《微生物发酵技术》PPT课件

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1、项目2微生物发酵技术任务4：发酵过程控制技术教学安排：1.员工培训由老师讲解发酵过程的理论基础。分配实操任务：发酵过程控制。2.学生模拟组建运营一个发酵车间，撰写计划书(在理论教学期间完成)。市场部：当前发酵过程控制的技术进展。技术部：确定pH、温度、溶O2、补料等关键参数的控制方法，撰写操作规程。品控部：制定发酵过程控制的方案。总经理：协调监督各部工作，最后拿出完整的计划书。3.计划书实施。计划书要先经过老师的审核，然后实施。实施过程中考核操作技能。实施后及时进行实训报告的撰写也总结。第一节微生物发酵类型一分批发酵、补料分批发酵与连续发酵二需氧发酵与厌氧发酵三生长偶联型、部分生长偶联型和非生

2、长偶联型第二节发酵过程工艺参数控制一物理参数1温度2压力：内部压力高于外部压力。3搅拌转速：转/分钟4搅拌功率：每立方米发酵液所消耗的功率，kw/m35空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积，V/V.min6粘度：反映氧传递阻力和菌体浓度。二化学参数1pH2基质浓度：糖、氮、磷等。3溶解氧浓度4氧化还原电位5产物浓度6废气中氧的含量7废气中CO2的含量。三生物参数1菌体浓度2菌丝形态第三节发酵过程中的代谢变化一初级代谢产物发酵的代谢变化1菌体浓度的变化延迟期、对数生长期、静止期和死亡期。延迟期的长短与培养条件和菌种生理状态有关。在未达死亡期之前放罐。2营养基质浓度的变化随发酵时间的延

3、长不断降低，用于菌体的生长和产物的形成。溶氧的变化规律(后面讲)。3产物浓度的变化(1)与菌体浓度平行；(2)与培养条件有关。二次级代谢产物发酵的代谢变化次级代谢发酵的菌体生长(生长期)和产物合成期(生产期)是分开的。发酵过程可分为：菌体生长、产物合成、菌体自溶三个阶段。1菌体生长阶段(1)营养成分的变化碳源、氮源和磷酸盐等营养物质不断被消耗，浓度明显减少，而新菌体不断合成，菌浓明显增加。(2)摄氧率的变化随菌浓增加，摄氧率不断增加，溶氧浓度下降，菌浓至临界，溶氧至最低。(3)pH先下降后下升：利用葡萄糖产生酸，而后再被利用。先上升后下降：利用氨基酸的碳骨架，剩下氨，而后氨又被利用。限制性因素

4、的出现，使菌体由生长向生产转化。2产物合成阶段产物产量不断增多，起至达到最大值，生产速率也达最大，直至产物合成能力衰退。该阶段要严格控制发酵条件，对产物的合成最为关键。例如营养浓度。3菌体自溶阶段菌体衰老、开始自溶，氨氮含量升高，pH上升，产物合成能力衰退，生产速率下降。此时结束发酵。第四节菌体浓度影响及其控制菌体浓度：单位体积培养液中菌体的含量。一影响菌体生长的因素1比生长速率：越大，菌体生长越快；决定于细胞的复杂性(越复杂越慢)；2营养物质和环境条件：营养物质浓度在一定限度内，浓度与菌体生长成正比。其它环境条件越适合，生长越快。二菌浓对初级代谢和次级代谢的影响产物的产率：Rp=Qp·X其中

5、：Qp为比生产速率；X为菌体浓度。X太大的负面影响：1营养物质消耗太快；2生产毒素；3溶氧供应不上。发酵过程中菌浓度的控制通过调节生长速率实现，而这又要通过调节培养基的营养基质浓度。第五节营养基质影响及其控制一碳源的影响及其控制1碳源的种类影响代谢情况迅速利用的碳源：迅速参与代谢，合成菌体和产生能量，并产生分解产物，因此有利于菌体生长，但对产物(特别是次级代谢)有抑制作用(例如葡萄糖)。缓慢利用的碳源：可被菌体缓慢利用，有利于延长代谢产物的合成(例如乳糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、饴糖等)。机理解释：乳糖的利用速度刚好符合青霉素的合成速度。控制方法：流加葡萄糖或采用混合碳源。2碳源浓度的影响浓度合适

6、。控制方法：中间补料。二氮源的影响和控制1氮源浓度的影响以谷氨酸发酵为例：NH4+太高：合成谷氨酰氨；NH4+不足：积累-酮戊二酸。2氮源的种类的影响速效氮源：氨基态氮和玉米浆，促进菌体生长，但对部分产物，特别是次级产物合成有抑制作用。缓慢氮源：延长产物合成期。发酵培养基一般采用速效与缓慢氮源的混合物，且中间还要补充。(1)补加有机氮源(2)补加无机氮源(补氮和调pH双重功效)。三磷酸盐的影响和控制适合微生物生长的磷盐浓度偏高；适合微生物药物合成的磷盐浓度偏低。发酵过程一般采用亚适量。第六节温度的影响及其控制一温度对发酵的影响1影响各种酶反应的速率和蛋白质的性质；菌体生长所需温度与产物合成温度

7、不一致(如青霉素)；温度不同还可能影响产物合成的方向(如金霉素和四环素)。2影响发酵液的物理性质。(粘度、氧和基质的溶解与传递、分解和吸收)二影响发酵温度变化的因素产热的因素：1生物热(Q生物)与培养基成分和培养阶段有关。2搅拌热(Q搅拌)散热的因素：1蒸发热(Q蒸发)2辐射热(Q辐射)三温度的控制1最适温度的选择2温度的控制第七节pH的影响及其控制一pH对发酵的影响1影响微生物的生长及产物的合成