《发酵过程的控制》PPT课件

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1、第十章发酵过程的控制10.1发酵过程中的代谢变化参数10.2温度及其控制10.3pH的影响及其控制10.4发酵过程中的代谢与控制10.5泡沫的影响及其控制10.6发酵终点的判断及不正常发酵的处理10.7发酵工艺的研究种子扩大培养培养基配制空气除菌培养基灭菌发酵生产下游处理发酵设备发酵的一般流程第1节发酵过程中的代谢变化参数1、物理参数2、化学参数3、生物参数与代谢有关的参数：1.温度温度对发酵的影响：一、物理参数酶反应速率氧在培养液中的溶解度菌体生长抗生素合成2.压力发酵罐维持一定程度的正压的好处

2、：一、物理参数一是可以杜绝由于罐压为零时造成的染菌；二是增加氧在培养液中的溶解度，有利于菌的生长及合成抗生素。但罐压不宜过高，原因是二氧化碳在水中的溶解度比氧大30倍，罐压增大，二氧化碳的分压也增加。3.搅拌转速提高搅拌转速可以增加氧溶解速度。一、物理参数4.搅拌功率搅拌功率与供氧系数KLa有关。5.空气流量空气流量过小对发酵不利；过大，泡沫产生过多，培养液表观体积增大，装料体积减少，缩短空气在罐内的滞留时间，浪费无菌空气。6.溶解氧（DO）空气中的氧气只有溶于发酵液中才能被菌体利用；溶氧浓度的大

3、小与氧的传递速率及摄氧率有关。一、物理参数7.表观粘度与培养基的成分及菌体的浓度有关。1.基质浓度发酵过程中糖、氮、磷等营养物质的含量是反映产生菌代谢变化的重要参数。二、化学参数必须经常测定糖、氮等基质的浓度。2.pH发酵液的pH是发酵过程中各种生化反应的酸碱性的综合反映。二、化学参数酶的活性与基质的pH有关，不同的菌所含的酶类不同，其合适pH就不同。3.脱氧核糖核酸（DNA）DNA是细胞生长的基本物质。二、化学参数以DNA为参数可以清楚地区分发酵的各个阶段。1.菌丝形态菌丝形态的改变是代谢变化的

4、反映。三、生物参数以抗生素生产说明：以菌丝形态作为衡量种子质量、区分不同的发酵阶段、控制发酵过程的代谢变化及决定发酵周期的依据之一。2.菌体干重（或菌体浓度）生物量三、生物参数与补料、供氧工艺、抗生素产量等都有关系。3.菌体比生长速率每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率，h-1。三、生物参数需将菌体比生长速率控制在一定范围内，以便使抗生素的生产速率维持在较高的水平。它是发酵动力学中的一个重要参数。4.氧比消耗速率又称呼吸强度（QO2）每小时单位质量的菌体所消耗的氧的数量。三、生物参

5、数5.糖比消耗速率每小时单位质量的菌体所消耗的糖量。三、生物参数6.氮比消耗速率每小时单位质量的菌体所消耗的氮的数量。第2节温度及其控制生产菌在最适温度范围以下培养时，生长代谢慢；反之则生长代谢加快。微生物生化反应与温度有着密切的关系。1、温度对发酵的影响对细胞生长的影响：温度升高，从酶反应动力学来看，生长代谢加快，但由于酶很容易热失活，所以高温时菌体易于衰老；对产物形成的影响：菌体生长速率、呼吸强度和代谢产物形成速率的最适温度往往是不同的；温度升高，一般产物生成提前；对生物合成的方向的影响：反馈

6、抑制随温度变化而改变；对发酵液物理性质及溶解氧的影响：影响氧的溶解和传递，影响一些基质的分解，间接影响生物合成。2、发酵热的产生（p207）发酵热：发酵过程释放出来的净热量。包括：生物热：微生物生长繁殖过程中的产热搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量显热：空气流动过程夹带着的热量Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q显-Q辐射3、发酵热的测定①通过冷却水进出口温度和流量测定：Q发酵=G·cw·(t1-t2)/VG—冷却水流量；Cw—水的比热；V

7、—发酵液体积。②通过发酵液温度随时间上升的速率测定：Q发酵=(M1c1+M2c2)·SM1、c1—发酵液质量、比热；M2、c2—发酵罐质量、比热；S—温度上升速率。发酵热在发酵过程中随时间变化。为使发酵在一定温度下进行，措施有：在罐夹层（即夹套）或盘管（即蛇管）内通入冷却水或冰盐水来调节；在发酵前期或种子罐是通热水保温。4、最适温度选择与发酵温度控制温度变化的一般规律与控制的一般原则接种后发酵温度有下降趋势，此时可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖；待发酵液温度开始上升后，应保持在菌体的

8、最适生长温度；到主发酵旺盛阶段，温度应控制在比最适生长温度低些，即代谢产物合成的最适温度；到发酵后期，温度下降，此时适当升温可提高产量。选择是相对的，要考虑培养基成分、浓度；溶氧（温升氧降）；生长阶段；培养条件等。4、最适温度选择与发酵温度控制—最适温度选择最适温度分最适生长温度和最适产物合成温度，两者往往不同，各阶段可用不同温度。如：青霉素分别为：30℃和24.7℃。青霉素发酵的温度控制0-5h：30°C6-35h：25°C36-85h：20°C86-125h：25°C05358