बंद ठोस अवस्था किण्वन के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कारक

ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली

1. बंद ठोस अवस्था किण्वन के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कारक

1.1 हिलाने या मिलाने की स्थिति

बिस्तर के तापमान, आर्द्रता आदि को सुनिश्चित करने के लिए हिलाना फायदेमंद है, और किण्वन प्रणाली में द्रव्यमान और गर्मी हस्तांतरण को भी बढ़ावा दे सकता है। हालाँकि, हिलाने से मायसेलियम भी टूट सकता है, सूक्ष्मजीवों के विकास को प्रभावित कर सकता है और यहां तक कि मेटाबोलाइट्स के संश्लेषण को भी प्रभावित कर सकता है।

अधिकांश फिलामेंटस कवक कतरनी बल के प्रति संवेदनशील होते हैं। इसलिए, जब एक सरगर्मी उपकरण के साथ एक बंद किण्वन प्रणाली का चयन किया जाता है, तो सरगर्मी की आवृत्ति, सरगर्मी समय और सरगर्मी की तीव्रता पर विचार करने के अलावा, यह भी विचार करना आवश्यक है कि क्या सरगर्मी सूक्ष्मजीवों या अंतिम उत्पाद को प्रभावित करेगी। की उपज

1.2 कण आकार बनाम सरंध्रता

ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट का कण आकार सामग्री के विशिष्ट सतह क्षेत्र और थोक घनत्व से संबंधित है। एरोबिक ठोस-अवस्था किण्वन की प्रक्रिया में, सूक्ष्मजीवों की वृद्धि आम तौर पर कणों की सतह से शुरू होती है और धीरे-धीरे कणों के आंतरिक भाग में प्रवेश करती है। बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र सूक्ष्मजीवों की वृद्धि और पोषक तत्वों के अधिग्रहण के लिए अनुकूल है। जो कण बहुत छोटे हैं वे सामग्री को बहुत सघन बना देंगे, जिससे ऑक्सीजन विकास के लिए सीमित कारक बन जाएगी।

इसके अलावा, कणों का आकार ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट की सरंध्रता को भी प्रभावित करता है, जो बदले में बड़े पैमाने पर परिवहन को प्रभावित करता है। कणों के बीच छिद्र मुख्य रूप से गैस के प्रसार को प्रभावित करते हैं, और सूक्ष्मजीवों पर प्रभाव भी अधिक जटिल होता है। उदाहरण के लिए, यह प्रभावित करता है कि क्या सूक्ष्मजीवों या बाहरी हाइड्रोलाइटिक एंजाइमों द्वारा उत्पादित एंजाइम कणों के आंतरिक भाग में प्रवेश कर सकते हैं और भूमिका निभा सकते हैं, और यह भी प्रभावित करता है कि क्या सूक्ष्मजीव विकसित होने के लिए कणों के आंतरिक भाग में प्रवेश कर सकते हैं। .

1.3 मैट्रिक्स पोषक तत्व

ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट सूक्ष्मजीवों को कार्बन, नाइट्रोजन, फास्फोरस जैसे आवश्यक पोषक तत्व प्रदान करता है और सूक्ष्मजीवों की जीवन गतिविधियों को बनाए रखने और बाह्य कोशिकीय चयापचयों को संश्लेषित करने के लिए अकार्बनिक तत्वों का पता लगाता है, जो सूक्ष्मजीवों की व्यवहार्यता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं।

कार्बन-से-नाइट्रोजन अनुपात भी सूक्ष्मजीवों के विकास और मेटाबोलाइट्स के उत्पादन को प्रभावित करने वाले महत्वपूर्ण कारकों में से एक है। यदि ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट में नाइट्रोजन सामग्री बहुत अधिक या बहुत कम है, तो यह सूक्ष्मजीवों के विकास और चयापचय को प्रभावित करेगी। विभिन्न प्रकार के सूक्ष्मजीवों के लिए आवश्यक कार्बन-नाइट्रोजन अनुपात भी भिन्न होता है।

इसलिए, सूक्ष्मजीवों की खेती के लिए उपयोग किए जाने वाले ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट में, कार्बन-से-नाइट्रोजन अनुपात को उचित सीमा के भीतर रखा जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि उनके विकास और चयापचय के लिए पर्याप्त पोषक तत्व हैं।

1.4 तापमान

एक बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली में, किण्वन आगे बढ़ने पर बड़ी मात्रा में चयापचय गर्मी उत्पन्न होगी। उच्च तापमान का माइक्रोबियल विकास और उत्पाद निर्माण पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है, और कम तापमान माइक्रोबियल विकास और जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए अनुकूल नहीं है।

विभिन्न किण्वन प्रणालियों की अलग-अलग ताप अपव्यय दक्षता के कारण, जो तापमान प्राप्त किया जा सकता है वह सूक्ष्मजीवों के बीच जटिल बातचीत और किण्वन प्रणाली के प्रकार और इसके संचालन के तरीके पर निर्भर करता है। इसलिए, सूक्ष्मजीवों पर किण्वन प्रणाली के तापमान के प्रभाव को कैसे नियंत्रित किया जाए और मैट्रिक्स बिस्तर में गर्मी उत्पादन और गर्मी अपव्यय की समस्या को कैसे हल किया जाए, बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली के उत्पादन प्रदर्शन को बेहतर बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

1.5 वेंटिलेशन

बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली में वातन एक बहुत ही महत्वपूर्ण पैरामीटर है, जो बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली में एरोबिक स्थितियों को बनाए रख सकता है, कार्बन डाइऑक्साइड को हटा सकता है 

सब्सट्रेट बेड, सब्सट्रेट बेड में तापमान को नियंत्रित करें और सब्सट्रेट बेड की नमी बनाए रखें।

हालाँकि, यदि असंतृप्त हवा को बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली में पेश किया जाता है, तो यह सब्सट्रेट बिस्तर के मजबूत वाष्पीकरण का कारण बनेगा, ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट के पानी के नुकसान को बढ़ाएगा, और सूक्ष्मजीवों के विकास और चयापचय को रोक देगा। इसलिए, वेंटिलेशन प्रक्रिया के दौरान इस समस्या पर बहुत ध्यान देना चाहिए।

1.6 माइक्रोबियल चयन

सूक्ष्मजीवों की पसंद बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणालियों के किण्वन प्रदर्शन पर सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है। ऐसा केवल इसलिए नहीं है क्योंकि सूक्ष्मजीव की पसंद किण्वन के अंतिम उत्पाद को निर्धारित करती है, बल्कि इसलिए भी कि किण्वन प्रदर्शन सूक्ष्मजीव की आकृति विज्ञान और विकास पैटर्न के साथ भिन्न होता है।

उदाहरण के लिए, कुछ फिलामेंटस कवक, जैसे कि राइजोपस ओरिजा, मोटी हाइपल परतें बना सकते हैं जो पर्यावरण और सब्सट्रेट के बीच ऑक्सीजन और गर्मी हस्तांतरण को कम करते हैं। परिणामस्वरूप, ऑक्सीजन की खपत और मैट्रिक्स में चयापचय गर्मी का संचय पर्यावरण को सूक्ष्मजीवों के विकास के लिए प्रतिकूल बना देता है, जिससे किण्वन के प्रदर्शन को नुकसान पहुंचता है।

इसलिए, इष्टतम माइक्रोबियल चयन ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट के प्रकार, विकास आवश्यकताओं और लक्ष्य अंतिम उत्पादों पर निर्भर करेगा।

1.7 नमी की मात्रा और जल गतिविधि

आमतौर पर सूक्ष्मजीवों की पानी की आवश्यकता को ठोस सब्सट्रेट की जल सामग्री के बजाय जल गतिविधि (एडब्ल्यू) के संदर्भ में परिभाषित किया जाना चाहिए। जल गतिविधि सीधे सूक्ष्मजीवों के प्रकार और संख्या को प्रभावित करती है जो ठोस-अवस्था किण्वन के दौरान बढ़ सकते हैं, जिससे माइक्रोबियल मेटाबोलाइट्स के अंतिम उत्पादन पर असर पड़ता है।

ठोस-अवस्था किण्वन प्रक्रिया में, विभिन्न सूक्ष्मजीवों को अलग-अलग जल गतिविधि मूल्यों की आवश्यकता होती है। यदि जल गतिविधि मूल्य कम है, तो सूक्ष्मजीवों की वृद्धि प्रभावित होगी और उपज कम हो जाएगी। इसके विपरीत, यदि यह बहुत अधिक है, तो इससे ठोस मैट्रिक्स कणों का एकत्रीकरण हो जाएगा, जिससे ऑक्सीजन का स्थानांतरण सीमित हो जाएगा और माइक्रोबियल मेटाबोलाइट्स के उत्पादन में कमी आ जाएगी। इसलिए, जल गतिविधि मान को उचित सीमा तक समायोजित करना बहुत महत्वपूर्ण है।

1.8 किण्वन प्रणाली का स्व-डिज़ाइन

संपूर्ण किण्वन प्रक्रिया के दौरान, ऑक्सीजन को छोड़कर, ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट में कुछ भी नहीं जोड़ा जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सूक्ष्मजीवों का विकास वातावरण एक आदर्श स्थिति में बना रहे।

यद्यपि ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट्स की संरचना और एकाग्रता आमतौर पर माइक्रोबियल चयापचय द्वारा बदल दी जाती है, ठोस-अवस्था किण्वन प्रणालियों में कुछ पैरामीटर, जैसे ऑक्सीजन और चयापचय गर्मी हस्तांतरण, को वातन, आंदोलन, नमी सामग्री, तापमान को नियंत्रित करके समायोजित करने की आवश्यकता होती है। प्रयुक्त सूक्ष्मजीव और पोषक तत्व। संपूर्ण किण्वन प्रक्रिया की सुचारू प्रगति सुनिश्चित करने के लिए ठोस-अवस्था किण्वन सब्सट्रेट के प्रकार का प्रबंधन किया जाता है।

इसलिए, प्रत्येक विशिष्ट किण्वन प्रक्रिया को बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली की प्रभावशीलता और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए एक विशिष्ट डिजाइन और उचित किण्वन मापदंडों की सेटिंग की आवश्यकता होती है।

2. बंद ठोस अवस्था किण्वन प्रणाली का इष्टतम विनियमन

इष्टतम प्रक्रिया पैरामीटर मान कोशिका वृद्धि और मेटाबोलाइट उत्पादन को अधिकतम कर सकते हैं। इसलिए, बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणालियों को अनुकूलित और विनियमित करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

2.1 पीआईडी (आनुपातिक-अभिन्न-व्युत्पन्न) नियंत्रण

   कई बड़े पैमाने पर बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणालियों में, सरगर्मी और संवहन शीतलन 50% से अधिक चयापचय गर्मी को नहीं हटा सकते हैं, और शेष 50% गर्मी को केवल अन्य तरीकों से हटाया जा सकता है। इसलिए, चयापचयी गर्मी को दूर करने के लिए बाष्पीकरणीय शीतलन सबसे प्रभावी तरीका है।

   जब बड़े पैमाने पर बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली का उपयोग किया जाता है

बाष्पीकरणीय शीतलन, प्रक्रिया की गतिशील प्रतिक्रिया और नियंत्रण विन्यास बहुत जटिल हो जाएगा। आम तौर पर, ऐसी प्रक्रिया को अकेले पीआईडी एल्गोरिदम द्वारा नियंत्रित नहीं किया जा सकता है, और इस प्रक्रिया को ऑपरेटिंग चर में परिवर्तनों का जवाब देने के लिए लंबे समय की आवश्यकता होती है, जो पीआईडी ट्यूनिंग में बड़ी कठिनाइयां लाती है।

   इसके अलावा, सिस्टम की गतिशील प्रतिक्रिया अरेखीय है, और किण्वन प्रणाली की प्रतिक्रिया पूरे किण्वन समय के दौरान सुसंगत नहीं होती है। इस स्थिति के कारण पीआईडी ट्यूनिंग पैरामीटर केवल कुछ समय के लिए लागू होंगे, इसलिए पीआईडी पैरामीटर सेटिंग्स को बार-बार बदलने की आवश्यकता होगी। इन जटिल परिस्थितियों में इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, मॉडल-आधारित नियंत्रण विधियाँ आवश्यक हैं।

2.2 गणितीय मॉडलिंग अनुकूलन

गणितीय मॉडलिंग जैविक प्रक्रियाओं को अनुकूलित करने के लिए एक आवश्यक उपकरण है, जो न केवल बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणालियों के डिजाइन और संचालन का मार्गदर्शन करता है, बल्कि यह अंतर्दृष्टि भी प्रदान करता है कि किण्वन प्रणालियों के भीतर विभिन्न घटनाएं समग्र प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए कैसे संयोजित होती हैं।

कुछ शोधकर्ताओं ने गणितीय मॉडल के माध्यम से ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली में ऑक्सीजन की खपत, गर्मी उत्पादन और कोशिका वृद्धि का अनुकरण किया है, जो ठोस-अवस्था किण्वन की प्रवासन प्रक्रिया को बेहतर ढंग से समझने में मदद करेगा, और इस प्रकार बंद ठोस के इष्टतम डिजाइन में योगदान देगा। राज्य किण्वन प्रणाली.

वर्तमान में, गणितीय मॉडल एक परिपक्व स्तर पर पहुंच गया है, और केवल डिजाइन प्रक्रिया और अनुकूलन संचालन में एक उपकरण के रूप में गणितीय मॉडल का उपयोग करके, ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली पूरी तरह से अपनी क्षमता का एहसास कर सकती है, जिससे ठोस के आर्थिक प्रदर्शन को अधिकतम किया जा सकता है। -राज्य किण्वन प्रक्रिया.

3 उपसंहार

आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी और निगरानी विधियों की निरंतर प्रगति के साथ, बंद ठोस-अवस्था किण्वन प्रणाली अधिक स्वचालित और बुद्धिमान हो जाएगी, निगरानी उपकरण और स्वचालित नियंत्रण प्रणाली को और अधिक अनुकूलित किया जाएगा, और किण्वन नियंत्रण अधिक सटीक हो जाएगा।