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Dans l'industrie de la fermentation, la qualité des semences est la pierre angulaire du processus de production et est directement liée à l'efficacité de la fermentation, au rendement du produit et à la stabilité de la qualité. Les graines de haute qualité sont riches en cellules microbiennes avec une vitalité vigoureuse et des caractéristiques génétiques stables, qui peuvent s'adapter rapidement à l'environnement de fermentation, utiliser efficacement les ressources du milieu de culture et favoriser l'accumulation rapide de métabolites. Au contraire, une mauvaise qualité des semences peut causer des problèmes tels qu'une croissance lente et une contamination par des bactéries étrangères, limitant gravement le processus de fermentation et conduisant même à un échec de la production. Par conséquent, un contrôle strict de la technologie de préparation des semences pour assurer une pureté élevée des semences et une forte vitalité est la clé pour améliorer l'efficacité de la production de fermentation et assurer la qualité du produit. Les principaux facteurs affectant la culture des réservoirs de graines comprennent: les conditions nutritionnelles, les conditions de culture, le contrôle de la contamination, la détermination du niveau d'expansion et la détermination de la quantité d'inoculation.

01 Milieu de culture (conditions nutritionnelles):

Le milieu de culture est lié à l'acquisition de la nutrition et a un impact direct sur la croissance, la reproduction, l'activité enzymatique et le rendement des micro-organismes. Le milieu de culture peut être divisé en nutrition de croissance de base C/N, contrôle de la pression osmotique inorganique du sel, composition d'entretien des oligo-éléments et système de régulation de l'activité enzymatique du pH.

Les exigences pour le milieu de culture sont la composition simple, les sources abondantes, le prix bas et l'acquisition pratique des matériaux. Le milieu de culture de graines est l'environnement de base pour la croissance et la reproduction des graines. Il fournit aux micro-organismes les nutriments nécessaires, les sources d'énergie et les conditions physiques et chimiques appropriées. Tout d'abord, des nutriments suffisants et équilibrés sont la clé pour assurer la vitalité et la quantité des graines. Par exemple, la source de carbone est la base énergétique de la croissance microbienne, et la source d'azote est un composant important du matériau cellulaire. Si la source de carbone ou la source d'azote est insuffisante, la croissance des semences sera inhibée et la quantité et la qualité attendues ne pourront être atteintes. Les sels inorganiques dans le milieu de culture, tels que le phosphore, le soufre, le magnésium, le potassium, etc., jouent un rôle indispensable dans le maintien de l'équilibre de pression osmotique des cellules, l'activité enzymatique, et l'intégrité structurelle des cellules. En prenant le phosphore comme exemple, il est impliqué dans la synthèse des acides nucléiques et des phospholipides. Si le phosphore manque, la réplication du matériel génétique cellulaire et la formation des membranes cellulaires seront entravées, affectant ainsi la croissance et la reproduction des graines. La teneur en pureté et en impuretés des matières premières du milieu de culture affectera la croissance des micro-organismes. Si les matières premières contiennent des substances toxiques ou des inhibiteurs, elles peuvent avoir un effet toxique sur la croissance des graines et même provoquer la mort des graines.

A. Le dernier niveau de milieu de culture dans le réservoir de semence doit être cohérent avec celui du réservoir de production. À l'heure actuelle, le système enzymatique nécessaire à la fermentation a été établi dans le réservoir précédent et il n'a pas besoin d'être reconstruit dans les nouvelles conditions environnementales.

B. Le rapport de source d'azote doit être augmenté dans le milieu de culture de la cuve de semence et le rapport incrémental d'azote inorganique doit être plus grand.

C. Une fois la déformation améliorée, en raison des différences d'équipement (type de réservoir, forme d'agitation, vitesse, etc.), le rapport de milieu de culture doit être réajusté selon l'expérience.

02 âge des espèces, quantité d'inoculation:

L'âge requis des semences est d'une grande importance pour le repiquage en phase de croissance logarithmique.

Parce que les jeunes graines n'ont pas complètement grandi et mûri, divers systèmes enzymatiques et mécanismes métaboliques dans les cellules n'ont pas encore été complètement établis, résultant en une faible capacité d'adaptation au nouvel environnement après rempotage et une vitesse de démarrage lente. L'ancienne espèce, d'autre part, peut également avoir de mauvais résultats dans le nouvel environnement pour des raisons telles que la viabilité cellulaire réduite et la capacité métabolique. Les deux situations prolongeront le cycle de fermentation, augmenteront les coûts de production et conduiront finalement à une baisse des rendements. La quantité d'inoculation a un impact significatif sur la durée de la phase de décalage dans le nouvel environnement. Lorsque la quantité d'inoculation est importante, les métabolites d'accompagnement tels que l'ARN requis pour la division cellulaire et la reproduction sont unBundant. Ces métabolites peuvent rapidement soutenir la croissance et la reproduction des cellules dans le nouvel environnement, permettant aux cellules d'entrer rapidement dans la phase de croissance logarithmique et de raccourcir le temps d'adaptation au nouvel environnement.

Au contraire, si la quantité d'inoculation est trop petite, la teneur en métabolites dans les cellules est insuffisante et les cellules doivent passer plus de temps à synthétiser les substances requises, prolongeant ainsi la période de décalage. En prenant comme exemple la production d'alcool par fermentation de levure, lorsque la quantité d'inoculation est insuffisante, le taux de production d'alcool au début de la fermentation sera considérablement ralenti, entraînant une prolongation de l'ensemble du cycle de fermentation et une réduction de l'efficacité de la production.

03 Température:

Regardez la température dans le stade précoce et l'oxygène dissous dans le stade ultérieur.

Tout micro-organisme a sa température de croissance optimale et sa température de production, comme suit:

Dans le domaine de la biologie, la température, comme l'un des facteurs environnementaux clés pour la croissance microbienne, hComme un impact significatif sur le taux de croissance et les activités métaboliques des micro-organismes. Selon une règle générale, le taux de croissance des micro-organismes double généralement chaque augmentation de 10 ° C. C'est principalement parce que la température peut affecter directement le système enzymatique métabolique dans les cellules.

Les enzymes sont des protéines qui catalysent les réactions chimiques dans les organismes, et presque tous les processus de croissance microbienne et métaboliques sont catalysés par des enzymes. Le taux de réaction des enzymes est grandement affecté par la température. Il y a une plage de température optimale. Dans cette plage, l'activité enzymatique est la plus élevée et la croissance et le métabolisme des micro-organismes sont également les plus rapides. Lorsque la température est inférieure à la température optimale, l'activité de l'enzyme diminue et le taux de croissance des micro-organismes ralentit; lorsque la température est supérieure à la température optimale, l'enzyme peut perdre de l'activité en raison de la dénaturation, ce qui entraîne une entrave ou même la mort de la croissance de micro-organismes.

04 pH effet:

Effet 4.1 de la valeur du pH sur l'activité enzymatique:

Régulation de l'activité enzymatique: Les enzymes sont des protéines clés qui catalysent les réactions biochimiques dans les micro-organismes, et leur activité est significativement affectée par la valeur du pH. Chaque enzyme a sa plage de pH optimale, dans laquelle l'activité enzymatique est la plus élevée. Lorsque la valeur du pH s'écarte de la plage optimale, l'activité enzymatique diminue progressivement ou même devient complètement inactive. Cela entraînera le blocage du processus métabolique des micro-organismes, affectant l'absorption et l'utilisation des nutriments, réduisant ainsi la qualité des semences.

Affecter les voies métaboliques: les changements du pH peuvent également entraîner des changements dans les voies métaboliques microbiennes. Par exemple, dans des conditions acides, certains micro-organismes peuvent augmenter la voie de fermentation de l'acide lactique pour maintenir l'homéostasie du pH, ce qui peut modifier les types et les proportions des métabolites, affectant ainsi la qualité des graines.

Effet 4.2 de la valeur du pH sur la membrane cellulaire:

Perméabilité de la membrane cellulaire: la valeur du pH peut affecter l'état de charge de la membrane cellulaire microbienne, modifiant ainsi la perméabilité de la membrane cellulaire. La membrane cellulaire est le principal canal pour les micro-organismes pour échanger des substances avec l'environnement externe. Les changements dans sa perméabilité affecteront directement l'absorption des nutriments et l'excrétion des métabolites par les micro-organismes.

Stabilité de la cellule: dans des conditions de pH extrêmes, la structure de la membrane cellulaire peut être endommagée, provoquant une fuite de substances intracellulaires ou des substances nocives externes dans la cellule, affectant ainsi les fonctions physiologiques normales de la cellule.

Effet 4.3 de la valeur du pH sur l'absorption des nutriments:

Affecte la dissociation des nutriments: les nutriments (tels que les acides aminés, les minéraux, etc.) dans le milieu de culture se dissocient à différents degrés dans différentes conditions de pH, ce qui affectera l'absorption et l'efficacité d'utilisation de ces nutriments par les micro-organismes.

Concurrence affectant les nutriments: Dans les systèmes de culture mixte, différents micro-organismes ont des capacités différentes pour absorber et utiliser les nutriments. Les changements de pH peuvent modifier cette relation concurrentielle, affectant ainsi la croissance et la reproduction des espèces bactériennes dominantes.

Des valeurs de pH non optimales entraîneront le ralentissement ou même la stagnation du taux de croissance des micro-organismes, ce qui affectera l'accumulation de biomasse et l'amélioration de la qualité des semences; la culture à long terme de micro-organismes dans des conditions de pH inappropriées peut entraîner des changements dans leurs caractéristiques génétiques (telles que des mutations de gènes, une recombinaison de gènes, etc.), Affectant ainsi la stabilité génétique des semences et la stabilité de la production de fermentation ultérieure; une valeur de pH appropriée peut améliorer la résistance au stress des micro-organismes (tels que l'antioxydant, la résistance à la pression osmotique, etc.), leur permettant de mieux adapter l'environnement de production complexe et modifiable et de maintenir une croissance stable et un état métabolique.

Les anions (acétate, phosphate) sont absorbés ou des sources d'azote sont utilisées pour produire du NH3, provoquant une augmentation du pH;

Les cations (NH4 , K) sont absorbés ou les acides organiques s'accumulent, provoquant une baisse du pH;

Le pH du milieu de culture C élevé se déplace vers un pH bas;

Le pH du milieu N élevé se déplace vers un pH élevé.

Il existe trois façons d'ajuster le pH: une solution acide-base; b solution tampon; c tampon physiologique (sel alcalin physiologique acide ou physiologique).

05 Aération et agitation:

Le volume de ventilation, la pression du réservoir et l'agitation déterminent conjointement l'état actuel d'oxygène dissous. Ce n'est que lorsque l'oxygène dissous est supérieur à la DBO actuelle, le lot de graines peut se développer normalement. Après le repiquage, les bactéries entrent dans la période de croissance logarithmique, et la division et reproLe taux de duction augmente de façon exponentielle. À ce moment, le volume de ventilation et la puissance d'agitation sont généralement ajustés en alternance pour que le DO atteigne le niveau requis des bactéries. Une fois que les bactéries ne peuvent pas répondre à la norme, la température peut être abaissée de manière appropriée pour réduire le taux de consommation d'oxygène des bactéries. À ce moment, l'efficacité de la division bactérienne et de la croissance est réduite, mais elle ne causera pas d'hypoxie, de déformation ou d'autolyse.

5.1 effet synergique du volume de ventilation et de l'agitation:

Le volume de ventilation augmente directement la source d'oxygène dissous en injectant de l'air frais dans le fermenteur. En même temps, l'agitation améliore l'uniformité de distribution et l'efficacité de transfert de masse de l'oxygène dissous dans le milieu de culture en favorisant le mélange de particules gazeuses, liquides et solides dans le milieu de culture. L'ajustement alternatif du volume de ventilation et de la puissance d'agitation peut permettre un contrôle fin des étapes d'oxygène dissous. Par exemple, pendant la période de croissance bactérienne vigoureuse, l'augmentation du volume de ventilation et du pouvoir d'agitation peuvent augmenter le niveau d'oxygène dissous et répondre à la demande bactérienne en oxygène; lorsque l'oxygène dissous est excessif ou insuffisant, l'oxygène dissous peut être maintenu stable en ajustant le volume de ventilation et la puissance d'agitation.

5.2 Relation entre l'oxygène dissous et la DBO:

La demande biologique en oxygène (DBO) est un indicateur du degré de pollution organique dans l'eau, qui reflète la quantité d'oxygène nécessaire aux micro-organismes pour décomposer ces matières organiques. Pendant le processus de fermentation, les micro-organismes ne peuvent se développer normalement que lorsque l'oxygène dissous (DO) est supérieur à la demande biologique actuelle en oxygène (DBO). Si la DO est inférieure à la DBO, les micro-organismes seront inhibés par un manque d'oxygène, entraînant une diminution du taux de croissance, une accumulation réduite de métabolites et même une autolyse cellulaire.

06 Détermination des étapes des réservoirs de semences:

Moins il y a d'étapes, moins il a de chances d'être contaminé. Les étapes sont déterminées par les propriétés de la souche, telles que le taux de croissance, la concentration bactérienne logarithmique, le niveau de développement des spores, etc. Après optimisation et débogage continus, le nombre d'étages de réservoirs de semences devrait être réduit autant que possible, Mais il doit être basé sur le principe qu'il n'affecte pas ou moins affecte l'augmentation de la période de retard du réservoir de production et le taux de croissance dans la période de croissance logarithmique.

Dans l'industrie de la fermentation, le nombre d'étages de réservoirs de semences est un paramètre de processus clé, qui affecte directement le risque de contamination microbienne, l'efficacité de la croissance, ainsi que la stabilité et le coût de l'ensemble du processus de fermentation. La détermination du niveau est généralement basée sur les caractéristiques de la souche, telles que le taux de croissance, la concentration bactérienne logarithmique, le niveau de développement des spores, etc. Ces facteurs déterminent conjointement les besoins et l'adaptabilité des micro-organismes à différents stades de croissance. Quels sont les avantages de réduire le nombre d'étapes d'expansion?

6.1 réduire le risque de contamination:

Moins il y a d'étapes de fonctionnement et de changements environnementaux que les micro-organismes subissent pendant le processus d'expansion, réduisant ainsi le risque de contamination. La contamination bactérienne est un problème courant dans l'industrie de la fermentation, qui peut entraîner une défaillance de la fermentation, une dégradation de la qualité des produits et même une interruption de la production. Par conséquent, la réduction du nombre d'étapes est d'une grande importance pour améliorer la stabilité et la fiabilité du processus de fermentation.

6.2 l'amélioration de l'efficacité de la croissance:

Dans des conditions appropriées, le taux de croissance des micro-organismes est constant, mais chaque fois que les micro-organismes sont transférés et dilatés, il y aura une certaine perte de croissance et une période d'adaptation. Par conséquent, la réduction du nombre d'étapes peut raccourcir le temps entre l'inoculation et la période de croissance logarithmique des micro-organismes et améliorer l'efficacité de la croissance.

6.3 la réduction des coûts:

La réduction du nombre d'étapes signifie que l'équipement, la main-d 'œuvre, les matériaux et les autres ressources requis sont également réduits en conséquence, ce qui contribue à réduire les coûts de production.

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Précautions 6.4:

Dans le processus de réduction du nombre d'étapes, il faut s'assurer que l'augmentation de la période d'hystérésis du réservoir de production et le taux de croissance dans la période de croissance logarithmique ne seront pas affectés de manière significative. En effet, la période d'hystérésis est une période critique pour que les micro-organismes s'adaptent au nouvel environnement et ajustent leur état métabolique. Si la période d'hystérésis est trop longue, elle entraînera une extension de tout le cycle de fermentation et une diminution du rendement. Dans le même temps, la croissance raTe pendant la phase de croissance logarithmique détermine directement le taux de reproduction et la biomasse finale des micro-organismes. Si le taux de croissance diminue, cela affectera également l'effet de fermentation et la qualité du produit.

07 Contrôle des bactéries au stade des semences:

La contamination bactérienne fait référence à la contamination de micro-organismes non cibles pendant le processus de culture. Cela peut entraîner une défaillance de la culture ou une dégradation de la qualité du produit. Par conséquent, des mesures strictes de fonctionnement aseptique doivent être prises, telles que l'utilisation d'un équipement aseptique, d'un milieu de culture et d'un inoculum, d'une désinfection et d'une stérilisation régulières, etc.

7.1 La contamination des bactéries entraînera directement une baisse de la qualité des semences:

La vitalité des graines se reflète dans la capacité de se diviser, le nombre total de bactéries viables et le temps nécessaire au démarrage. Les graines normales doivent être des populations microbiennes pures et uniques, mais après contamination, d'autres bactéries seront mélangées, modifiant la composition microbienne et la proportion de graines. Cela affectera les caractéristiques de croissance et l'activité métabolique des graines. Par exemple, les bactéries peuvent rivaliser pour les nutriments, interférer avec la croissance normale et le métabolisme des micro-organismes cibles, conduire à une vitalité insuffisante des graines, augmenter le temps nécessaire à l'expansion, etc.

7.2 La contamination des bactéries affectera le rendement et la qualité de la fermentation:

En raison de la présence de bactéries dans les graines, de l'inoculation forcée ou en ignorant le risque de contamination des bactéries, après avoir pénétré dans le réservoir, ces bactéries peuvent produire des substances différentes du produit cible, entraînant une diminution du rendement et de la pureté du produit de fermentation. Par exemple, lors de la production d'antibiotiques, la contamination par les bactéries peut réduire la puissance des antibiotiques ou même ne pas répondre aux normes pharmaceutiques.

7.3 l'échec SOP, ajustement temporaire du processus:

Après avoir inoculé un liquide de semence contenant des bactéries étrangères, les propriétés physiques et chimiques du liquide de fermentation dans le réservoir de production, telles que la valeur du pH, l'oxygène dissous, etc., peuvent être modifiées, détruisant ainsi l'environnement de fermentation approprié, affectant la croissance normale et la régulation métabolique des micro-organismes, Entraînant un trouble du processus de fermentation et une incapacité de fonctionnement selon le SOP établi, nécessitant une intervention temporaire et des conseils du personnel du processus.

7.4 La contamination bactérienne augmentera les coûts de production:

Une fois la contamination bactérienne découverte, une série de mesures sont souvent nécessaires pour y faire face, comme l'arrêt de la fermentation, le nettoyage du matériel et la préparation des semences, ce qui nécessite beaucoup de main-d 'œuvre et de ressources matérielles et augmente les coûts de temps.

La contamination bactérienne pendant la période d'activation peut être évitée en augmentant les opérations parallèles et en sélectionnant des souches de haute qualité pour secouer les bouteilles. Même si la contamination bactérienne se produit, cela augmentera les coûts de temps et ne causera pas beaucoup de coûts matériels et de pertes de maintenance de l'équipement; la perte de contamination bactérienne pendant la phase d'expansion est supérieure à celle pendant la phase d'activation, mais il est toujours plus sage de mettre fin à la fermentation après une contamination bactérienne.

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