发酵工艺过程控制.ppt

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1、第七章发酵工艺过程控制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；必须了解有关生产菌种对环境条件的要求，如培养基、培养温度、pH、氧的需求等，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；通过各种监测手段如取样测定随时间变化的菌体浓度，糖、氮消耗及产物，以及采用传感器测定发酵罐中的培养温度、pH、溶解氧等参数情况，并予以有效地控制，使生产菌种处于产物合成的优化环境中。第一节发酵过程中的代谢变化与控制参数一、发酵工艺过程控制的重要性从产物形成来说，

2、代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化（培养基和培养条件）和产物形成速率这三者之间的关系。二、发酵过程的代谢变化规律这里介绍分批发酵、补料分批发酵、半连续发酵及连续发酵四种类型的操作方式下的代谢特征。1、分批发酵指在一个封闭的培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。即一次性投料，一次性收获产品的发酵方式。延滞期指数期稳定期衰亡期时间（t）菌体浓度分批培养条件下的典型生长曲线在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系，将微生物产物形成动力学分为①生长关联型和②非生长关联型。A（葡萄糖异构酶）B（菌体浓度）B（菌体浓度）A（杀念珠菌素）生长关

3、联型非生长关联型产物的生成速率与菌体生长速率成正比。这种产物通常是微生物分解基质的直接产物，如酒精，但也有某些酶类，如脂肪酶和葡萄糖异构酶产物的生成速率与菌体生长速率成无关，而与菌体量的多少有关。对于生长关联型产品，可采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长期。对于非生长关联型产品，则宜缩短菌体的对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后，延长稳定期，从而提高产量。2、补料－分批发酵是指分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。与传统的分批发酵相比，优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点：①可以除去快速利用碳源的阻

4、遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；②克服养分的不足，避免发酵过早结束。３、半连续发酵是指在补料－分批发酵的基础上，间歇地放掉部分发酵液的培养方法。优点：①可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；②克服养分的不足，避免发酵过早结束；③缓解有害代谢产物的积累。４、连续发酵又称连续流动培养或开放型培养，即培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液的培养方法。在这样的环境中培养，所提供的基质对菌的生长就受到限制，培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态。与传统的分批发酵相比，连续培养有以下优点：①维持低

5、基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；②避免培养基积累有毒代谢物；③可以提高设备利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间；④便于自动控制。但连续培养也有缺点：长时间的连续培养难以保证纯种培养，并且菌种发生变异的可能性较大，故在工业规模上很少采用。生产上只有丙酮丁醇厌氧发酵、纸浆液生产饲料酵母、以及活性污泥处理各种废水等才使用连续培养工艺，此方法多数用于实验室以研究微生物的生理特性。三、发酵过程的主要控制参数pH值（酸碱度）温度（℃）溶解氧浓度基质含量空气流量压力搅拌转速搅拌功率粘度浊度料液流量产物浓度氧化

6、还原电位废气中的氧含量废气中的CO2含量菌丝形态菌体浓度第二节温度对发酵的影响及其控制一、温度对发酵的影响微生物发酵所用的菌体绝大多数是中温菌，如霉菌、放线菌和一般细菌。它们的最适生长温度一般在20～40℃。温度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。在发酵过程中，需要维持适当的温度，才能使菌体生长和代谢产物的合成顺利进行。二、影响发酵温度变化的因素产热因素：生物热（Q生物）、搅拌热（Q搅拌）散热因素：蒸发热（Q蒸发）、辐射热（Q辐射）、显热（Q显）发酵热（Q

7、发酵）是发酵温度变化的主要因素。Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射－Q显为了使发酵能在一定温度下进行，要设法进行控制。由于Q生物、Q蒸发和Q显，特别是Q生物在发酵过程中随时间变化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化，引起发酵温度发生波动。三、温度的控制最适温度的选择温度的控制在生长阶段，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。发酵温度可根据不同菌种、不同产品进行选择。工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因发酵中释放了大量的发酵热，需要冷却的情况较多。利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇行管中，通过

8、热交换来降温，保持恒温发酵。如果气温较