《发酵过程控制》PPT课件(I)

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1、第6章发酵过程控制我们必须通过各种研究方法了解有关生产菌种对环境条件的要求，如培养基、培养温度、pH、氧的需求等，并深入地了解生产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢途径，为设计合理的生产工艺提供理论基础。同时，为了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，可以通过各种监测手段如取样测定随时间变化的菌体浓度，糖、氮消耗及产物浓度，以及采用传感器测定发酵罐中的培养温度pH、溶解氧等参数的情况，并予以有效地控制，使生产菌种处于产物合成的优化环境之中。6.1概述6.1.1发酵过程的参数检测发酵过程的中间分析是生产控制的眼睛，它显示了发酵过程中微生物的主要代

2、谢变化。因为微生物个体极微小，肉眼无法看见，要了解它的代谢状况，只能从分析一些参数来判断。这些代谢参数又称为状态参数，因为它们反映发酵过程中菌的生理代谢状况，如pH，溶氧，尾气氧，尾气二氧化碳，粘度，菌浓度等1、代谢参数按性质分可分三类：①物理参数：如温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等②化学参数：如基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、溶解氧、产物浓度、核酸量等③生物参数：如菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等2、从检测手段分可分为：直接参数、间接参数①直接参数：通过仪器或其它分析手段可以

3、测得的参数，如温度、pH、残糖等②间接参数：将直接参数经过计算得到的参数，如摄氧率、KLa等3、直接参数又可分为:在线检测参数、离线检测参数①在线检测参数：指不经取样直接从发酵罐上安装的仪表上得到的参数，如温度、pH、搅拌转速；②离线检测参数：指取出样后测定得到的参数，如残糖、残氮、菌体浓度。■参数在线测定的优点及问题优点：主要是及时、省力，且可从繁琐操作中解脱出来，便于用计算机控制。问题：发酵液的性质复杂。一般培养液中同时存在三相，即液、气、固体不溶物或油；发酵要求纯种培养，培养基和有关设备需用高压蒸汽灭菌。因而要求使用的传感器能耐蒸汽灭菌，这给各种传

4、感器的制造带来很大的困难。物理参数化学参数生物参数一、发酵过程主要分析的参数1、物理参数（1）温度指发酵整个过程或不同阶段所维持的温度。温度的高低与下列参数有密切关系发酵中的酶反应速度菌体生长速度，产物合成速度氧在培养液中的溶解度，传递速度（2）罐压指发酵罐维持的压力。罐内维持正压，可防止外界空气中杂菌的侵入，保证纯种培养。罐压的高低与氧，CO2在培养液中的溶解度有关，间接影响菌体代谢。罐压一般维持在0.02~0.05MPa。（3）搅拌转速是指搅拌器在发酵罐中转动速度。搅拌转速大小与发酵液的均匀性和氧在发酵液中的传递速率有关。发酵罐的容积(L)搅拌转速范

5、围(r/min)3200~200010200~120030150~100050100~80020050~40050050~3001000025~2005000025~160（4）搅拌功率指搅拌器搅拌时所消耗的功率，常指每立方米发酵液所消耗的功率（kW/m3）。它的大小与溶氧传递系数KLa有关。（5）空气流量指单位时间内单位体积发酵液通入空气的体积。它的大小与氧的传递和其它控制参数有关。一般控制在0.1~1.0vvm之间（6）黏度粘度大小可作为细胞生长或细胞形态的标志之一。在发酵过程中通常用表观粘度表示。粘度的大小可改变氧传递的阻力。粘度的大小可表示相对菌

6、体浓度。（7）排气氧、排气CO2排气氧的浓度表征了进气的氧被微生物利用以后还剩余的氧。排气CO2反映了微生物代谢的情况，因为微生物摄入的氧并不是全部变成CO2的，有的进入代谢中间物分子，进入细胞或产物，因此消耗的氧并不等于排出的CO2；此外，含氧的有机物降解后会产生CO2，使排气CO2大于消耗的氧。2、化学参数（1）pH发酵过程中各种产酸、产碱生化反应的综合结果，与菌体生长和产物合成有重要的关系。pH的高低与菌体生长和产物合成有着重要的关系。（2）基质浓度指发酵液中糖、氮、磷与重要营养物质的浓度。基质浓度的变化对产生菌的生长和产物的合成有重要影响，也是提

7、高代谢产物产量的重要控制手段。①糖含量微生物生长和产物合成与糖代谢有密切关系。糖的消耗反映产生菌的生长繁殖情况、产物合成的活力。菌体生长旺盛糖耗一定快，残糖也就降低得快。通过糖含量的测定，可以控制菌体生长速率，可通过补糖来调节pH，促进产物合成。糖含量测定包括总糖和还原糖。总糖：指发酵液中残留的各种糖的总量。如发酵中的淀粉、饴糖、单糖等各种糖。还原糖：指含有自由醛基的单糖，通常指的是葡萄糖。②氨基氮和氨氮氨基氮指有机氮中的氮（NH2-N），如氨基酸中的氮，黄豆饼粉、花生饼粉中都有有机氮。氨氮指无机氨中的氮（NH3-N）。氮利用快慢可分析出菌体生长情况、含

8、氮产物合成情况。但是氮源太多会促使菌体大量生长。有些产物合成受到过量铵离子的抑制