生物工艺原理第二版课件 教学课件 作者 贺小贤 主编 课件工艺原理第七章课件.ppt

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1、第七章生物工艺过程控制第一节发酵过程参数检测的研究概况微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的性能，而且要赋以合适的环境条件，才能使它的生产能力充分表达出来。为此，必须通过各种研究方法了解生产菌种对环境条件的要求，如培养基、温度、pH、溶氧等，并深入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的代谢变化规律，可以通过检测手段，给予有效的控制，使生产菌处于产物合成的优化环境中。由于发酵受许多因素的影响和工艺条件制约。因此，发酵过程中，为了能对生产过程进行必要的

2、控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量，参数如下：生物、化学参数参数名称测试方法意义、主要作用菌体浓度取样了解生长情况溶解氧浓度传感器反映氧供需情况排气氧浓度传感器了解耗氧情况摄氧率间接计算了解耗氧速率呼吸强度间接计算了解比耗氧速率溶解CO2浓度传感器CO2对发酵的影响排气CO2浓度红外吸收菌的呼吸情况产物浓度取样（传感器）产物合成情酸碱度(PH)传感器菌的代谢情况RNA、DNA取样了解生长情况ATP、ADP、AMP取样解菌能量代谢活力NADP在线荧光法菌的合成能力on-line有许多优点？发酵液中同时存在三相，即液、气、

3、固体不溶物或油由于发酵要求纯种培养培养基和有关设备需要高压灭菌因此传感器(biosensor)能耐蒸汽灭菌。如果是酶电极？仿生生物传感器—分子印迹技术？解决的办法：灭菌后，无菌手续插入罐内；罐外循环或连续少量排料，将传感器装在循环或排放管道中等。传感器要求：1、能经受高压蒸汽灭菌；2、传感器及其它仪表具有长期稳定性；3、最好能在过程中随时矫正；4、探头材料不易老化，使用寿命长；5、探头安装使用和维护方便；6、探头安装敏感部位不易堵塞，不被物料粘住；7、价格合理，便于推广应用。一、初级代谢的代谢变化：初级代谢是生命细胞在生命活动过程中所

4、进行的代谢活动，其产物为初级代谢产物。菌体的生长过程显示生长史的特征。但在发酵过程中，即使是同一种菌体，由于菌体的生理状态和培养条件的不同，各期的生长长短就有所不同。生产中要求在对数期接种原因就在此。初级代谢没有明显的产物形成期，产物随着菌体生长在不断的进行合成，有的与菌体的生长呈平行关系。如乳酸、醋酸，与Ｑp顶峰几乎在同一时期出现，而氨基酸、酶、核酸的发酵过程比前者复杂，它的与Ｑp的大小则随培养基成分、碳源、温度、菌株等不同而变化。二、次级代谢产物变化次级代谢产物包括大多数的抗生素、生物碱和微生物毒素等物质。发酵属于生长与产物非偶联

5、的类型，一般分为菌体生长、产物合成和菌体自溶３个阶段。菌体生长阶段：接种后，菌体开始生长，直达到菌体的临界浓度。同时，营养物质进行分解代谢，不断的消耗，浓度明显减少，溶氧浓度逐渐降低到一定的水平，其中某一参数可能成为菌体生长的限制因素，使菌体生长速度减慢，积累了相当量的某些代谢中间体，原有的酶活力下降，出现了与次级代谢有关的酶，其酶解除了控制等原因，导致菌体的生理状况发生改变，菌体就从生长阶段转入产物合成阶段。产物合成阶段：产物数量逐渐增多，直至达到高峰，生产速率也达到最大，直至产物合成能力衰减。此阶段，营养物质不断被消耗，产物不断被合成

6、。环境因素很重要，发酵条件应严格控制，方有利于产物合成。营养物质过多，菌体就进行生长繁殖，抑制产物合成，使产物量降低；如果过少，菌体就衰老，产物合成能力就下降，产量减少。菌体自溶阶段：菌体衰老，细胞开始自溶，氨氮含量增加，pＨ上升，产物合成能力衰退，生产速率下降，此时应必须结束发酵，否则，影响产品的提取。第二节温度对发酵的影响及控制一、影响；它会影响各种酶反应的速率；改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制；影响发酵液的理化性质，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。最适发酵温度是既适合菌体生长，又适合代谢产物的合成

7、的温度。它随着菌种、培养基成分、培养条件和菌体生长阶段不同而改变。理论上，整个发酵过程中不应只选一个培养温度，而应根据发酵不同阶段，选择不同的培养温度。在生长阶段，应选择最适生长温度，在产物分泌阶段，应选择最适生产温度。二、影响温度变化的因素生物热：生产菌在生长繁殖过程中产生的热叫生物热。营养基质被菌体分解产生大量的热能，部分用于合成高能化合物ATP，供给合成代谢所需要的能量，多余的热量则以热能的形式释放出来，形成生物热。搅拌热：搅拌器转动引起的液体之间和液体与设备之间的摩擦所产生的热能。Q搅拌P蒸发热：空气进入发酵罐与发酵液广泛接触后

8、，进行热交换，必然引起水分的蒸发，被空气和蒸发水分带走的热量。Q蒸发=G（I出-I进）辐射热：由于罐外壁和大气间的温度差异而使发酵液中的部分热能通过罐体向大气辐射的热量。Q发酵=Q生物+Q搅