微生物工程设计50机械搅拌通风发酵罐的设计民(3)

不同的谷氨酸生产菌其发酵时间有所差异。低糖（10%~12%）发酵，其发酵时间为36~38h，中糖（14%）发酵，其发酵时间为45h。发酵后期菌体衰老，糖耗慢，残糖低。当营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。一般发酵周期为30h。[4]

2.5 影响因素的控制

2.5.1 环境因素的控制

3.5.1.1 pH

谷氨酸生产菌的最适pH一般是中型或微碱性pH7.0～8.0条件下累计谷氨酸，发酵前期的pH值以7.5左右为宜，中后期以7.2左右对提高谷氨酸产量有利。

2.5.1.2 温度

谷氨酸发酵前期应采取菌体生长最适温度为30～32℃。对数生长期维持温度30-32℃。谷氨酸合成的最适温度为34～37℃。催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度在32-36°C左右，在发酵中、后期需要维持最适的产酸温度，以利谷氨酸合成。 2.5.1.3 通风量

谷氨酸生产菌是兼性好氧菌，有氧、无氧的条件下都能生长，只是代谢产物不同。谷氨酸发酵过程中，通风必须适度，过大菌体生长慢，过小产物由谷氨酸变为乳酸。应在长菌期间低风量，产酸期间高风量，发酵成熟期低风量。其中，谷氨酸发酵罐现均采用气一液分散较理想的圆盘涡轮式多层叶轮搅拌器。

2.5.1.4 泡沫

谷氨酸发酵时好气性发酵，因通风和搅拌和菌体代谢产生的CO2，使培养液产生泡沫是正常的，但泡沫过多不仅使氧在发酵液中的扩散受阻，影响菌体的呼吸代谢，也会影响正常代谢以及染菌。因此，要控制好泡沫是关键。消泡方

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法有机械消泡（靶式、离心式、刮板式、蝶式消泡器）和化学消泡（天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等化学消泡剂）两种方法。 2.5.1.5 染菌的防治和染菌后的处理方法[3]

谷氨酸生产菌对杂菌及噬菌体的抵抗力差。一旦染菌，就会造成减产或无产现象的发生，预示着谷氨酸发酵生产的失败，这使厂家造成不同程度的损失。所以预防及挽救很重要的。

常见杂菌有芽孢杆菌、阴性杆菌、葡萄球菌和霉菌。针对芽孢杆菌，打料时，检查板式换热器和维持管压力是否高出正常水平。如果堵塞，容易造成灭菌不透。板式换热器要及时清洗或拆换。维持罐要打开检查管路是否有泄漏或短路。阀门和法兰是否损坏。针对阴性杆菌，对照放罐体积，看是否异常。如果高于正常体积，可能是排灌泄漏，对接触冷却水的管路和阀门等处进行检查。针对葡萄球菌，流加糖罐和空气过滤器要进行无菌检查，如果染菌要统一杀菌处理。针对霉菌，加大对环境消毒力度，对环境死角进行清理。 噬菌体不耐高温，一般升温至8O℃噬菌体就会死亡。在发酵2h-10h污染噬菌体，判断正确后，把发酵液加热至45°C10min把谷氨酸菌杀灭。[6]在发酵10h～14h污染噬菌体，仍是把发酵加热至45℃10min，压出发酵罐，进行分罐处理，一般可分成两罐来处理。发酵18h后出现OD下跌，此时残糖在3％左右，出现耗糖缓慢或停止。镜检没有发现菌体碎片，可能是溶源菌或发酵前期出现高温现象，造成菌体自溶。处理方法补入4u-5u单位纯生物素，压入相对同期的发酵液10％的量，继续发酵。发酵结果比同期发酵结果略差。

2.6 细胞膜渗透性控制

2.6.1控制磷脂的合成

细胞膜磷脂含量低，有利于提高细胞膜通透性。 油酸缺陷型：油酸缺陷型突变株阻断了油酸的合成，丧失了脂肪酸生物合成的能力。甘油缺陷型 ：甘油缺陷型菌株的遗传阻碍是丧失α-磷酸甘油脱氢酶，自身不能合成α-磷酸甘油

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和磷脂。温度敏感突变株：其突变位置发生在与谷氨酸分泌有密切关系的细胞膜的结构基因上，发生碱基的转换或颠换，这样为基因所指导释出的酶，在高温时失活，导致细胞膜某些结构的改变。

2.6.2 控制细胞壁的合成

细胞壁合成不完全，细胞膜容易造成机械损伤和经不起内部渗透压的压力，造成膜的破坏，加大通透性。对数生长期早期，添加青霉素或头孢霉素C。青霉素抑制细胞壁的后期合成。

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第三章 罐体几何尺寸的确定

3.1罐体体积

根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸，高径比为2.5，则H=2.5D 初步设计：设计给出的是发酵罐的公称体积（50m3）

公称体积V－－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和全体积V0－－公

12hb?D) 称体积和上封头体积之和封头体积 V封???4?D（6V???4?D2H0?0.15D3 （近似公式）

假设H0/D=2,根据设计条件罐的公称体积为50m3 由公称体积的近似公式

V???4?D2H0?0.15D3

V=0.785×D2×2D+0.15D3=50，解得D=3086mm ,取整为3000mm，

3.2 罐体总高度

H=2.5D=2.5×3000=7500mm，取整7500mm

查阅文献，当公称直径D=3m时，标准椭圆封头的曲面高度ha=750mm，直边高度hb=40mm，总深度为Hf=790mm，内表面积S封=10.1m2，容积V=3.82m3

H0=H-2Hf=7500-2×790=5920mm≈6m=2D与前面的假设相近，故可认为D=3m是合适的

设Di = 1/3D、B = 0.1D 、C = Di

则搅拌叶直径Di =1/3D =1000mm、挡板宽度B = 0.1D=300mm 、底轴拌叶至底封头高度C = Di=1000mm

发酵罐的全体积：V= D2[H0+2(hb+D)]=32[6+20.04+3）]=50.0455m3

发酵罐圆柱体积V筒??发酵罐封头体积V封=

4D2?H=42.39m

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?24经验证V全=V筒+2V封=42.39+2×3.5325=49.455m3 49.455m3≈50.0455m3 符合设计要求，可行

D3=3.5325m3

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步骤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 项目及代号 公称体积 50m3 全体积 50.0455m3 D H0 表3.1 50m3发酵罐的几何尺寸 参数及计算结果 备注 设计条件 V0?3m 6m 0.3m 3m 1m 0.75m 0.04m ?1???D2?H?2?hb?D?? 4?6???D?H0/2 ?查表 B=0.1D S=3Di=D C=Di=D/3 ha=0.25D 查表 B S C ha Hb

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