I. Werkingsprincipe van fermentatietanks
Het kernprincipe van fermentatietanks is het bieden van een geschikte groeiomgeving voor micro-organismen, waardoor ze specifieke metabolische activiteiten kunnen uitvoeren en de benodigde stoffen kunnen produceren. Een veelvoorkomende diepe vloeistoffermentatietank is gebaseerd op de volgende aspecten:
1. Het handhaven van een steriele omgeving
Het fermentatieproces vereist een extreem hoge steriliteit om besmetting door andere micro-organismen te voorkomen. Fermentatietanks hebben een afgesloten ontwerp en ondergaan vóór de fermentatie een grondige sterilisatie van de tankwand, leidingen en interne componenten met behulp van methoden zoals stoomsterilisatie, waardoor een zuivere fermentatieomgeving wordt gegarandeerd.
2. Temperatuurregeling: Microbiële groei en metabolisme zijn extreem gevoelig voor temperatuur. Verschillende micro-organismen hebben optimale temperatuurbereiken voor groei; zo is de optimale temperatuur voor gistfermentatie om alcohol te produceren doorgaans 25℃-30℃. Fermentatietanks zijn uitgerust met temperatuurregelsystemen die gebruikmaken van circulerende warmteoverdrachtsmedia (zoals heet water) of koelmedia (zoals koud water) via structuren zoals mantels of spiralen om de temperatuur in de tank te reguleren, zodat deze binnen het optimale temperatuurbereik voor microbiële groei blijft.
3. Beluchting en roeren: Voor aerobe fermentatieprocessen is een voldoende zuurstofvoorziening cruciaal. Door steriele lucht in de fermentatietank te brengen en een roerder te gebruiken om de lucht in kleine belletjes te verspreiden, wordt het gas-vloeistofcontactoppervlak vergroot, waardoor aan de zuurstofbehoefte van de micro-organismen wordt voldaan. Roeren zorgt ook voor een gelijkmatige verdeling van voedingsstoffen in de fermentatievloeistof, bevordert voldoende contact tussen micro-organismen en voedingsstoffen, en helpt tevens bij de warmteafvoer en voorkomt plaatselijke oververhitting.
4. pH-aanpassing: De metabolische activiteiten van micro-organismen veroorzaken veranderingen in de pH-waarde van de fermentatievloeistof. Een geschikte pH-waarde is essentieel voor de normale groei en stofwisseling van micro-organismen. Fermentatietanks zijn doorgaans uitgerust met pH-detectie- en -regelsystemen die automatisch zure of alkalische oplossingen toevoegen om de pH aan te passen wanneer deze afwijkt van het ingestelde bereik. II. Werkingsproces van de fermentatietank
1. Voorbereiding van de apparatuur
Voordat de fermentatietank in gebruik wordt genomen, moet een grondige inspectie van de apparatuur worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat alle onderdelen intact zijn, de leidingaansluitingen goed vastzitten en er geen lekkages zijn. Controleer of de temperatuur-, pH- en zuurstofsensoren goed functioneren en kalibreer ze. Reinig en steriliseer de fermentatietank en de bijbehorende leidingen grondig volgens de bedieningsprocedures, met behulp van methoden zoals hogetemperatuurstoomsterilisatie of chemische sterilisatie.
2. Bereiding en enting van het kweekmedium
Bereid het kweekmedium nauwkeurig voor volgens de vereisten van het fermentatieproces en zorg ervoor dat de voedingssamenstelling voldoet aan de behoeften van de microbiële groei en stofwisseling. Breng het bereide kweekmedium aseptisch over naar de fermentatietank. Ent onder aseptische omstandigheden een geschikte hoeveelheid entcultuur toe; de enthoeveelheid moet worden bepaald op basis van het specifieke fermentatieproces en de microbiële kenmerken.
3. Controle van het fermentatieproces
Na aanvang van de fermentatie moeten alle parameters nauwlettend worden gecontroleerd. Pas parameters zoals temperatuur, beluchtingssnelheid en roersnelheid aan op basis van de microbiële groei en de voortgang van de fermentatie. In de beginfase van de fermentatie is de microbiële groei bijvoorbeeld krachtig en neemt de zuurstofbehoefte toe, waardoor de beluchtingssnelheid en roersnelheid naar behoefte kunnen worden verhoogd. Naarmate de fermentatie vordert, hopen zich metabolische producten op en kan de pH-waarde veranderen, waardoor tijdige pH-aanpassing nodig is. Neem regelmatig monsters van de fermentatievloeistof en analyseer indicatoren zoals microbiële concentratie, substraatverbruik en productvorming, zodat de fermentatieomstandigheden tijdig kunnen worden aangepast.
4. Voltooiing van de fermentatie en verdere verwerking
Wanneer de fermentatie het gewenste eindpunt heeft bereikt, moet het fermentatieproces worden gestopt. De fermentatievloeistof moet via steriele leidingen worden overgebracht naar de verdere verwerkingsapparatuur, zoals scheidings- en zuiveringsapparatuur. De fermentor moet worden gereinigd en gedesinfecteerd ter voorbereiding op de volgende fermentatie. De geproduceerde afvalgassen en het afvalwater moeten op de juiste wijze worden behandeld om te voldoen aan de milieueisen.
III. Conclusie
Een goed begrip van de principes en werkingsmethoden van fermentoren is essentieel voor een efficiënte en stabiele fermentatieproductie. Door uit te gaan van de ontwerpprincipes van de apparatuur en elk aspect van het werkproces strikt te controleren, kan worden gewaarborgd dat micro-organismen in een optimale omgeving groeien en metaboliseren, wat resulteert in hoogwaardige gefermenteerde producten voor diverse industrieën.