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1、第九章发酵工艺过程控制一、发酵过程的测量参数通常把决定发酵过程状态的各种参数或变量分为物理参数、化学参数或生物参数。①物理参数：参数名称单位测定方法意义及主要作用温度℃传感器维持生长、合成罐压pa压力表维持正压、增加溶氧空气流量m³/h传感器供氧、排出废气搅拌转速r/min传感器物料混合搅拌功率kw传感器反映搅拌情况粘度pa.s粘度反映菌体生长密度g/cm³传感器反映发酵液性质装量m³,L传感器反映发酵液数量浊度透光度%传感器反映菌体生长情况泡沫传感器反映发酵代谢情况传质系数1/h间接计算或在线检测反
2、映供氧情况加糖速度kg/h传感器反映好氧情况加消泡剂速率kg/h传感器反映泡沫情况加中间体或前体速率kg/h传感器反映前体和基质利用情况加其它基质速率kg/h传感器反映基质利用情况②化学参数：参数名称单位及测定方法意义及主要作用酸碱度pH传感器反映菌的代谢情况溶氧ppm传感器反映氧的供给和消耗情况排气氧浓度pa传感器了解好氧情况氧化还原电位mV传感器反映菌的代谢情况溶解CO2浓度%饱和度传感器了解CO2对发酵的影响排气CO2浓度%传感器了解菌的呼吸情况总糖、葡萄糖、蔗糖、淀粉kg/m³取样了解在发酵过
3、程中的变化前体或中间体浓度mg/ml取样产物合成情况氨基酸浓度mg/ml取样了解氨基酸等含量变化情况矿物盐浓度mol,%取样了解这些离子含量对发酵的影响③生物参数：参数名称单位及测定方法意义及主要作用菌体浓度g(DCW)/L取样了解生长情况菌体中RNA,DNA含量mg(DCW)/g取样了解生长情况菌体中ATP,ADP,AMP量mg(DCW)/g取样了解菌的能量代谢情况菌体中NADH量mg(DCW)/g在线荧光法了解菌的合成能力菌体中蛋白质量mg(DCW)/g取样了解生长和产物情况效价或产物浓度g/mL
4、取样（传感器）产物合成情况细胞形态取样，离线了解生长情况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二、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℃。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。温度会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的
5、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(对氧的溶解)，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。四环素发酵中,<30℃,产生金霉素金色链霉菌>35℃,只产生四环素温度升高，气体在溶液中的溶解度减小，氧传递速率改变，影响基质的分解速率.温度升高,生长快,反应速度快,酶失活快,菌体衰老快,发酵提前结束.（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）发酵热（Q发酵）是发酵温度变化的主要因素,即发酵过程中释放出来的净热量,
6、以J/(m3•h)为单位。Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射为了使发酵能在一定温度下进行，要设法进行控制。由于Q生物和Q蒸发，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。生物热----微生物在生长繁殖过程中,本身产生的大量热.培养基成分越丰富,营养被利用的速度越快.搅拌热-----机械搅拌(增加溶解氧)的动能以摩擦放热的方式,使热量散发在发酵液中.蒸发热----通气时，进入发酵罐的空气与发酵液可以进行热交换，使温度下降.并且空气带走了一部分水蒸
7、气,这些水蒸气由发酵液中蒸发时，带走发酵液中的热量,也使温度下降。被排出的水蒸气和空气夹带着部分显热(Q显)散失到罐外的热量称为蒸发热.辐射热---因发酵罐温度与罐外温度不同，即存在着温差，发酵液中有部分热量通过罐壁向外辐射，这些热量称为辐射热.（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。例如:青霉素产生菌生长的最适温度为30℃,但产生青霉素的最适温度是20℃.看生长与生物合成哪一个是主要方面.工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不
8、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，通过热交换来降温，保持恒温发酵。如果气温较高（特别是我国南方的夏季气温），冷却水的温度又高，就可采用冷冻盐水进行循环式降温，以迅速降到最适温度。因此大工厂需要建立冷冻站，提高冷却能力，以保证在正常温度下进行发酵。三、pH值对发酵的影响及其控制（一）pH值对发酵的影响1、影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈
