[发明专利]发酵联动装置及发酵联动的实现方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及生物发酵技术领域，特别涉及一种发酵联动装置及发酵联动的实现方法。

背景技术

生物发酵过程是以有生命活力的细胞为主题，给予特定的培养环境条件来生产有价值的目的产物的过程，发酵工艺条件的优化研究对于指导生产过程的顺利有效开展起着非常重要的作用，现行的发酵工艺优化研究主要是在特定的发酵罐中通过分批发酵或连续发酵试验进行考察，或利用几个发酵罐同时进行分批实验考察，有的还对发酵罐装备了多参数采集系统，来进行发酵过程的优化研究。由于发酵过程中微生物生理代谢特性的复杂性和受环境影响的变异不确定性，使得进行发酵工艺条件优化时批次数据之间的可比较性较差，因此对过程的优化结论带来了较大的偏差或得到相反的结论，同时对于周期较长的抗生素发酵过程优化，整体优化所需的周期较长，不利于生产进度的推进和生产效益的快速提高。

为此，现有的方法是以不同发酵产品为对象形成了各种或通用的装置技术系统和应用方法，如中国专利“一种发酵过程优化与放大的方法与装置”（专利号：200810042759.0），其重点就是设计用于研究的装置系统，通过发酵过程各种传感器所获得的数据以及计算机软件包数据处理，把生物反应器中复杂的生物过程分解为不同尺度的特性研究，了解不同尺度的事件之间的关系，每个尺度都有不同的学科原理和变化规律，研究它们的量变到质变，以及由此形成的对复杂系统总体的影响，这样才有可能解决发酵过程优化所面临的局部与整体的关系，由此形成了一套基于参数相关分析的发酵过程多尺度问题研究的优化技术和发酵过程多参数调整的放大技术。总之，尽可能多的获得发酵过程各层面的生物信息，然后以多尺度参数相关原理，通过计算机软件的实时数据处理，在海量数据中找到以参数相关性特征为依据的过程优化关键参数，即敏感参数，进而用来指导发酵工艺操作，由此大大推动了发酵过程优化与放大技术的研究进展。

但是以上装置与方法只是从海量数据中找到过程优化依据的关键敏感参数，只是带有方向性的研究工作，真正做到用于实际生产还需要做大量实验工作，也就是说要在已取得的研究方向上进行细化研究，才能进一步取得优化的工艺操作条件或装备放大设计。

这些细化实验工作所遇到的最大困难是每批试验之间的可比性，试验时要求初始细胞生理状态一致性、反应器生长环境可比性、数据采集与分析比较的可信性。由于生命过程以及与外界环境之间关系的高度复杂关系，只要一个微小的变化就可能引起过程的差异，这个微小的变化有可能来自菌种的获得与种子培养、不同的培养基原材料来源、灭菌操作的差异、操作条件的细微差异、不同发酵设备特性的差异、甚至员工的操作习惯等，这些细微变化引起的结果表现在获得的发酵过程参数趋势曲线的多样性、时变性、相关耦合性与不确定性。因此，在如此复杂的多因素研究变化下，又是长达几十到上百小时的发酵操作实验，每批之间的数据可比性就成为大问题，为此，整个细化研究周期有时达数月或数年。即使如此，获得的结果还总是存在各种疑惑，影响了有关生产或工程设计问题的决策。

综上所述，现有技术中的发酵装置不能保证初始细胞生理状态的一致性、反应器生长环境的一致性，因此数据采集与分析可信性是不够的。另外，现有的发酵优化周期长，成本高。

发明内容

发酵过程是一个复杂的生命系统，其过程特征是包括生物信息在内的参数多样性、参数时变性、参数之间的相关耦合性、以及过程参数变化的不确定性。为适应上述特点的过程研究，达到过程优化与放大的目的，设计联动并行发酵培养装置，当对发酵母罐发酵过程一定的阶段的工艺控制条件进行优化时，将这个时刻的发酵培养液无菌转入到并行的发酵子罐中，通过子罐的测控系统把发酵子罐中微生物的初始生理状态调成与发酵母罐一致后，对发酵子罐进行不同考察因素或不同水平的控制，并对其生理代谢参数的变化进行实时采集，考察一定时间内发酵过程的代谢变化，得到该阶段的最优化控制工艺，从而指导发酵母罐的生产试验研究。

为了促进发酵过程实验研究更加快速、准确地优化不同阶段的发酵工艺条件，急需对不同阶段的培养过程进行优化调整试验，同时要保证在这个阶段的影响因素考察时初始的微生物生理状态具有一致性，且除待考察因素外，其他环境因素尽量保证一致性，这样才能保证所得数据的可对比性。