發(fā)酵過程消泡劑應用篩選方案
多數發(fā)酵過程產生泡沫，由于泡沫的存在可能導致產量降低、逃液、染菌等不良影響，因此篩選合適的消泡劑對發(fā)酵生產的意義重大。一方面要考慮消泡劑的質量，不能為藥品生產引入不可去除的雜質，不能引起代謝異常，不能影響后工序，不能引起發(fā)酵成本的明顯上升等，另一方面要考慮是否能夠提高產量。符合這兩方面要求的消泡劑才是優(yōu)良的消泡劑。
如果在生產水平直接進行實驗，則風險大，成本高，故而不可取，目前從中等發(fā)酵罐放大到生產水平的技術已經成熟，50L規(guī)模發(fā)酵的控制策略和參數變化已經能夠對生產應用起到指導作用。
本方案完成對消泡劑的篩選，包括小試和中試水平的檢測
在小試水平完成消泡劑加量、消泡效果、成本初步分析、不同消泡劑比較及為中試放大作準備。
在中試水平完成消泡劑添加策略的研究、消泡效果考察、消泡劑對代謝影響研究、成本分析。然后選出最適消泡劑。
本方案主要是通過驗證消泡劑的消泡效果和驗證消泡劑對代謝過程的影響來實現(xiàn)的
突出消泡劑對發(fā)酵過程參數的影響，用理論和參數相關分析來深入說明選擇的依據。
分析報表包括4項內容：
（1）表格及分析
（2）代謝過程圖及分析
（3）不同消泡劑效果比較及原因分析
（4）圖片
小試和中試水平需要檢測的參數
表1 檢測參數列表：
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搖瓶過程參數
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發(fā)酵罐代謝參數
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pH
氨基氮
還原糖
菌絲濃度
比生長速率
發(fā)酵單位
總糖
體積
菌絲形態(tài)
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pH
氨基氮
還原糖
菌絲濃度
比生長速率
發(fā)酵單位
總糖
體積
菌絲形態(tài)
DO
ECO2
EO2
RQ
F
KLa
比產率
葡萄糖加率
生物效價
氨水加率
消泡劑補加量
消泡劑補加速率
RPM
溫度
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具體方案
1. 篩選流程
圖 1 消泡劑篩選流程
2. 初篩
假如有A、B、C、D、E 5種消泡劑。按照表1配方配制培養(yǎng)基，然后加入規(guī)定體積的消泡劑，每組3個平行，第16組為對照不加消泡劑。
表2 搖瓶培養(yǎng)基配制策略
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消泡劑
組號
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A
ppm
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B
ppm
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C
ppm
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D
ppm
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E
ppm
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發(fā)酵單位
u/ml
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1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
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100
200
300
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100
200
300
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100
200
300
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100
200
300
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100
200
300
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在發(fā)酵48h、96h取樣和144h放瓶測定pH、發(fā)酵單位、還原糖、總糖、氨基氮、PMV等參數。然后對這些參數進行分析，推測出5個品種消泡劑對發(fā)酵的影響，并分析：對生長是否有影響；對代謝過程是否有影響；對發(fā)酵結果是否有影響。
結論：A~E5種消泡劑中，哪種消泡劑促進產量、抑制產素，并根據代謝情況作出初步判斷。假如B、D、E是適合的，則在初篩實驗中就確定B、D、E的合適初始濃度：B 300ppm、D 100ppm、E 200ppm。
3.
搖瓶復篩
搖瓶復篩的目的是找到消泡效果好，而且對生產無影響或有促進作用的消泡劑，并初步獲得發(fā)酵罐補加或流加方案。
3.1消沫效果的考察
取某發(fā)酵后期100ml發(fā)酵液置于200ml量筒中，充空氣鼓泡，然后加入相同體積的消泡劑B、D、E、X、Y，觀察消泡效果，根據初篩情況，從B、D、E中選出2個消泡劑（如D和E），進行搖瓶復篩。（X，Y為其它常用的2種消泡劑）。
3.2搖瓶考察
按照配方配制培養(yǎng)基，然后加入規(guī)定體積的消泡劑D、E，每組3個平行，第15組為對照不加消泡劑。
表3 搖瓶培養(yǎng)基配制策略
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消泡劑
組號
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D
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E
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X
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Y
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1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
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50
100
150
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150
200
250
300
350
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100
200
300
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100
200
300
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在發(fā)酵48h、96h、144h測定pH、發(fā)酵單位、還原糖、總糖、氨基氮、PMV等參數。然后對這些參數進行分析，推測出2個品種（D、E）消泡劑對發(fā)酵的影響，并與其它2個常用的消泡劑進行比較。
根據合適的初始加量進行成本合算。再根據發(fā)酵過程參數變化情況和成本情況得出進一步的結論：D、E之中哪種消泡劑是最適合的，并確定合適初始濃度。
4.
確定發(fā)酵過程補加策略
配制培養(yǎng)基，然后添加規(guī)定量的初始消泡劑，然后消毒30分鐘，接種后開始培養(yǎng)，發(fā)酵過程記錄各種一次參數和二次參數，這些參數包括：pH、DO、ECO2、EO2、RQ、KLa等，檢測生化參數，并完成不同參數相關性分析，以便得出這種消泡劑是否適合發(fā)酵罐發(fā)酵過程。
有些品種后期一般泡沫很大，因此下一步還要確定補加的方案，一般情況下，加入消泡劑后會使DO降低，如果加入超量的消沫劑后，會使發(fā)酵受到擾動，代謝途徑可能發(fā)生變化，因此過程中加入消泡劑的原則是：量要少，不影響代謝途徑，并保持一定的泡沫量。這就要求將泡沫的控制也納入總體的發(fā)酵控制方案之中，而不能僅僅以控制泡沫為目的。
參數相關性分析是控制泡沫方案的基礎，對工藝過程進行細致分析后才能夠得出適合的策略。
5. 異常情況
加入消泡劑后，發(fā)酵單位可能會降低。這種現(xiàn)象要認真分析參數變化情況，不可直接認為是因為加入了消泡劑之后導致的。如果出現(xiàn)了這種現(xiàn)象要進行驗證實驗，或調整方案后再進行實驗。
如果加入消泡劑后，發(fā)酵單位有明顯提高，可能是因為這種消泡劑對代謝起到了促進作用，而且可能對同類產品也有益處，因此要在這些品種上進行驗證。
6. 數據包括
（1） 初篩搖瓶發(fā)酵各參數及相關分析結論；
（2） 復篩搖瓶發(fā)酵各參數及相關分析結論；
（3） 發(fā)酵過程參數及相關分析結論；
（4） 成本核算和效益分析。
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