生化工艺第二版课件 教学课件 作者 盛成乐 主编 王世娟 主审第五章 发酵过程及控制.ppt

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1、第五章发酵过程及控制学习目标知识目标能陈述发酵过程的影响因素（温度、溶氧、pH等）；能陈述不同发酵方式的理论及异同及优劣；掌握发酵动力学的有关原理、发酵器的分类及发展趋势。能力目标能够找出发酵最适宜条件，并采取相应控制措施；能够进行发酵终点判断；能够进行发酵过程重要检测；2第一节发酵方式一、概述发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程。广义发酵：微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过特定的代谢转变成所需产物的过程。微生物培养：亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。两者在工艺过程上大体相同，主

2、要工艺过程为：斜面菌种培养～菌体或孢子悬浮液制备～种子扩大培养～发酵培养～发酵产物与发酵基质分离～提纯与精制～成品。3固态发酵固态发酵是将微生物接种到经过处理的固体发酵基质上，或将发酵原料及菌体吸附在疏松的固体支撑物上，通过微生物的代谢活动，使发酵原料转化成发酵产品。采用固态发酵工艺所需设备简单，不需要结构复杂的发酵堆；操作方法简单，能耗较低，不需要大量的通风和搅拌。但是固态发酵不宜采用自动化控制，劳动强度较大，生产率较低。液态发酵是将物料首先制备成液态，再将微生物接入进行发酵。液态发酵容易实现自动化生产，生产效率高。4深层培养深层培养可分为分批培养、补料-分批（流加

3、培养）培养、半连续培养（发酵液带放）、连续培养和灌注培养五种方式。以发酵方式可分为分批发酵、补料-分批发酵和连续发酵等。5二、分批发酵分批发酵：指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方式。分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静止期和死亡（衰亡）期6分批培养中的微生物的典型生长曲线7停滞期（Ⅰ）停滞期

4、（Ⅰ）：刚接种后的一段时间内，细胞不生长，细胞数目和菌量基本不变。长短主要取决于种子的活性、接种量和培养基的可利用性以及浓度。菌龄短的菌种停滞期也短，在对数生长期接种停滞期最短，种子老化会使停滞期延长。带培养液接种比种子经分离培养液后接种的延滞期要短，但带培养液的种子易老化，不易保藏。对于经分离后的浓缩种子，若在接种时添加适量的培养滤液，则可缩短延滞期。对有些微生物培养在接种时添加某种激活剂可大大缩短延滞期。8菌龄相同的菌种，则接种量越大，停滞期越短，而培养基的浓度对停滞期的长短影响不大。停滞期的长短，差别很大，短的几乎觉察不到，瞬间即可完成，而长的要在接种后2～3天

5、才开始生长。种子一般应采用对数生长期且达到一定浓度的培养物，该种子能耐受含高渗化合物和低CO2分压的培养基。工业生产中从发酵产率和发酵指数以及避免染菌考虑，希望尽量缩短适应期。9加速期（Ⅱ）加速期（Ⅱ）通常很短，大多数细胞在此期的比生长速率在短时间内从最小升到最大值。如这时菌已完全适应其环境，养分过量又无抑制剂便进入恒定的对数或指数生长期(Ⅲ)。10指数生长期(Ⅲ)lnXt＝1nXo＋µt式中X。——菌的初始浓度；Xt——经过培养时间t的菌体浓度。11减速期（Ⅳ）减速期（Ⅳ）：在指数生长期，随着细胞的大量繁殖，培养基中养分的迅速减少，有害代谢物的逐渐积累，细胞的比生长

6、速率逐渐下降，即进入减速期（Ⅳ）。减速期的长短取决于菌对限制性基质的亲和力（Ks值），亲和力高，即Ks值小，则减速期短。12静止期（V）静止期（V），因营养物质耗尽，有害物质大量积累，细胞的浓度达到最大值，不再增加。13死亡期（VI）在死亡期（VI），细胞开始死亡，活细胞的浓度不断下降，这时α＞μ，生长呈负增长。工业发酵一般不会等到菌体开始自溶时才结束培养。发酵周期的长短不仅取决于前面五期的长短还取决于菌的初始浓度X0。14重要的生长参数⑴得率系数Y在浓度较低的范围内，静止期的细胞浓度与初始基质浓度成正比，可用下式表示：X＝Y（So一St）式中so—初始基质浓度，g/

7、L;st—经培养时间t时基质浓度；Y—得率系数，g细胞/g基质当生长停止时，st等于零。方程可用于预测用多少初始基质便能得到相应的菌量。15比生长速率µ比生长速率µ用Monod方程可描述比生长速率和残留的限制性基质浓度之间的关系µ＝µmaxs／（Ks＋S）式中µ—比生长速率，h-1；µmax—最大比生长速率，h-1；S—基质浓度，g/L;Ks—基质利用常数，相当于µ＝µmax/2时的基质浓度，g/L，是菌对基质的亲和力的一种度量。16分批发酵的优缺点优点是：周期短，培养基一次灭菌，一次投料，容易实现无菌状态；操作简单，易于操作控制，产品质量稳定；培养