https://www.sinotechmachinery.com/products/parallel-bioreactor/

في صناعة التخمير ، تعد جودة البذور حجر الزاوية في عملية الإنتاج وترتبط مباشرة بكفاءة التخمير ، وإنتاجية المنتج واستقرار الجودة. البذور عالية الجودة غنية بالخلايا الميكروبية ذات الحيوية القوية والخصائص الوراثية المستقرة ، والتي يمكن أن تتكيف بسرعة مع بيئة التخمير ، وتستفيد بكفاءة من الموارد المتوسطة المستنبتة ، وتعزز التراكم السريع لمستقلبات. على العكس من ذلك ، قد تسبب جودة البذور الرديئة مشاكل مثل بطء النمو والتلوث بالبكتيريا الأجنبية ، مما يحد بشكل خطير من عملية التخمير وحتى يؤدي إلى فشل الإنتاج. لذلك ، فإن التحكم الصارم في تكنولوجيا إعداد البذور لضمان نقاء البذور العالي وحيوية قوية هو المفتاح لتحسين كفاءة إنتاج التخمير وضمان جودة المنتج. تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على زراعة خزان البذور: الظروف الغذائية ، وظروف الزراعة ، ومكافحة التلوث ، وتحديد مستوى التوسع وتحديد كمية التطعيم.

01 وسط الثقافة (الظروف الغذائية):

يرتبط وسط الثقافة بالحصول على التغذية وله تأثير مباشر على النمو والتكاثر ونشاط الإنزيم وغلة الكائنات الحية الدقيقة. يمكن تقسيم وسط الثقافة إلى تغذية نمو أساسية C/N ، تحكم في ضغط تناضحي الملح غير العضوي ، تركيبة صيانة العناصر النزرة ، ونظام تنظيم نشاط الأس الهيدروجيني.

متطلبات وسط الثقافة هي التركيب البسيط ، المصادر الوفيرة ، السعر المنخفض ، واكتساب المواد المريحة. وسط زراعة البذور هو البيئة الأساسية لنمو البذور والتكاثر. يوفر للكائنات الحية الدقيقة العناصر الغذائية الضرورية ومصادر الطاقة والظروف الفيزيائية والكيميائية المناسبة. بادئ ذي بدء ، العناصر الغذائية الكافية والمتوازنة هي المفتاح لضمان حيوية البذور وكميتها. على سبيل المثال ، مصدر الكربون هو أساس الطاقة لنمو الميكروبات ، ومصدر النيتروجين هو مكون مهم من مادة الخلية. إذا كان مصدر الكربون أو مصدر النيتروجين غير كافٍ ، فسيتم تثبيط نمو البذور ولا يمكن تحقيق الكمية والنوعية المتوقعة. أملاح غير عضوية في وسط الثقافة ، مثل الفوسفور والكبريت والمغنيسيوم والبوتاسيوم وما إلى ذلك ، تلعب دورا لا غنى عنه في الحفاظ على توازن الضغط التناضحي للخلايا ونشاط الإنزيم ، السلامة الهيكلية للخلايا. أخذ الفوسفور كمثال ، فهو يشارك في تخليق الأحماض النووية والفوسفوليبيدات. إذا كان الفسفور غير موجود ، فسيتم إعاقة تكرار المادة الوراثية للخلية وتشكيل أغشية الخلايا ، مما يؤثر على نمو وتكاثر البذور. سيؤثر محتوى النقاء والشوائب للمواد الخام متوسطة الثقافة على نمو الكائنات الحية الدقيقة. إذا كانت المواد الخام تحتوي على مواد سامة أو مثبطات ، فقد يكون لها تأثير سام على نمو البذور وحتى تسبب موت البذور.

أ. يجب أن يكون المستوى الأخير من وسط الثقافة في خزان البذور متسقًا مع ذلك الموجود في خزان الإنتاج. في هذا الوقت ، تم إنشاء نظام الإنزيم المطلوب للتخمير في الخزان السابق ، ولا يحتاج إلى إعادة بناء في ظل الظروف البيئية الجديدة.

ب. يجب زيادة نسبة مصدر النيتروجين في وسط زراعة خزان البذور ، ويجب أن تكون النسبة الإضافية للنيتروجين غير العضوي أكبر.

ج. بعد ترقية السلالة ، بسبب الاختلافات في المعدات (نوع الخزان ، شكل التحريك ، السرعة ، إلخ) ، يجب تعديل نسبة الثقافة المتوسطة وفقًا للتجربة.

02 نوع من العمر ، كمية التطعيم:

متطلبات سن البذور لها أهمية كبيرة للزراعة في مرحلة النمو اللوغاريتمي.

لأن البذور الصغيرة لم تنمو ونضجت بالكامل ، لم يتم بعد إنشاء أنظمة الإنزيمات المختلفة وآليات التمثيل الغذائي في الخلايا بالكامل ، مما يؤدي إلى ضعف القدرة على التكيف مع البيئة الجديدة بعد إعادة الترسيب وسرعة بدء بطيئة. من ناحية أخرى ، قد يكون أداء الأنواع القديمة ضعيفًا أيضًا في البيئة الجديدة لأسباب مثل انخفاض قابلية الخلايا للحياة والقدرة الأيضية. وكلا الحالتين سوف يطيل دورة التخمير ، ويزيد من تكاليف الإنتاج ، ويؤدي في النهاية إلى انخفاض الغلة. كمية التطعيم لها تأثير كبير على طول مرحلة التأخير في البيئة الجديدة. عندما تكون كمية التطعيم كبيرة ، تكون المستقلبات المصاحبة مثل رنا المطلوبة لانقسام الخلايا والتكاثر عبارة عن مستقلباتبوندان. يمكن لهذه المستقلبات دعم نمو الخلايا وتكاثرها بسرعة في البيئة الجديدة ، مما يسمح للخلايا بالدخول بسرعة إلى مرحلة النمو اللوغاريتمي وتقصير الوقت للتكيف مع البيئة الجديدة.

على العكس من ذلك ، إذا كانت كمية التطعيم صغيرة جدًا ، فإن محتوى المستقلبات في الخلايا غير كافٍ ، وتحتاج الخلايا إلى قضاء المزيد من الوقت لتجميع المواد المطلوبة ، وبالتالي إطالة فترة التأخير. مع أخذ إنتاج الكحول عن طريق تخمير الخميرة كمثال ، عندما تكون كمية التطعيم غير كافية ، فإن معدل إنتاج الكحول في المرحلة المبكرة من التخمير سوف يتباطئ بشكل كبير ، مما يؤدي إلى إطالة دورة التخمير بأكملها وتقليل كفاءة الإنتاج.

03 درجة الحرارة:

انظر إلى درجة الحرارة في المرحلة المبكرة والأكسجين المذاب في المرحلة اللاحقة.

أي كائن دقيق لديه درجة حرارة النمو الأمثل ودرجة حرارة الإنتاج ، على النحو التالي:

في مجال علم الأحياء ، ودرجة الحرارة ، باعتبارها واحدة من العوامل البيئية الرئيسية لنمو الميكروبات ، حكما له تأثير كبير على معدل النمو والأنشطة الأيضية للكائنات الحية الدقيقة. وفقًا لقاعدة عامة ، يتضاعف معدل نمو الكائنات الحية الدقيقة عادة لكل زيادة 10 درجات مئوية. هذا هو أساسا لأن درجة الحرارة يمكن أن تؤثر مباشرة على نظام انزيم التمثيل الغذائي في الخلايا.

الإنزيمات هي بروتينات تحفز التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية ، ويتم تحفيز جميع عمليات التمثيل الغذائي ونمو الميكروبات تقريبًا بواسطة الإنزيمات. يتأثر معدل تفاعل الإنزيمات بدرجة الحرارة بشكل كبير. هناك نطاق درجة حرارة مثالية. ضمن هذا النطاق ، يكون نشاط الإنزيم هو الأعلى ونمو واستقلاب الكائنات الدقيقة هو الأسرع أيضًا. عندما تكون درجة الحرارة أقل من درجة الحرارة المثلى ، ينخفض نشاط الإنزيم ويبطئ معدل نمو الكائنات الحية الدقيقة ؛ عندما تكون درجة الحرارة أعلى من درجة الحرارة المثلى ، قد يفقد الإنزيم نشاطه بسبب التغير ، مما يؤدي إلى إعاقة نمو الكائنات الحية الدقيقة أو حتى الموت.

تأثير 04 pH:

تأثير قيمة pH على نشاط الإنزيم:

تنظيم نشاط الإنزيم: الإنزيمات هي البروتينات الرئيسية التي تحفز التفاعلات الكيميائية الحيوية في الكائنات الحية الدقيقة ، ويتأثر نشاطها بشكل كبير بقيمة pH. كل إنزيم له نطاق pH الأمثل ، حيث يكون نشاط الإنزيم أعلى. عندما تنحرف قيمة pH عن النطاق الأمثل ، سينخفض نشاط الإنزيم تدريجيًا أو حتى يصبح غير نشط تمامًا. سيؤدي ذلك إلى حظر عملية التمثيل الغذائي للكائنات الدقيقة ، مما يؤثر على امتصاص المواد الغذائية واستخدامها ، وبالتالي تقليل جودة البذور.

تؤثر على المسارات الأيضية: قد تسبب التغيرات في درجة الحموضة أيضًا تغيرات في المسارات الأيضية الميكروبية. على سبيل المثال ، في ظل الظروف الحمضية ، قد تزيد بعض الكائنات الحية الدقيقة من مسار تخمير حمض اللاكتيك للحفاظ على توازن درجة الحموضة ، مما قد يغير أنواع ونسب الأيضات ، مما يؤثر على جودة البذور.

O تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني على غشاء الخلية:

نفاذية غشاء الخلية: يمكن أن تؤثر قيمة pH على حالة شحن غشاء الخلية الميكروبية ، وبالتالي تغيير نفاذية غشاء الخلية. غشاء الخلية هو القناة الرئيسية للكائنات الحية الدقيقة لتبادل المواد مع البيئة الخارجية. ستؤثر التغييرات في نفاذيتها بشكل مباشر على امتصاص العناصر الغذائية وإفراز الأيضات بواسطة الكائنات الحية الدقيقة.

استقرار الخلية: في ظل ظروف درجة الحموضة القصوى ، قد يتلف هيكل غشاء الخلية ، مما يتسبب في تسرب المواد داخل الخلايا أو دخول مواد ضارة خارجية إلى الخلية ، مما يؤثر على الوظائف الفسيولوجية الطبيعية للخلية.

تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني على امتصاص المغذيات:

يؤثر على تفكك العناصر الغذائية: العناصر الغذائية (مثل الأحماض الأمينية والمعادن وما إلى ذلك) في وسط الثقافة تنفصل إلى درجات مختلفة في ظروف درجة الحموضة المختلفة ، مما سيؤثر على امتصاص وكفاءة استخدام هذه العناصر الغذائية بواسطة الكائنات الحية الدقيقة.

المنافسة التي تؤثر على العناصر الغذائية: في أنظمة الزراعة المختلطة ، تتمتع الكائنات الحية الدقيقة المختلفة بقدرات مختلفة على امتصاص العناصر الغذائية واستخدامها. التغييرات في pH قد تغير هذه العلاقة التنافسية ، مما يؤثر على نمو وتكاثر الأنواع الجرثومية السائدة.

ستؤدي قيم pH غير المثالية إلى تباطؤ معدل نمو الكائنات الحية الدقيقة أو حتى ركوداً ، مما سيؤثر على تراكم الكتلة الحيوية وتحسين جودة البذور ؛ زراعة الكائنات الحية الدقيقة على المدى الطويل في ظروف غير ملائمة قد تؤدي إلى تغييرات في خصائصها الوراثية (مثل طفرات الجينات ، وإعادة التركيب الجيني ، وما إلى ذلك) ، مما يؤثر على الاستقرار الجيني للبذور واستقرار إنتاج التخمير اللاحق ؛ يمكن لقيمة pH المناسبة تحسين مقاومة الإجهاد للكائنات الدقيقة (مثل مضادات الأكسدة ، ومقاومة الضغط التناضحي ، وما إلى ذلك) ، السماح لهم بالتكيف بشكل أفضل مع بيئة إنتاج معقدة وقابلة للتغيير والحفاظ على نمو مستقر وحالة التمثيل الغذائي.

يتم امتصاص الأنيونات (الأسيتات والفوسفات) أو يتم استخدام مصادر النيتروجين لإنتاج NH3 ، مما يؤدي إلى ارتفاع الرقم الهيدروجيني ؛

يتم امتصاص الكاتيونات (NH4 ، K) أو تتراكم الأحماض العضوية ، مما يتسبب في انخفاض الرقم الهيدروجيني ؛

ينتقل الرقم الهيدروجيني لمتوسط الثقافة C العالي إلى درجة الحموضة المنخفضة ؛

يتحرك الرقم الهيدروجيني للمتوسط العالي N نحو الرقم الهيدروجيني العالي.

هناك ثلاث طرق لضبط درجة الحموضة: محلول ذو قاعدة حمضية ؛ محلول عازل ب ؛ عازل فسيولوجي (ملح فسيولوجي حمضي أو فسيولوجي).

05 تهوية وإثارة:

حجم التهوية وضغط الخزان والتحريك بشكل مشترك يحدد حالة الأكسجين المذاب الحالية. فقط عندما يكون الأكسجين المذاب أكبر من البود الحالي ، يمكن أن تنمو مجموعة البذور بشكل طبيعي. بعد الزرع ، تدخل البكتيريا فترة النمو اللوغاريتمي ، والانقسام وإعادة الزرعيزداد معدل الانجراف أضعافًا مضاعفة. في هذا الوقت ، يتم ضبط حجم التهوية وقوة التحريك بشكل عام بالتناوب لجعل العملية تصل إلى المستوى المطلوب من البكتيريا. بمجرد عدم تمكن البكتيريا من تلبية المعيار ، يمكن خفض درجة الحرارة بشكل مناسب لتقليل معدل استهلاك الأكسجين للبكتيريا. في هذا الوقت ، يتم تقليل كفاءة الانقسام والنمو الجرثومي ، لكنه لن يسبب نقص الأكسجين أو التشوه أو التحلل الذاتي.

‎ التأثير التآزري لحجم التهوية والتحريك:

يزيد حجم التهوية مباشرة من مصدر الأكسجين المذاب عن طريق حقن الهواء النقي في جهاز التخمير. في الوقت نفسه ، يحسن التحريك من توحيد التوزيع وكفاءة نقل الكتلة للأكسجين المذاب في وسط الثقافة من خلال تعزيز خلط الغاز والجسيمات السائلة والصلبة في وسط الثقافة. يمكن للضبط المتناوب لحجم التهوية وقوة التحريك تحقيق تحكم دقيق في مراحل الأكسجين المذاب. على سبيل المثال ، خلال فترة نمو البكتيريا القوية ، يمكن لزيادة حجم التهوية وقوة التحريك زيادة مستوى الأكسجين المذاب وتلبية الطلب الجرثومي على الأكسجين ؛ عندما يكون الأكسجين المذاب مفرطًا أو غير كافٍ ، يمكن الحفاظ على استقرار الأكسجين المذاب عن طريق ضبط حجم التهوية وقوة التحريك.

العلاقة بين الأكسجين المذاب والبود:

طلب الأكسجين البيولوجي (BOD) هو مؤشر لدرجة التلوث العضوي في الماء ، والذي يعكس كمية الأكسجين التي تحتاجها الكائنات الدقيقة لتحلل هذه المواد العضوية. خلال عملية التخمير ، يمكن للكائنات الحية الدقيقة أن تنمو بشكل طبيعي فقط عندما يكون الأكسجين المذاب (DO) أكبر من الطلب الحالي على الأكسجين البيولوجي (BOD). إذا كان معدل النمو أقل من البود ، فسيتم تثبيط الكائنات الحية الدقيقة بسبب نقص الأكسجين ، مما يؤدي إلى انخفاض معدل النمو ، وتقليل تراكم الأيضات ، وحتى التحليل الذاتي للخلايا.

06 تحديد مراحل خزان البذور:

كلما قل عدد المراحل ، قل احتمال تلوثها. يتم تحديد المراحل حسب خصائص السلالة ، مثل معدل النمو ، وتركيز البكتيريا اللوغاريتمية ، ومستوى تطور البوغ ، إلخ. بعد التحسين المستمر والتصحيح ، يجب تقليل عدد مراحل خزان البذور قدر الإمكان ، ولكن يجب أن يستند إلى فرضية أنه لا يؤثر أو يقلل من تأثير الزيادة في فترة تأخر خزان الإنتاج ومعدل النمو في فترة النمو اللوغاريتمي.

في صناعة التخمير ، يعد عدد مراحل خزان البذور معلمة عملية رئيسية ، والتي تؤثر بشكل مباشر على خطر التلوث الميكروبي ، وكفاءة النمو ، واستقرار وتكلفة عملية التخمير بأكملها. عادة ما يعتمد تحديد المستوى على خصائص السلالة ، مثل معدل النمو ، وتركيز البكتيريا اللوغاريتمية ، ومستوى تطور البوغ ، إلخ. تحدد هذه العوامل بشكل مشترك احتياجات الكائنات الحية الدقيقة ومدى تأقلمها في مراحل النمو المختلفة. ما هي مزايا تقليل عدد مراحل التوسع ؟

تقليل خطر التلوث:

كلما قل عدد المراحل ، قل عدد خطوات التشغيل والتغيرات البيئية التي تواجهها الكائنات الدقيقة أثناء عملية التمدد ، مما يقلل من خطر التلوث. يعد التلوث الجرثومي مشكلة شائعة في صناعة التخمير ، والتي يمكن أن تؤدي إلى فشل التخمير ، وتدهور جودة المنتج وحتى انقطاع الإنتاج. لذلك ، فإن تقليل عدد المراحل له أهمية كبيرة لتحسين استقرار وموثوقية عملية التخمير.

اتحسين كفاءة النمو:

في ظل الظروف المناسبة ، يكون معدل نمو الكائنات الحية الدقيقة ثابتًا ، ولكن في كل مرة يتم فيها نقل الكائنات الحية الدقيقة وتوسيعها ، سيكون هناك فترة معينة من فقدان النمو والتكيف. وبالتالي ، فإن تقليل عدد المراحل يمكن أن يقصر الوقت من التطعيم إلى فترة النمو اللوغاريتمي للكائنات الدقيقة وتحسين كفاءة النمو.

Weed تخفيض التكاليف:

إن تقليل عدد المراحل يعني أن المعدات والقوى العاملة والمواد وغيرها من الموارد المطلوبة يتم تخفيضها أيضًا وفقًا لذلك ، مما يساعد على تقليل تكاليف الإنتاج.

خزان البذور الحيوي Yaohai 50L خدمة CRDMO البيولوجية Yaohai (نفس wichat)

نقد الاحتياطات:

في عملية تقليل عدد المراحل ، يجب التأكد من أن الزيادة في فترة التباطؤ لخزان الإنتاج ومعدل النمو في فترة النمو اللوغاريتمي لن يتأثر بشكل كبير. هذا لأن فترة التخلف هي فترة حرجة للكائنات الحية الدقيقة للتكيف مع البيئة الجديدة وتعديل حالتها الأيضية. إذا كانت فترة التخلف طويلة جدًا ، فسيؤدي ذلك إلى تمديد دورة التخمير بأكملها وانخفاض في المحصول. في الوقت نفسه ، النمو راخلال مرحلة النمو اللوغاريتمي يحدد مباشرة معدل التكاثر والكتلة الحيوية النهائية للكائنات الحية الدقيقة. إذا انخفض معدل النمو ، فسيؤثر ذلك أيضًا على تأثير التخمير وجودة المنتج.

07 التحكم في البكتيريا في مرحلة البذور:

يشير تلوث البكتيريا إلى تلوث الكائنات الحية الدقيقة غير المستهدفة أثناء عملية الزراعة. قد يؤدي ذلك إلى فشل الثقافة أو تدهور جودة المنتج. لذلك ، يجب اتخاذ تدابير عملية معقمة صارمة ، مثل استخدام معدات العقيم ، ومتوسط الاستنبات واللقاح ، والتطهير والتعقيم بانتظام ، إلخ.

سيؤدي تلوث البكتيريا مباشرة إلى انخفاض جودة البذور:

تنعكس حيوية البذور في القدرة على الانقسام ، والعدد الإجمالي للبكتيريا القابلة للحياة والوقت اللازم لبدء التشغيل. يجب أن تكون البذور الطبيعية نقية ومجموعات ميكروبية واحدة ، ولكن بعد التلوث ، سيتم خلط البكتيريا الأخرى فيها ، وتغيير تركيبة الميكروبات ونسبة البذور. سيؤثر هذا على خصائص النمو والنشاط الأيضي للبذور. على سبيل المثال ، قد تتنافس البكتيريا على العناصر الغذائية ، وتتداخل مع النمو الطبيعي والتمثيل الغذائي للكائنات الحية الدقيقة المستهدفة ، وتؤدي إلى عدم كفاية حيوية البذور ، وتزيد من الوقت اللازم للتوسع ، إلخ.

سيؤثر التلوث بالبكتيريا على إنتاجية التخمير وجودته:

بسبب وجود البكتيريا في البذور ، والتلقيح القسري أو تجاهل خطر تلوث البكتيريا ، بعد دخول الخزان ، قد تنتج هذه البكتيريا مواد مختلفة عن المنتج المستهدف ، مما يؤدي إلى انخفاض في إنتاجية ونقاء منتج التخمير. على سبيل المثال ، عند إنتاج المضادات الحيوية ، قد يقلل التلوث بالبكتيريا من قوة المضادات الحيوية أو حتى يفشل في تلبية المعايير الصيدلانية.

. فشل soop ، تعديل مؤقت للعملية:

بعد تحصين سائل البذور الذي يحتوي على بكتيريا أجنبية ، يمكن تغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية لسائل التخمير في خزان الإنتاج ، مثل قيمة الرقم الهيدروجيني ، والأكسجين المذاب ، وما إلى ذلك ، وبالتالي تدمير بيئة التخمير المناسبة ، مما يؤثر على النمو الطبيعي وتنظيم التمثيل الغذائي للكائنات الحية الدقيقة ، يسبب اختلال عملية التخمير ، وعدم القدرة على العمل وفقًا للسوب المحدد ، مما يتطلب تدخلًا مؤقتًا وتوجيه موظفي العملية.

سوف يزيد التلوث الجرثومي من تكاليف الإنتاج:

بمجرد اكتشاف التلوث الجرثومي ، غالبًا ما يتطلب الأمر سلسلة من التدابير للتعامل معه ، مثل إيقاف التخمير ، ومعدات التنظيف ، وإعادة إعداد البذور ، الأمر الذي يتطلب الكثير من القوى العاملة والموارد المادية ويزيد من تكاليف الوقت.

يمكن تجنب التلوث الجرثومي خلال فترة التنشيط عن طريق زيادة العمليات الموازية واختيار سلالات عالية الجودة لزجاجات الهز. حتى في حالة حدوث تلوث بكتيري ، فإنه سيزيد من تكاليف الوقت ولن يسبب الكثير من تكاليف المواد وخسائر صيانة المعدات ؛ فقدان التلوث الجرثومي خلال مرحلة التمدد أكبر من ذلك خلال مرحلة التنشيط ، ولكن لا يزال من الأكثر حكمة إنهاء التخمير بعد حدوث التلوث الجرثومي.

مخمر حيوي Sinotech ذات الصلة للبيع