发酵过程控制与优化

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1、发酵过程控制与优化第五章什么是发酵过程？发酵过程：是指由生长繁殖的细胞所引起的生物反应过程。它不仅包括了以往“发酵”的全部领域，而且还包括固定化细胞的反应过程、生物法废水处理过程和细菌采矿等过程。本章讲述的内容第一节发酵过程技术原理第二节发酵条件的影响及其控制第三节泡沫对发酵的影响及其控制第四节发酵终点的判断与自溶监测第五节发酵染菌的防治及其处理5.1发酵过程技术原理代谢变化:就是反映发酵过程中菌体的生长，发酵参数（培养基，培养条件等）和产物形成速率三者间的关系。目的：了解生产菌种在具有合适的培养基、pH、温度和通气搅拌等环境条件下对基质的利用、细胞的

2、生长以及产物合成的代谢变化，有利于人们对生产的控制。发酵过程按进行过程有三种方式：分批发酵(Batchfermentation)补料分批发酵(Fed-batchfermentation)连续发酵(Continuousfermentation)1.分批发酵的定义是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。一、分批发酵2.分批发酵的特点微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程。优点操作简

3、单；操作引起染菌的概率低。不会产生菌种老化和变异等问题。缺点非生产时间较长、设备利用率低。3.分批发酵的优缺点4.分批发酵的生长曲线单细胞微生物5.分批发酵的类型Piret'sfermentationclassification（按照产物生成与菌体生长是否同步）生长关联型(第一类型）生长无关联型（第二，三类型）二、补料分批发酵1.定义:补料分批发酵又称半连续发酵或流加分批发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。2.补料分批发酵的优缺点优点使发酵系统中维持很低的基质浓度；不会产生菌种老化和变异等问题。缺点存在一定的非生产时间；和

4、分批发酵比，中途要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险。3.补料分批发酵的类型补料方式连续流加不连续流加多周期流加补料成分单一组分流加多组分流加控制方式反馈控制无反馈控制三、连续发酵1.定义：培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。2.连续发酵的优缺点优点能维持低基质浓度；可以提高设备利用率和单位时间的产量；便于自动控制。缺点菌种发生变异的可能性较大；要求严格的无菌条件。3.连续发酵的类型恒化培

5、养：使培养基中限制性基质的浓度保持恒定。恒浊培养：使培养基中菌体的浓度保持恒定。4.连续发酵的代谢曲线从分批培养出发，无论在哪个时候开始加入新鲜培养基过渡到连续操作，达到一定的菌体浓度及限制基质浓度则培养系统一定能成为稳定状态。5.2发酵条件的影响及其控制发酵条件控制的目的：就是要为生产菌创造一个最适的环境，使我们所需要的代谢活动得以最充分的表达。一、温度对发酵的影响及控制1.影响发酵温度的因素产热因素：生物热，搅拌热。散热因素：蒸发热，辐射热。发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射生物热：生物热是生产菌在生长繁殖时

6、产生的大量热量。培养基中碳水化合物，脂肪，蛋白质等物质被分解为CO2,NH3时释放出的大量能量。用途：合成高能化合物，供微生物生命代谢活动热能散发影响生物热的因素：生物热随菌株，培养基，发酵时期的不同而不同。生物热的大小还与菌体的呼吸强度有对应关系。实验发现抗生素高产量批号的生物热高于低产量批号的生物热。说明抗生素合成时微生物的新陈代谢十分旺盛。1、抗生素相对活性为12、抗生素相对活性为0.5发酵过程中生物热的变化搅拌热：通风发酵都有大功率搅拌，搅拌的机械运动造成液体之间，液体与设备之间的摩擦而产生的热。蒸发热：通入发酵罐的空气，其温度和湿度随季节及控

7、制条件的不同而有所变化。空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换。同时必然会引起水分的蒸发；蒸发所需的热量即为蒸发热。辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐体向外辐射的热量。辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超过发酵热的5%。发酵热的测定（1）通过测定一定时间内冷却水的流量和冷却水进出口温度，由下式求得这段时间内的发酵热。（2）通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自控装置测得温度随时间上升的速率S，按下式可求得发酵热：影响各种酶的反应速率和蛋白质性质影响发酵液的物理性质影响生物合成的方向。例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低

8、于30℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强。当温度提高，合成四环素的比例也提高。在温度达35℃则