摇瓶与发酵(发酵人论坛).doc

FAJIAOREN发酵技术汇编 发酵人论坛精华荟萃 编制说明摇瓶与发酵 论坛帖子讲解下期内容计划 编者：细履平沙 信箱： 编制说明：首先，感谢全体发酵人网站会员发得精彩贴子，使我们能够将很多优秀的经验进行汇总、整理、提炼然后编辑成文章。我们希望通过这一整理过程，将发酵人论坛的精华与所有已经加入或意愿加入发酵行业的朋友分享，这一整理过程能够将这一个个珍珠，串成串，形成一个美丽的珍珠项链，能够将一个个知识点汇总起来，整理成册，编著成如抗生素生产一万个为什么一样，成为发酵从业人员的宝典。本网站的域名为：，欢迎大家来这里深入交流发酵相关的经验和技能。发酵人网站由王军峰先生于2006年8月8日创建，经过8年的发展目前也初具规模，在发酵行业有了一定的影响，论坛成立后也经历风雨：有服务器的不给力，导致丢失了很多附件和数据，有黑客的攻击和水军的骚扰，也有关站备案的考验。但是还是得到了广大会员的信赖和支持，在这里我代理发酵人论坛的管理人员向支持我们的朋友说声感谢。目前，我们的网站虽处于低谷，但是我相信，只要有长期发展的信念，只要发酵从业人员有需求，我们的网站就可以稳步发展，发酵人网站就可以为同行提供更多、更实际的技术帮助。前几天与中国发酵工业网（）的负责人吕望东一起讨论发酵网站的前途和管理时，他问我：目前微信，微博，QQ，手机交流越来越多，论坛是否还有必要存在？我想，现在也到了我们众多小网站选择前行还是关闭的关键点，成功总是留给有准备的人，所以如果没有好的思路、没有创新，向前发展的路只能越走越窄。经过我们深入的讨论，决定充分发挥发酵人网站已有资源，深入挖掘论坛在期刊发行，技术交流会组织，软件使用与仪器操作培训的先天优势，引导论坛恢复良性发展的循环。所以我们决定采取以下改进和探索：1， 与中国发酵工业网加强合作，将发酵人论坛的广告业务交由吕望东先生来负责。发酵人论坛将通过整合发酵行业网站，结合线上，线下活动，给有贡献会员和版主提供更多的才华施展舞台，让会员与论坛共同发展。2， 发酵人论坛会定期对会员发的精华贴进行整理，然后发行发酵技术汇编电子月刊，以便发酵人论坛和中国发酵工业网的忠实用户共同分享。3， 定期组织会员见面会，我们计划每次只针对某一专项问题进行系统性讲座和讨论，从而扩大论坛的影响。讲座只会象征性的收费，以便付给主讲一些补贴和用于场地使用费。比如我们可以用2天时间，培训design expert 的详细用法，使一个不善于进行试验设计和数据处理的人员，快速掌握这些技能。4， 我们将招聘更多有经验的会员当版主，调动整个论坛的学术气氛，当然我们会热忱欢迎广大朋友为我们提供更多建议和指导。本次内容作为网站知识汇总的第一期：摇瓶试验与发酵。第一节：摇瓶与发酵之所以选择摇瓶作为第一节，主要原因是我对“她”有深厚的感情，本科时进行植物细胞培养时使用的是摇瓶，研究生课题设计多数时间也在使用摇瓶，进入企业研发部和车间，也长期离不开摇瓶培养，包括种子培养，培养基优化，和过程验证。摇瓶虽然简单，但它的确是我们一个非常好用的工具，不仅研究过程要应用，生产过程也离不开，它的用途多种多样。不仅用于种子制备，种子的测试，原料的测试，培养基的优化，发酵过程的优化，还能够伴随整个发酵过程。摇瓶虽然简单，但是要想得到有价值的结论，基本原则不能抛弃，细节也要掌握，毕竟细节决定成败。一、摇瓶装量摇瓶的装量是多少，没有理论上的规定，所以大家的装量一定也不一样，对装量的观点也互不相同。那么多少合适呢？我不知道有没有下限，但是肯定会有一个上限，总不能装满吧！因为装量越多，在一定转动的情况下，溶氧会越少，相对蒸发量就越低，出现异常的概率就会变大，而且单位发酵液分配的动力也应该会降低。装量少也不行，因为放罐后要检测，体积总得要满足各项检测用量。在这里我给一个提示：按照一般经验，发酵液和摇瓶的体积比例为10%-20%。我们首先强调了空气的分配，其实还要考虑其他物质的混合，比如：摇床震动的作用也会使细胞分泌出来的成份快速分布于整个发酵体系中，如果不摇瓶发酵过程，需要补料，自然摇动，也会使这些物质得到分散，均匀作用于每个细胞。摇瓶研究的目的是为了未来能够在发酵罐上进行放大，那么摇瓶如何与发酵罐进行比较呢？我认为应该引入计算流体力学，目前很多学校的学者，已经开始在利用流体力学，对发酵罐进行计算，得到很多有价值的结论，特别是在指导搅拌形式设计上。所以我建议同时用计算流体力学模拟摇瓶和发酵罐中空气，营养，动力等情况的分配，便可以优化摇瓶中培养基体积的多少、摇床转速等参数，使摇瓶与发酵罐的动力参数更接近一些，为以后的放大提供更接近的数据支持。相信很多人通过试验对摇瓶装量进行过优化，我自己也做过，但是失败了，原因是因为开始没有进行认真的设计，只是为了提高发酵单位而进行最适加量的试验。由于没有考虑挥发量的变化，没有考虑产量，没有考虑下游的收率，所以最后得出装量越少发酵越好的结论。这显然与发酵生产的结论不相符合，我们应该得到教训，生产需要的是产量是产品质量，而不仅仅是发酵单位。试验设计的目的不能够偏离生产实际，否则最终的结论会是荒谬的，成果自然也不叫成果。所以做设计之前，一定要确定目的是什么，比如：我们需要一个稳定的菌种还是一个可能高产但质量不稳定的菌种？我们要筛选到发酵单位高还是产量高的工艺或培养基？相信大家最终的目的是一样的，但是由于没有生产指导或者没有经验，一开始往往会犯错误，搞不清楚目的。目标是成败的关键，没有目标，自然得不到目标函数，也终究无法应用于软件，无法进行预测，所以也只能在错误中慢慢成长。不幸的是，我们的机会总是很少，经不起浪费，所以对于每个人都应该在开始试验之前，好好静下心来完成方案设计，还要再根据自己掌握的数据路演一下，甚至先将自己理想的结果计划出来，输到试验设计软件中，看看能够得到什么样的结论，当然理想的结果不是我们主观盼望的结果：“这一次发酵单位或产量提高50%就好了”，这是白日做梦，不是合理的结果。而合理的结果是根据一些机理推测的结果。举例：上次试验，发现碳源10小时就不够用了，所以这次在摇瓶发酵到9小时的时候，我们补一些进去，根据糖的转换率，便可以计算出这次能够提升产量，这便是合理的设想，而不是我们的奢望。记得之前有位博士写论文，在作试验之前，他的文字材料便基本写完了，包括一些数据，我们都觉得他在造假。结果等他做完试验，将数据填好，然后再进行简单的修改。我们再看时，完全没有造假的感觉，只感觉试验就应该这样做。这时对他只有佩服了，佩服他的计算能力和推测能力。大家都知道试验设计是试验取得成功最好的保证，微小的失误都可能毁了整个试验。二：关注细节细节关注是每一个发酵人应该去做的，也是操作水平是否优秀的具体体现。比如同时设计一组摇瓶试验。有些人使用各种规格的摇瓶，有些人使用各种各样的瓶塞：有的用纱布，有的用棉塞，有的用硅胶塞，而且纱布的层数也未必一样。有些人一瓶一瓶的称量和配制，有些人先整个配好培养基，然后再分装，总之操作有各种各样的形式，哪些更合理呢？实际过程出现各种各样的问题，说明对试验设计的原则理解不清，试验设计首先要考虑：如何突出要备选因素，而将未列入考察的因素的水平保持一致而且合理，使之不对备选因素产生不利影响。影响发酵的因素很多，可能是世界上最复杂的反应了。那些不在我们考虑之内的因素如何处理呢？当然要使它们保持一致，控制它们不对主因素产生不利的影响，不能掩盖主因素的作用。图1.影响摇瓶试验的因素图如果在企业工作过，应该会知道五大影响因素：人、机、料、法、环（图1）。那些不在我们考虑范围的其他因素，肯定会在这五大因素之内，我们要控制，就得先知道哪些因素会影响。比如我们用摇瓶实现培养基优化，除了培养基中的成份外，培养环境是不是一致：温度是不是一致？灭菌是不是同一次灭菌的？是不是在一个摇床上培养？摇床上的夹子是不是把每个瓶子都固定紧？我们如何保证每个摇瓶中的培养基体积是一致的？如何保证接种是一致的？我们是否注意了独立原则和随机原则？一系列的问题需要我们认真考虑，并做出相应的设计和科学的安排。当然，只有带着工作热情和感情去工作，这些小细节才会去做，才能想得到。之前有个同学做培养基优化初筛时，每个考察会安排3个重复，我挺佩服他的，因为我们只做一次，不做重复，只在中心点做5个重复。但是他在最后检测的时候，却让我们大跌眼镜。他将另外两个瓶中的发酵液直接倒入另外一瓶中，然后检测他认为的平均效价。这其中的问题希望大家能看得出：1、3个重复的结果是否一致，之间的差异会有多大，差异的来源在哪里？2、是否染菌？如果有一个染菌，导致结果异常低，可能最好的工艺就失去了。3、3个瓶间的放瓶体积有多大差异，差异来源在哪里？4、失去了对最好的几个结果验证的机会。正因为有了这些问题，才能够促使我们去思考，而只有思考了，找到并解决了思想问题及实际问题，我们才会成长。做试验其实就是不断推测和猜想，然后再设计试验去验证猜测，新的数据又导致新的猜想的过程，就应该这样循环前进。从试验结果是分析，然后进行机理方面的猜想，之后再设计试验验证猜想。这样的过程会加深我们对发酵技术和知识的理解和