微生物发酵过程环境控制系统  

    发酵过程较为复杂, 涉及到微生物细胞的生长和代谢, 是一个具有时变性、随机性和多变性输入输出的动态过程。由于有些变量( 菌体浓度、基质浓度、产物得率等) 在线检测困难, 不能直接作为被控变量, 因此在发酵过程中主要采用与质量有关的变量, 如温度、搅拌转速、p H 值、溶解氧、通气量、泡沫等作为被控变量。针对发酵过程中影响微生物代谢的各环境参数的重要性, 主要介绍对温度pH、溶解氧和泡沫高度进行重点控制。  

1、菌种制备

菌种是发酵工业之母，没有菌种，就谈不上微生物发酵。菌种一般分保藏菌种、摇瓶（茄子瓶等）菌种和种子罐菌种。保藏菌种是发酵生产的备用菌种，一般放在低温干燥状态下保存。保藏菌种进入生产接种之前，首先接入斜面进行活化，使菌种从休眠状态转为正常代谢状态。用于活化的培养基一般营养丰富、易于吸收，有利于菌种的生长繁殖。活化后的菌种再进行扩大，将其接人摇瓶（茄子瓶等）中进行培养，此时所用的培养基比保藏菌种用培养基更粗放，更经济。摇瓶种子进一步扩大，接人种子罐进行培养。种子罐培养基比较接近发酵罐所用培养基成分，目的是让菌种进一步适应发酵培养基的环境。种子罐种子培养好以后可适时进行大罐（通风曲室）接种。

2、原料处理

发酵原料来源丰富，成分粗放，状态不一，通常不能直接为微生物所利用，因而要进行预处理，才能作为微生物发酵用的培养基的成分。发酵原料一般要经过筛选、粉碎、蒸煮或水解后，再加上其他有关物质配制成发酵培养基。

3、接种培养

发酵培养基配制好以后，进行灭菌。待其冷却后，适时进行接种。接种要保证在无菌条件下进行，以防污染。无菌接种是发酵成败的关键。

4、发酵控制

菌种接好后，提供必要的生长条件，菌体开始生长繁殖，进行新陈代谢，发酵累积代谢产物。必要的生产条件包括培养温度、氧气需求、pH指标、营养成分补充和泡沫消除等。所有这些条件要经常观察、记录、分析、改进，以保证发酵生产正常进行。在发酵过程中，还要经常观察菌体的形态变化，测定代谢产物的积累情况，以决定放罐的佳时间，进行收获。

5、产品提取

发酵过程一旦完成，及时进行产品提取。根据不同的产品，采取不同的方法进行分离纯化，以求获得高的产量和好的质量。提取的方法一般有物理法（如过滤、离心、干燥等）、化学法（吸附、蒸馏、层析、离子交换等）和生物法等。