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      淺談制藥企業(yè)中的發(fā)酵工藝優(yōu)化

      2019-10-21 00:07:29程倫
      關(guān)鍵詞:發(fā)酵溶氧工藝

      程倫

      摘 要:隨著發(fā)酵工程技術(shù)的不斷應(yīng)用,如何進(jìn)一步提升發(fā)酵生產(chǎn)水平、降低企業(yè)生產(chǎn)成本成為制藥企業(yè)十分重視的問(wèn)題中,在菌種選育、基因工程構(gòu)建和發(fā)酵工藝優(yōu)化方面不斷的做出探索和努力,其中優(yōu)化發(fā)酵工藝成為成本最節(jié)約的一種提升發(fā)酵生產(chǎn)水平的方式。本文對(duì)制藥企業(yè)生產(chǎn)中如何優(yōu)化發(fā)酵工藝進(jìn)行了分析。

      關(guān)鍵詞:發(fā)酵;溶氧;工藝;優(yōu)化

      1 pH指標(biāo)的優(yōu)化

      ①配料中的pH較為重要,分為配前、配后和消前、消后幾各階段的pH,可以根據(jù)配前和配后pH值的大小檢測(cè)材料的質(zhì)量,對(duì)配料情況做出初步的估計(jì),根據(jù)pH值的非正常變化及時(shí)識(shí)別錯(cuò)誤,及時(shí)改進(jìn);②新配方需要用pH檢測(cè)方法對(duì)其中的材料是否會(huì)發(fā)生反應(yīng)情況進(jìn)行檢測(cè),經(jīng)過(guò)材料兩兩混合后對(duì)pH值變化情況進(jìn)行檢測(cè),也可以在配微量元素時(shí)進(jìn)行檢測(cè);③在消毒時(shí)選擇合適的pH,可以有效減少消毒過(guò)程中對(duì)培養(yǎng)基的破壞,因?yàn)榕囵B(yǎng)基在消毒過(guò)程中pH值會(huì)不斷發(fā)生變化,不同pH條件下會(huì)對(duì)培養(yǎng)基的破壞程度不同,消毒時(shí)候選擇合適的pH能有效減少對(duì)pH敏感的原材料的破壞性,在消毒完成后在進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié),能有效減少培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的破壞;④發(fā)酵產(chǎn)抗過(guò)程中,要綜合考慮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用對(duì)pH造成的影響,根據(jù)不同的發(fā)酵時(shí)間來(lái)調(diào)整pH值,在不同發(fā)酵周期對(duì)pH進(jìn)行調(diào)整,不僅能有效減少雜質(zhì),還能有效緩解溶氧。另外,培養(yǎng)過(guò)程中pH發(fā)生變化是因?yàn)榫w對(duì)碳源、氮源等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用造成的,產(chǎn)生的丙酮酸、乳酸、乙酸等有機(jī)酸逐漸累積促使pH下降。補(bǔ)料罐經(jīng)過(guò)pH調(diào)節(jié)后能更好的通過(guò)流加物料,通過(guò)調(diào)整補(bǔ)料罐來(lái)提高發(fā)酵指標(biāo),發(fā)酵過(guò)程中調(diào)節(jié)pH可以使用多種方法,可以添加氨水和氫氧化鈉,也可以在補(bǔ)料過(guò)程中添加葡萄糖、玉米槳等物料來(lái)調(diào)節(jié)pH,效果要比單純的通酸堿好一些。

      2 培養(yǎng)基配方的優(yōu)化

      2.1 優(yōu)化碳氮比例

      培養(yǎng)基中碳氮比例是否適合,能直接影響菌體的生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物的合成,碳源過(guò)多會(huì)造成pH過(guò)低,過(guò)低會(huì)造成菌體衰老嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)自溶;氮源過(guò)多會(huì)促進(jìn)微生物快速生長(zhǎng)降低產(chǎn)物積累,氮源過(guò)少會(huì)造成菌絲量較少。當(dāng)前在抗生素發(fā)酵過(guò)程中有機(jī)氮源為微量元素提供了必要的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充,但有機(jī)氮源的質(zhì)量會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)地、工藝、運(yùn)輸及貯存等條件的不同而有所區(qū)別,使用的有機(jī)氮源經(jīng)過(guò)確定廠家后盡量不輕易調(diào)換,每次使用前要做好質(zhì)量復(fù)核,每一個(gè)批次使用都要留樣跟蹤生產(chǎn)使用情況。

      2.2 優(yōu)化控制培養(yǎng)基pH

      不同的菌體所用的工藝pH不同,單純配料很難滿足環(huán)境需求,需要通過(guò)通酸堿調(diào)節(jié)控制,當(dāng)前在生產(chǎn)工藝中普遍采用增添硫酸銨等酸性物質(zhì)或氨水等堿性物質(zhì)來(lái)控制和調(diào)節(jié)pH值,并是當(dāng)當(dāng)進(jìn)行氮源補(bǔ)充,使用碳酸鈣等緩沖劑來(lái)保持pH值的穩(wěn)定。比如青霉素發(fā)酵使用葡萄糖和氨水來(lái)均衡pH,葡萄糖通過(guò)自控系統(tǒng)進(jìn)行流加,氨水通過(guò)少量間歇自控流加,防止一次添加過(guò)量造成堿性過(guò)大而傷害菌體。

      3 溶氧工藝的優(yōu)化

      ①溶氧控制要綜合分析生產(chǎn)情況,當(dāng)發(fā)酵罐罐體較深、攪拌功率大、通氣孔較多時(shí),溶氧就較高,要根據(jù)不同的發(fā)酵周期科學(xué)調(diào)節(jié)變頻、通氣量、罐壓等,確保每個(gè)周期有一個(gè)適合的溶氧條件。比如前期通過(guò)調(diào)整通氣量、罐壓、溫度等來(lái)滿足條件需求;后期需要調(diào)節(jié)攪拌等指標(biāo),還要根據(jù)菌種和產(chǎn)物對(duì)不同條件的敏感程度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié),對(duì)溫度敏感就要調(diào)整溫度,對(duì)壓力和二氧化碳敏感就要調(diào)整壓力;后期要根據(jù)發(fā)酵液性質(zhì)和電機(jī)功率來(lái)調(diào)整攪拌工序,需要注意的是,攪拌速度過(guò)快容易導(dǎo)致菌絲自溶化稀出現(xiàn)逃液和污染雜菌,進(jìn)行攪拌時(shí)要根據(jù)需要科學(xué)的選擇設(shè)備,做好接口和縫隙處的清潔,防止出現(xiàn)染菌現(xiàn)象;②要根據(jù)設(shè)備的情況設(shè)計(jì)空氣分布器,使空氣分布器和物料混合度達(dá)到最好要求,同時(shí)要注意染菌,要方便清洗和消毒,防止出現(xiàn)堵塞;另外,可以通過(guò)合理控制補(bǔ)料時(shí)間和補(bǔ)料量緩解溶氧,提高發(fā)酵指標(biāo)。

      4 補(bǔ)料控制的優(yōu)化

      一方面,使用儀表檢測(cè)通過(guò)參數(shù)科學(xué)控制補(bǔ)料流速,比如青霉素發(fā)酵過(guò)程中對(duì)溶氧狀況和液面情況進(jìn)行控制從而調(diào)節(jié)糖加量;另一方面,根據(jù)檢測(cè)指標(biāo)對(duì)補(bǔ)料量進(jìn)行調(diào)整,比如在頭孢菌素發(fā)酵過(guò)程中,補(bǔ)油控制至關(guān)重要,根據(jù)殘油和其他指標(biāo)來(lái)控制和調(diào)整補(bǔ)油量,設(shè)計(jì)補(bǔ)油上限。目前連續(xù)補(bǔ)料控制主要通過(guò)反饋控制和無(wú)反饋控制來(lái)進(jìn)行補(bǔ)料過(guò)程優(yōu)化。

      5 滅菌工藝的優(yōu)化

      溫度和時(shí)間控制是滅菌的重要環(huán)節(jié),提高溫度和滅菌時(shí)間就會(huì)提升滅菌效果,但也會(huì)增加對(duì)培養(yǎng)基的破壞性。要根據(jù)不同的菌種找出無(wú)菌和營(yíng)養(yǎng)之間的最好的控制指標(biāo),才能起到較好的效果。需要注意的是,發(fā)酵液經(jīng)過(guò)消毒會(huì)遭到很大的破壞,所以首先需要控制消毒前的pH,而后控制消毒時(shí)的溫度和時(shí)間。發(fā)酵補(bǔ)料消毒通過(guò)調(diào)節(jié)幾種料的pH一起消毒,幾種物料按照比例進(jìn)行不發(fā)生反應(yīng)既能調(diào)節(jié)濃度控制蒸發(fā)量,又節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。另外,導(dǎo)致染菌的原因包括設(shè)備、空氣凈化、后補(bǔ)物料、接種帶菌等多種因素,空氣凈化失效帶菌占比最高,所以通過(guò)大頻次除濕或更換空氣過(guò)濾器來(lái)保證無(wú)菌。

      6 結(jié)語(yǔ)

      當(dāng)前制藥企業(yè)通過(guò)不斷改良生物菌種和優(yōu)化生產(chǎn)工藝來(lái)提高發(fā)酵水平,菌種改良需要配備水平較高的技術(shù)研究人員和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,投資成本很大,優(yōu)化發(fā)酵工藝成為最為簡(jiǎn)約和高效的技術(shù)手段,通過(guò)優(yōu)化各種工藝參數(shù)、提高發(fā)酵指標(biāo)達(dá)到優(yōu)化發(fā)酵工藝、提高發(fā)酵生產(chǎn)水平的目的。

      參考文獻(xiàn):

      [1]盧翠艷.淺析制藥企業(yè)中發(fā)酵PLC自控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].民營(yíng)科技,2015(4):32-32.

      [2]陶娜.制藥企業(yè)發(fā)酵工序自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究[J].電子制作,2013(6x):39-39.

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