《发酵过程控制》PPT课件

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1、第八章发酵过程控制本章内容一、概述二、代谢调控在发酵过程控制中的应用1.初级代谢物的生产调节2.次级代谢物的生产调节三、温度对发酵的影响及其控制四、pH对发酵的影响及其控制五、溶解氧对发酵的影响及其控制六、CO2和呼吸商对发酵的影响及其控制七、基质浓度对发酵的影响及补料控制八、高密度发酵及过程控制九、泡沫对发酵的影响及其控制十、自动控制技术在发酵过程控制中的应用1.过程控制的重要性菌株特性(营养要求、生长速率、呼吸强度、产物合成速率)传递性能物理：n、T、Ws化学：pH、DO、浓度过程控制的意义：最佳工艺条件的优选（即最佳工艺参数的确定）以及在发酵过程中通过过程调节达到最适

2、水平的控制。决定发酵单位(水平)的因素外部环境因素工艺条件生物因素：设备性能：2.发酵过程控制的一般步骤确定能反映过程变化的各种理化参数及其检测方法研究这些参数的变化对发酵生产水平的影响及其机制，获取最适水平或最佳范围建立数学模型定量描述各参数之间随时间变化的关系通过计算机实施在线自动检测和控制，验证各种控制模型的可行性及其适用范围，实现发酵过程最优控制3.参数检测代谢参数按性质可分为三类：物理参数：温度、搅拌转速、罐压、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、产物浓度、核酸量等生物参数：菌丝形态、菌体浓度、菌体比生长

3、速率、呼吸强度、摄氧率、关键酶活力等3.参数检测参数按获取方式可分为两类：如T、pH、罐压、空气流量、搅拌转速、溶氧浓度等如摄氧率(γ)、呼吸强度(QO2)、比生长速率（μ)、体积溶氧系数(KLa)、呼吸商(RQ)等。直接参数：间接参数：将直接参数通过公式计算获得的参数，3.参数检测参数的测量形式离线测量：基质（糖、脂类、无机盐等）、前体和代谢产物（抗生素、酶、有机酸、氨基酸等）在线测量：如T、pH、DO、溶解CO2、尾气CO2、黏度、搅拌转速等优点：及时、省力，可从繁琐操作中解脱出来，便于计算机控制。困难：传感器要求较高。对传感器的要求能经受高压蒸汽灭菌；传感器及其二次仪

4、表具有长期稳定性；最好能在过程中随时校正，灵敏度好；探头材料不易老化，使用寿命长；安装使用和维修方便；解决探头敏感部位被物料（反应液）粘住、堵塞问题；价格合理，便于推广。3.参数检测3.参数检测参数检测方法温度测量感温元件：热电偶（温度信号→电信号）二次仪表：将热电偶输出的电信号转换成被测介质的温度参数检测方法搅拌转速和搅拌功率的测量搅拌转速：磁感应式，光感应式，测速电机；搅拌功率：功率表，测定力矩求功率法。3.参数检测3.参数检测参数检测方法空气流量测定体积流量型：会引起流体能量损失，受温度和压力变化的影响；①同心孔板压差式流量计；②转子流量计。质量流量型：根据流体固有性

5、质（质量、导电性、热传导性能）设计的流量计。参数检测方法罐压测量压力表压力传感器3.参数检测参数检测方法料液计量与液位控制压差法：H=（△P2/△P1）·△H直接重量测量法：直接称重体积计量法：计算进出料液流量计量法：计算流量和时间液位探针3.参数检测参数检测方法发酵液粘度测定毛细管粘度计回转式粘度计涡轮旋转粘度计3.参数检测参数检测方法pH测量复合pH电极pH测量仪器3.参数检测参数检测方法溶解氧的测量化学法极谱法复膜氧电极法3.参数检测复膜氧电极示意图（a）极谱型（b）原电池型参数检测方法溶解二氧化碳测量复膜式电极法渗透膜—碳酸氢钠法发酵尾气的在线分析CO2分析O2分析

6、3.参数检测参数检测方法细胞浓度的测量化学法：如DNA、RNA分析等物理法：如重量分析、分光光度分析、浊度分析等新技术：以电容法为测量原理的在线活细胞浓度测量传感器3.参数检测原位活细胞在线检测仪1.初级代谢物的生产调节初级代谢物：指一类低分子量的终点产物及这些终点产物的生物合成途径中的中间体。(1)避开固有的反馈调节(2)细胞通透性的变更反馈调节包括①反馈抑制：某一生物合成途径的最终代谢物抑制该途径的第一或第二个酶的活性。②反馈阻遏：抑制酶的形成，是由途径终点产物或其衍生物施行的。（1）避开固有的反馈调节黄色短杆菌赖氨酸生物合成调节机制1-天冬氨酸激酶；2-DDP合成酶；

7、3-高丝氨酸脱氢酶；4-琥珀酰高丝氨酸合成酶；5-苏氨酸脱氢酶（1）避开固有的反馈调节方法限制菌在胞内积累终点产物的能力以解除负反馈调节作用从遗传上改变酶的活性和酶的形成系统，筛选有抗反馈作用的基因突变型（对反馈作用不敏感）。具体应用积累中间产物积累终点产物耐反馈作用的突变株的筛选：抗结构类似物突变株抗结构类似物突变株的筛选机制末端产物类似物和末端产物结构类似，因而能够引起反馈作用，但是它们不能参与生物合成。在培养基中添加末端产物类似物后，未突变的细胞将由于代谢途径受阻而不能获得生物合成所需的该种末端产物，从而导致