發(fā)酵工業(yè)的案例
260 基于matlab的工業(yè)乙醇發(fā)酵GUI仿真 ￥120
基于matlab的工業(yè)乙醇發(fā)酵GUI仿真。首先對經(jīng)典的流加半經(jīng)驗半理論模型進行動態(tài)和穩(wěn)態(tài)仿真，考慮實際情況密，逐步將溫度，氣體排放等因素考慮到模型中去，進行綜合性仿真。結(jié)合GUI技術(shù)，以動力學(xué)模型為核心，制作乙醇連續(xù)發(fā)酵仿真軟件，建立起工業(yè)乙醇發(fā)酵的仿真平臺。程序已調(diào)通，可直接運行。
發(fā)酵工程工藝及關(guān)鍵技術(shù)
一、發(fā)酵過程的特點
發(fā)酵過程和其他化學(xué)工業(yè)的最大區(qū)別在于它是生物體所進行的化學(xué)反應(yīng)。其主要特點如下:
(1)發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進行的生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件也比較簡單。
(2)發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主，只要加入少量的有機氮源和無機氮源就可進行反應(yīng)。微生物因不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營養(yǎng)。基于這一特性，可以利用廢水和廢物等作為發(fā)酵的原料進行生物資源的改造。
(3)發(fā)酵過程是通過生物體的自動調(diào)節(jié)方式來完成的，反應(yīng)的專一性強，因而可以得到較為單一的代謝產(chǎn)物。
(4)由于生物體本身所具有的反應(yīng)機制，能夠?qū)Ｒ坏睾透叨冗x擇地對某些較為復(fù)雜的化合物進行特定部位的氧化、還原等化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，也可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的高分子化合物。
(5)發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關(guān)重要。除了必須對設(shè)備進行嚴(yán)格消毒處理和空氣過濾外，反應(yīng)必須在無菌條件下進行。如果污染了雜菌，生產(chǎn)就會遭到巨大的經(jīng)濟損失。如果感染了噬菌體，對發(fā)酵造成的危害會更大，因而維持無菌條件是發(fā)酵成功的關(guān)鍵。
(6)微生物菌種是進行發(fā)酵的根本因素，通過變異和菌種篩選，可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良菌株并使生產(chǎn)設(shè)備得到充分利用，也因此可以獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。
(7)工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見效快，并可以取得顯著的經(jīng)濟效益。
基于以上特點，工業(yè)發(fā)酵日益引起人們的重視。和傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝相比，現(xiàn)代發(fā)酵工程除了上述的發(fā)酵特點之外更有其優(yōu)越性。如除了使用微生物細(xì)胞外，還可以用動植物細(xì)胞和酶，也可以用人工構(gòu)建的“工程菌”來進行反應(yīng);反應(yīng)設(shè)備也不只是常規(guī)的發(fā)酵罐，而是以各種各樣的生物反應(yīng)器代替，自動化、連續(xù)化程度高，使發(fā)酵水平在原有基礎(chǔ)上有所提高和創(chuàng)新。
展開 極限電流型氧化鋯氧氣傳感器在發(fā)酵罐尾氣在線分析儀中的應(yīng)用
微生物在生長代謝過程中，O2的消耗、CO2的產(chǎn)生可以比較容易檢測，但大多數(shù)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生有臭味的氣體，這些帶臭味的氣體大多數(shù)是一些揮發(fā)性的醛類、酸類、醇類、酯類、胺類、硫醇類、酚類、噻唑、吲哚和呋喃類雜環(huán)化合物類等。一般簡單的發(fā)酵氣味由幾十種上述化合物組成，復(fù)雜的發(fā)酵氣味由幾百種上述化合物組成。濃度不同呈現(xiàn)的主體氣味不同，比如低濃度的吲哚呈現(xiàn)出香氣，高濃度的吲哚呈現(xiàn)出糞便的臭氣。其實微生物發(fā)酵是通過控制溫度、ph、氧氣和營養(yǎng)源等條件讓微生物以最佳狀態(tài)生長和合成目標(biāo)產(chǎn)物。由于微生物代謝的復(fù)雜性，通過簡單的供給控制并不能確保微生物處于最佳狀態(tài)。
近年來通過檢測發(fā)酵尾氣CO2和O2檢測分析技術(shù)已日臻成熟。其性能穩(wěn)定，可靠性高，可實現(xiàn)連續(xù)在線檢測獲取發(fā)酵過程重要的呼吸代謝參數(shù)CER,OUR,RQ等。這些參數(shù)反映了微生物的代謝狀況，可以得到更多細(xì)胞代謝信息，更加深入了解發(fā)酵過程，掌握發(fā)酵規(guī)律，從而優(yōu)化工藝，全面控制發(fā)酵過程，提高產(chǎn)率。尾氣分析儀作為發(fā)酵罐標(biāo)配設(shè)備已成為一種趨勢。
因是從尾氣取氣分析，對發(fā)酵無任何影響；也無需高溫滅菌，故為其應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。發(fā)酵尾氣分析技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)代傳感器及信息技術(shù)，實時在線檢測發(fā)酵罐尾氣中CO2和O2百分比濃度，同步計算呼吸代謝參數(shù)CER、OUR及RQ，旨在獲取發(fā)酵過程細(xì)胞代謝信息，實現(xiàn)生物信息軟測量，藉此深入了解發(fā)酵規(guī)律，優(yōu)化工藝，控制過程，提高產(chǎn)率，是發(fā)酵工程新的重要分析手段。發(fā)酵尾氣分析儀實時監(jiān)測微生物發(fā)酵過程中氧氣的消耗速率和二氧化碳的產(chǎn)生速率是現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)中監(jiān)控微生物代謝狀態(tài)的最有效手段，通過控制氧氣消耗率和二氧化碳產(chǎn)生率進行微生物發(fā)酵工藝的工業(yè)放大最為有效。為我國生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了先進技術(shù)設(shè)備。
展開 膜分離技術(shù)...
PDMS是目前工業(yè)化應(yīng)用的氣體分離膜中P氧氣最高的膜材料，美中不足的是它有兩大缺點：一是分離的選擇性低，二是難以制備超薄膜。
膜分離技術(shù)...
PDMS是目前工業(yè)化應(yīng)用的氣體分離膜中P氧氣最高的膜材料，美中不足的是它有兩大缺點：一是分離的選擇性低，二是難以制備超薄膜。
中國生物化工簡史-生物反應(yīng)器工程
通常，實驗室研究使用的30L或50L的體積可以直接應(yīng)用到300噸的工業(yè)發(fā)酵。
3. 海量數(shù)據(jù)過程軟件包的開發(fā)
生物反應(yīng)器配備自動電腦數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集過程參數(shù)。數(shù)據(jù)采集和電腦控制形成了一個完整的控制系統(tǒng)。但是，從大量數(shù)據(jù)中提取有用信息對過程工程的控制十分重要。目前已有Biostar軟件包可以滿足需要，已在頭孢菌素C的發(fā)酵過程成功使用，收集的歷程圖如下圖：
4. 針對反應(yīng)器內(nèi)微觀和宏觀生理代謝參數(shù)建立研究方法
5. 針對規(guī)模放大中的組合流場和細(xì)胞生理建立研究方法
國際和國內(nèi)強度的對比分析
在生物反應(yīng)器工程研究方面，所有的大規(guī)模工業(yè)生物制造已經(jīng)從發(fā)達國家轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國家。因此，中國已經(jīng)成為工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)化和放大技術(shù)的領(lǐng)先國家。然而，但是在哺乳細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)高值產(chǎn)品特別是生物藥物的現(xiàn)代化技術(shù)方面，還有很大差距。
由于缺少細(xì)胞代謝特征的研究，以及處理過程的不足，中國沒有以過程參數(shù)為基礎(chǔ)進行自主開發(fā)的哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器。但是，在哺乳細(xì)胞培養(yǎng)的優(yōu)化和放大方面，一些國際公司有經(jīng)驗方法，但是還沒有本土化。同時，為了滿足生物醫(yī)藥產(chǎn)品短開發(fā)周期，高生物安全性，低工業(yè)化成本的需求，國外開發(fā)了很多商業(yè)化的生物反應(yīng)器系統(tǒng)。（注：目前已經(jīng)發(fā)生明顯變化，中國的生物企業(yè)目前正在承接全球的很大比例的生物藥的委托生產(chǎn)業(yè)務(wù)。）
中國該領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用分析
得益于微生物大規(guī)模生物制造理論、關(guān)鍵技術(shù)和方法的發(fā)展，中國工業(yè)取得了很多應(yīng)用和突破。一些標(biāo)志性的工業(yè)化案例如下：
1. 維生素B12的發(fā)酵過程優(yōu)化
2008年，通過優(yōu)化培養(yǎng)基和補料策略，維生素B12的發(fā)酵單位從90mg/L提高到176mg/L。后來通過多尺度的因素排查和優(yōu)化，在工業(yè)水平上，Pseudomonas deaganase發(fā)酵單位提高了近20%。
2.
展開 工業(yè)廢水處理監(jiān)測用到的PH/ORP/溶解氧/電導(dǎo)率傳感器
近年來，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，廢水的數(shù)量及種類也在不斷增加，對水體的污染日趨嚴(yán)厲，嚴(yán)重威脅人類的安全及健康。為建立良好的生態(tài)環(huán)境，工業(yè)廢水處理尤為重要。
水資源供給的嚴(yán)重供需矛盾主要表現(xiàn)在水資源短缺及用水需求的持續(xù)增加。在該背景下，水資源的循環(huán)利用是解決該矛盾的主要途徑。
我國工業(yè)廢水處理行業(yè)發(fā)展起步較晚，并于1990年后進入行業(yè)迅速發(fā)展期。隨著我國工業(yè)廢水處理需求市場空間的不斷壯大，當(dāng)前廢水處理行業(yè)增速遠高于其他國家。
隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展,工業(yè)廢水不斷增加,環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,監(jiān)測是控制和治理環(huán)境污染的重要環(huán)節(jié)之一.廢水中的pH值,電導(dǎo)率,COD(化學(xué)耗氧量),BOD(生化需氧量),DO(溶解氧),TOC(總有機碳),TOD(總需氧量),有毒重金屬元素鉛,鎘,鋅及砷化物和氟化物等都屬必測項目.本文主要介紹工業(yè)廢水處理中的PH/溶解氧/電導(dǎo)率監(jiān)測用傳感器。
在德國，工業(yè)廢水處理必須遵守《廢水條例》（Abwasserverordnung）的嚴(yán)格規(guī)定。不當(dāng)、不充分的處理可能導(dǎo)致整個處理廠關(guān)閉，直到缺陷得到糾正。
處理工業(yè)廢水遠不止是遵守環(huán)境法規(guī)。高耗水量的工廠通過處理和再利用廢水來降低原料成本。
尤其是對于有機廢水處理，精確測量pH值、氧化還原電位（ORP）和溶解氧對于確保用于凈化的細(xì)菌的最佳代謝至關(guān)重要。
監(jiān)測pH、ORP和氧氣，以實現(xiàn)對環(huán)境無害的廢水處理
與私人家庭的服務(wù)水不同，工業(yè)廢水受到難以分解的物質(zhì)的污染。根據(jù)行業(yè)的不同，它們可能是重金屬、油脂、油脂、堿性物質(zhì)，或者像造紙和肥皂行業(yè)那樣，有機物質(zhì)只能通過極大的努力中和或分離。除了機械過濾方法外，熱處理和微生物也被用來凈化它。
保護植物和細(xì)菌的pH值測量
根據(jù)污染程度，有機污染廢水經(jīng)過不同的凈化過程，包括絮凝和沉淀。在絮凝過程中，溶解的有害物質(zhì)凝結(jié)成薄片，可以過濾。
展開 Angew. Chem. Int. Ed：鈷催化二氧化碳選擇性加氫合成乙醇
【引言】
乙醇是工業(yè)和日常生活中非常有用的化學(xué)物質(zhì)，廣泛用作清潔燃料添加劑、溶劑和消毒劑。乙醇生產(chǎn)通常依賴于纖維素原料的發(fā)酵。開發(fā)具有工業(yè)潛力的乙醇生產(chǎn)新路線具有重要意義，從合成氣開始研究人員已經(jīng)實施了各種工藝。使用CO2作為原料特別有吸引力，因為它的顯著優(yōu)點包括易于獲得和可再生，以及通過將其轉(zhuǎn)化為有價值的化學(xué)品而消除溫室氣體CO2。然而，由于CO2的化學(xué)惰性，很難將CO2轉(zhuǎn)化為乙醇。C = O鍵的有效斷裂和所需化學(xué)品的選擇性形成仍然具有挑戰(zhàn)性。
研究人員開發(fā)了多種有效的CO2加氫催化劑；這些催化劑通常基于用金或銅、工業(yè)Cu/ZnO/ Al2O3、Ni-Ga、Zn-Zr、Mn-Co、Fe-Co、二氧化鈰-二氧化鈦。然而，這些催化劑提供甲醇作為主要產(chǎn)物。近年來，均相催化劑在CO2加氫制備C2+產(chǎn)物中有不錯的選擇性，但這些均相催化劑難以與反應(yīng)體系分離和再生。多相催化劑易于再生，但是其性能還較低。負(fù)載型貴金屬催化劑( Pd和Pt )因其催化碳-碳偶聯(lián)反應(yīng)的特殊能力，在CO2加氫反應(yīng)中備受關(guān)注，這是碳C2+分子生產(chǎn)的重要步驟。然而，混合C2+醇產(chǎn)物的形成導(dǎo)致乙醇選擇性有限。用廉價和豐富的過渡金屬(如鈷)替代稀有和昂貴的貴金屬(眾所周知，鈷是碳-碳偶聯(lián)反應(yīng)(如費-托合成)的高效催化劑)將增強CO2加氫的可持續(xù)性。對于CO2加氫合成乙醇，潛在的實用和可持續(xù)路線需要使用豐富的金屬催化劑并形成具有高選擇性的乙醇，這是非常難以實現(xiàn)的。
【成果簡介】
近日，來自浙江大學(xué)的肖豐收教授、王亮副研究員和吉林大學(xué)的張偉教授（共同通訊）聯(lián)合在Angew. Chem. Int. Ed發(fā)表文章，題為：Selective Hydrogenation of CO2 to Ethanol over Cobalt Catalysts。
展開 生物技術(shù)的應(yīng)用
雖然目前工業(yè)規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)仍有一定難度, 但該技術(shù)仍然是繼微生物技術(shù)以后當(dāng)代生物技術(shù)的重要發(fā)展領(lǐng)域。利用細(xì)胞雜交和細(xì)胞培養(yǎng)可生產(chǎn)具有獨特香味和風(fēng)味的食品添加劑,如香草素、可可香素、菠蘿風(fēng)味劑以及高級天然色素, 如咖喱黃、紫色素、花色苷素、辣椒素、靛藍等, 而且培養(yǎng)的色素含量高, 色調(diào)和穩(wěn)定性好[3]。
2.3 酶工程技術(shù)
酶工程是生物技術(shù)的一個重要組成部分，酶工程是指在一定的生物反應(yīng)器內(nèi)，利用酶催化作用，將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍及農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、環(huán)境保護、能源開發(fā)和生命科學(xué)理論研究等各個方面。酶工程包括各種酶的開發(fā)和生產(chǎn)、酶的分離和純化技術(shù)、酶或細(xì)胞的固定化技術(shù)、固定化酶反應(yīng)器的研制以及酶的應(yīng)用等方面。隨著基因工程、細(xì)胞工程等高新技術(shù)應(yīng)用于酶工程領(lǐng)域，不斷研究開發(fā)出更多的新品種、新用途、高活力的酶類，同時酶的固定化技術(shù)，酶分子修飾技術(shù)及模擬酶技術(shù)也得到更快發(fā)展[4]。
2.4 發(fā)酵工程技術(shù)
發(fā)酵工程是生物工程技術(shù)的重要組成部分，是古老而又大有潛力的工業(yè)技術(shù)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)，是一門利用微生物的生長和代謝活動來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)。發(fā)酵工程是利用微生物的某些特定功能, 通過現(xiàn)代工程技術(shù)手段生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的方法和過程，包括培育優(yōu)良菌種、發(fā)酵生產(chǎn)某些代謝產(chǎn)物、生產(chǎn)微生物菌體、改造某些天然物質(zhì)等。發(fā)酵工程可用于工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)定的食品或食品功能成分。利用發(fā)酵工程技術(shù)所取得的成就涉及到新食品配料、食品加工的催化劑、飲料穩(wěn)定劑、D-氨基酸及其衍生物制造以及廢棄物利用和食品品質(zhì)的檢測等[5]。
2.5蛋白質(zhì)工程技術(shù)
隨著蛋白質(zhì)晶體學(xué)、計算機學(xué)與基因工程手段相結(jié)合，便出現(xiàn)了蛋白質(zhì)工程，又稱為“第二代基因工程”，即按照人們的意愿創(chuàng)造出適合人類需求的。
展開 