, el crecimiento de las semillas se inhibirá y no se podrá lograr la cantidad y calidad esperadas. Las sales inorgánicas en el medio de cultivo, como el fósforo, el azufre, el magnesio, el potasio, etc., desempeñan un papel indispensable en el mantenimiento del equilibrio de la presión osmótica de las células, la actividad enzimática, e integridad estructural de las células. Tomando el fósforo como ejemplo, participa en la síntesis de ácidos nucleicos y fosfolípidos. Si falta fósforo, la replicación del material genético celular y la formación de membranas celulares se verán obstaculizadas, lo que afectará el crecimiento y la reproducción de las semillas. La pureza y el contenido de impureza de las materias primas del medio de cultivo afectarán el crecimiento de microorganismos. Si las materias primas contienen sustancias tóxicas o inhibidores, pueden tener un efecto tóxico en el crecimiento de las semillas e incluso causar la muerte de las semillas.

A. El último nivel de medio de cultivo en el tanque de semillas debe ser consistente con el del tanque de producción. En este momento, el sistema enzimático requerido para la fermentación se ha establecido en el tanque anterior, y no necesita ser reconstruido bajo las nuevas condiciones ambientales.

B. La relación de fuente de nitrógeno debe aumentarse en el medio de cultivo del tanque de semillas, y la relación incremental de nitrógeno inorgánico debe ser mayor.

C. Una vez que se actualiza la tensión, debido a las diferencias del equipo (tipo de tanque, forma de agitación, velocidad, etc.), la relación del medio de cultivo debe reajustarse de acuerdo con el experimento.

02 especies de edad, cantidad de inoculación:

El requisito de la edad de la semilla es de gran importancia para el trasplante en la fase de crecimiento logarítmico.

Debido a que las semillas jóvenes no han crecido y madurado completamente, varios sistemas enzimáticos y mecanismos metabólicos en las células aún no se han establecido completamente, resultando en una débil capacidad para adaptarse al nuevo entorno después de la trasposición y una lenta velocidad de arranque. Las especies antiguas, por otro lado, también pueden tener un desempeño deficiente en el nuevo entorno debido a razones como la reducción de la viabilidad celular y la capacidad metabólica. Ambas situaciones prolongarán el ciclo de fermentación, aumentarán los costos de producción y, en última instancia, conducirán a menores rendimientos. La cantidad de inoculación tiene un impacto significativo en la longitud de la fase de retraso en el nuevo entorno. Cuando la cantidad de inoculación es grande, los metabolitos acompañantes, como el ARN, necesarios para la división celular y la reproducción son unBundant. Estos metabolitos pueden apoyar rápidamente el crecimiento y la reproducción de las células en el nuevo entorno, lo que permite que las células entren rápidamente en la fase de crecimiento logarítmico y acorten el tiempo para adaptarse al nuevo entorno.

Por el contrario, si la cantidad de inoculación es demasiado pequeña, el contenido de metabolitos en las células es insuficiente, y las células necesitan pasar más tiempo para sintetizar las sustancias requeridas, prolongando así el periodo de desfase. Tomando como ejemplo la producción de alcohol por fermentación de levadura, cuando la cantidad de inoculación es insuficiente, la tasa de producción de alcohol en la etapa inicial de la fermentación se ralentizará significativamente, dando como resultado que todo el ciclo de fermentación se prolongue y se reduzca la eficiencia de producción.

03 Temperatura:

Mire la temperatura en la etapa inicial y el oxígeno disuelto en la etapa posterior.

Cualquier microorganismo tiene su temperatura de crecimiento óptima y temperatura de producción, de la siguiente manera:

En el campo de la biología, la temperatura, como uno de los factores ambientales clave para el crecimiento microbiano, hComo un impacto significativo en la tasa de crecimiento y las actividades metabólicas de los microorganismos. Según una regla general, la tasa de crecimiento de los microorganismos generalmente se duplica por cada aumento de 10 ° C. Esto se debe principalmente a que la temperatura puede afectar directamente el sistema de enzimas metabólicas en las células.

Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en los organismos, y casi todos los procesos microbianos y metabólicos son catalizados por enzimas. La velocidad de reacción de las enzimas se ve muy afectada por la temperatura. Hay un rango de temperatura óptimo. Dentro de este rango, la actividad enzimática es la más alta y el crecimiento y metabolismo de los microorganismos también son los más rápidos. Cuando la temperatura es más baja que la temperatura óptima, la actividad de la enzima disminuye y la tasa de crecimiento de los microorganismos se ralentiza; cuando la temperatura es más alta que la temperatura óptima, la enzima puede perder actividad debido a la desnaturalización, lo que provoca que el crecimiento de microorganismos se vea obstaculizado o incluso la muerte.

04 pH efecto:

Efecto 4,1 del valor de pH sobre la actividad de la enzima:

Regulación de la actividad enzimática: Las enzimas son proteínas clave que catalizan reacciones bioquímicas en microorganismos, y su actividad se ve afectada significativamente por el valor del pH. Cada enzima tiene su rango de pH óptimo, dentro del cual la actividad enzimática es más alta. Cuando el valor de pH se desvía del rango óptimo, la actividad enzimática disminuirá gradualmente o incluso se volverá completamente inactiva. Esto hará que el proceso metabólico de los microorganismos se bloquee, afectando la absorción y utilización de nutrientes, reduciendo así la calidad de la semilla.

Afectar las vías metabólicas: los cambios en el pH también pueden causar cambios en las vías metabólicas microbianas. Por ejemplo, en condiciones ácidas, ciertos microorganismos pueden aumentar la vía de fermentación del ácido láctico para mantener la homeostasis del pH, lo que puede cambiar los tipos y proporciones de metabolitos, afectando así la calidad de la semilla.

Efecto 4,2 del valor de pH en la membrana celular:

Permeabilidad de la membrana celular: el valor de pH puede afectar el estado de carga de la membrana celular microbiana, cambiando así la permeabilidad de la membrana celular. La membrana celular es el canal principal para que los microorganismos intercambien sustancias con el entorno externo. Los cambios en su permeabilidad afectarán directamente a la absorción de nutrientes y la excreción de metabolitos por microorganismos.

Estabilidad celular: En condiciones extremas de pH, la estructura de la membrana celular puede dañarse, causando que las sustancias intracelulares se escapen o que las sustancias nocivas externas ingresen a la célula, afectando así las funciones fisiológicas normales de la célula.

Efecto 4,3 del valor de pH sobre la absorción de nutrientes:

Afecta la disociación de nutrientes: Los nutrientes (como aminoácidos, minerales, etc.) en el medio de cultivo se disocian en diferentes grados bajo diferentes condiciones de pH, que afectará la eficiencia de absorción y utilización de estos nutrientes por microorganismos.

Competencia que afecta a los nutrientes: en los sistemas de cultivo mixto, diferentes microorganismos tienen diferentes habilidades para absorber y utilizar nutrientes. Los cambios en el pH pueden cambiar esta relación competitiva, afectando así el crecimiento y la reproducción de especies bacterianas dominantes.

Los valores de pH no óptimos harán que la tasa de crecimiento de los microorganismos se desacelere o incluso se estanque, lo que afectará la acumulación de biomasa y la mejora de la calidad de las semillas; el cultivo a largo plazo de microorganismos en condiciones de pH inapropiadas puede conducir a cambios en sus características genéticas (como mutaciones de genes, recombinación de genes, etc.), Afectando así la estabilidad genética de las semillas y la estabilidad de la producción de fermentación posterior; un valor de pH adecuado puede mejorar la resistencia al estrés de los microorganismos (como antioxidantes, resistencia a la presión osmótica, etc.), permitiéndoles adaptar mejor el entorno de producción complejo y cambiante y mantener un crecimiento estable y un estado metabólico.

Los aniones (acetato, fosfato) se absorben o se utilizan fuentes de nitrógeno para producir NH3, lo que hace que el pH aumente;

Los cationes (NH4 , K) se absorben o se acumulan ácidos orgánicos, lo que hace que el pH baje;

El pH del medio de cultivo de alta C se mueve a pH bajo;

El pH del medio N alto se mueve hacia un pH alto.

Hay tres formas de ajustar el pH: una solución ácido-base; B solución tampón; C tampón fisiológico (Sal fisiológica ácida o fisiológica alcalina).

05 Aireación y agitación:

El Volumen de ventilación, la presión del tanque y la agitación determinan conjuntamente el estado actual de oxígeno disuelto. Solo cuando el oxígeno disuelto es mayor que el BOD actual, el lote de semillas puede crecer normalmente. Después del trasplante, las bacterias entran en el período de crecimiento logarítmico, y la División y la reproLa Tasa de ducción aumenta exponencialmente. En este momento, el volumen de ventilación y la potencia de agitación generalmente se ajustan alternativamente para que el DO alcance el estándar requerido de la bacteria. Una vez que las bacterias no pueden cumplir con el estándar, la temperatura se puede reducir adecuadamente para reducir la tasa de consumo de oxígeno de las bacterias. En este momento, la eficiencia de la División y el crecimiento bacterianos se reduce, pero no causará hipoxia, deformidad o autólisis.

5,1 efecto sinérgico del volumen de ventilación y agitación:

El Volumen de ventilación aumenta directamente la fuente de oxígeno disuelto inyectando aire fresco en el fermentador. Al mismo tiempo, la agitación mejora la uniformidad de distribución y la eficiencia de transferencia de masa del oxígeno disuelto en el medio de cultivo al promover la mezcla de gas, partículas líquidas y sólidas en el medio de cultivo. El ajuste alterno del volumen de ventilación y la potencia de agitación pueden lograr un control fino de las etapas de oxígeno disuelto. Por ejemplo, durante el período de crecimiento bacteriano vigoroso, aumentar el volumen de ventilación y el poder de agitación puede aumentar el nivel de oxígeno disuelto y satisfacer la demanda bacteriana de oxígeno; cuando el oxígeno disuelto es excesivo o insuficiente, el oxígeno disuelto se puede mantener estable ajustando el volumen de ventilación y la potencia de agitación.

5,2 relación entre el oxígeno disuelto y BOD:

La demanda biológica de oxígeno (DBO) es un indicador del grado de contaminación orgánica en el agua, que refleja la cantidad de oxígeno que requieren los microorganismos para descomponer esta materia orgánica. Durante el proceso de fermentación, los microorganismos solo pueden crecer normalmente cuando el oxígeno disuelto (DO) es mayor que la actual demanda biológica de oxígeno (DBO). Si La DO es menor que la DBO, los microorganismos se inhibirán por la falta de oxígeno, lo que resultará en una disminución en la tasa de crecimiento, una acumulación reducida de metabolitos e incluso la autólisis celular.

06 Determinación de las etapas del tanque de semillas:

Cuantas menos etapas, es menos probable que esté contaminado. Las etapas están determinadas por las propiedades de la CEPA, como la tasa de crecimiento, la concentración bacteriana logarítmica, el nivel de desarrollo de las esporas, etc. Después de la optimización y depuración continua, el número de etapas del tanque de semillas debe reducirse tanto como sea posible, Pero debe basarse en la premisa de que no afecta o afecta menos el aumento en el período de retraso del tanque de producción y la tasa de crecimiento en el período de crecimiento logarítmico.

En la industria de la fermentación, el número de etapas del tanque de semillas es un parámetro clave del proceso, el riesgo de contaminación microbiana que afecta directamente, la eficiencia del crecimiento y la estabilidad y el costo de todo el proceso de fermentación. La determinación del nivel generalmente se basa en las características de la CEPA, como la tasa de crecimiento, la concentración bacteriana logarítmica, el nivel de desarrollo de esporas, etc. Estos factores determinan conjuntamente las necesidades y la adaptabilidad de los microorganismos en diferentes etapas de crecimiento. ¿Cuáles son las ventajas de reducir el número de etapas de expansión?

6,1 Reducir el riesgo de contaminación:

Cuantas menos etapas, menos pasos operativos y cambios ambientales experimentan los microorganismos durante el proceso de expansión, lo que reduce el riesgo de contaminación. La contaminación bacteriana es un problema común en la industria de la fermentación, que puede provocar fallas en la fermentación, degradación de la calidad del producto e incluso interrupción de la producción. Por lo tanto, reducir el número de etapas es de gran importancia para mejorar la estabilidad y fiabilidad del proceso de fermentación.

6,2 Mejorar la eficiencia del crecimiento:

En condiciones adecuadas, la tasa de crecimiento de los microorganismos es constante, pero cada vez que los microorganismos se transfieren y expanden, habrá una cierta pérdida de crecimiento y período de adaptación. Por lo tanto, reducir el número de etapas puede acortar el tiempo desde la inoculación hasta el período de crecimiento logarítmico de los microorganismos y mejorar la eficiencia del crecimiento.

6,3 Reducción de costos:

Reducir el número de etapas significa que el equipo, la mano de obra, los materiales y otros recursos requeridos también se reducen en consecuencia, lo que ayuda a reducir los costos de producción.

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6,4 precauciones:

En el proceso de reducción del número de etapas, se debe garantizar que el aumento en el período de histéresis del tanque de producción y la tasa de crecimiento en el período de crecimiento logarítmico no se verán afectados significativamente. Esto se debe a que el período de histéresis es un período crítico para que los microorganismos se adapten al nuevo entorno y ajusten su estado metabólico. Si el período de histéresis es demasiado largo, conducirá a una extensión de todo el ciclo de fermentación y una disminución en el rendimiento. Al mismo tiempo, el crecimiento raTe durante la fase de crecimiento logarítmico determina directamente la tasa de reproducción y la biomasa final de los microorganismos. Si la tasa de crecimiento disminuye, también afectará el efecto de fermentación y la calidad del producto.

07 Control de bacterias en la etapa de semilla:

La contaminación por bacterias se refiere a la contaminación de microorganismos no diana durante el proceso de cultivo. Esto puede conducir al fracaso del cultivo o a la degradación de la calidad del producto. Por lo tanto, se deben tomar estrictas medidas de operación aséptica, como el uso de equipos asépticos, medios de cultivo e inóculo, desinfección y esterilización regulares, etc.

La contaminación por bacterias 7,1 conducirá directamente a una disminución en la calidad de las semillas:

La vitalidad de las semillas se refleja en la capacidad de división, el número total de bacterias viables y el tiempo requerido para el inicio. Las semillas normales deben ser poblaciones microbianas puras y únicas, pero después de la contaminación, se mezclarán otras bacterias, cambiando la composición microbiana y la proporción de semillas. Esto afectará las características de crecimiento y la actividad metabólica de las semillas. Por ejemplo, las bacterias pueden competir por nutrientes, interferir con el crecimiento normal y el metabolismo de los microorganismos diana, conducir a una vitalidad insuficiente de la semilla, aumentar el tiempo requerido para la expansión, etc.

7,2 contaminación de las bacterias afectará el rendimiento y la calidad de la fermentación:

Debido a la presencia de bacterias en las semillas, inoculación forzada o ignorando el riesgo de contaminación de bacterias, después de entrar en el tanque, Estas bacterias pueden producir sustancias diferentes del producto objetivo, dando como resultado una disminución en el rendimiento y la pureza del producto de fermentación. Por ejemplo, al producir antibióticos, la contaminación por bacterias puede reducir la potencia de los antibióticos o incluso no cumplir con los estándares farmacéuticos.

7,3 fallo SOP, ajuste temporal del proceso:

Después de inocular líquido de semilla que contiene bacterias extrañas, las propiedades físicas y químicas del líquido de fermentación en el tanque de producción, como el valor de pH, oxígeno disuelto, etc., pueden cambiarse, destruyendo así el ambiente de fermentación adecuado, afectando el crecimiento normal y la regulación metabólica de los microorganismos, Provocando que el proceso de fermentación sea desordenado e incapaz de operar de acuerdo con el SOP establecido, requiriendo intervención temporal y orientación del personal del proceso.

7,4 La contaminación bacteriana aumentará los costos de producción:

Una vez que se descubre la contaminación bacteriana, a menudo se requieren una serie de medidas para lidiar con ella, como detener la fermentación, limpiar el equipo y volver a preparar las semillas. que requiere mucha mano de obra y recursos materiales y aumenta los costos de tiempo.

La contaminación bacteriana durante el período de activación se puede evitar aumentando las operaciones paralelas y seleccionando cepas de alta calidad para agitar botellas. Incluso si se produce contaminación bacteriana, aumentará los costos de tiempo y no causará muchos costos de materiales y pérdidas de mantenimiento del equipo; la pérdida de contaminación bacteriana durante la etapa de expansión es mayor que durante la etapa de activación, pero aún es más prudente terminar la fermentación después de que ocurre la contaminación bacteriana.

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