发酵工艺控制课件.ppt

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1、第七章发酵工艺控制发酵工艺控制的基础：了解产生菌生长、发育及代谢情况及动力学模拟了解生物、物理、化学和工程的环境条件对发酵过程的影响如何进行控制？测定各种参数依据参数变化，并通过动力学关系获得发酵过程的各项最佳参数一、发酵过程检测控制的主要的参数1、物理参数检测参数检测方法单位影响温度铂电阻热敏电阻℃μqPc*罐压(0.20.5×105Pa)隔膜传感器压敏电阻Pa保持正压，防止染菌O2及CO2的溶解度搅拌转数频率计数器r/minKla发酵液的均匀性搅拌功率(2-4KW/m3)功率计KwKla空气流量浮子流量计孔板差压计m3h-1vvmKla粘度旋转粘度计PasKla浊度浊度计%反

2、映单细胞的生长料液的流量蠕动泵荷重传感器量筒Lh-1S发酵过程检测控制的主要的参数2、化学参数检测参数检测方法单位影响及作用PH复合玻璃电极菌体和产物合成速度酶促反应的方向基质浓度产物浓度HPLC离子选择电极生物传感器取样gL-1μqP发酵周期的长短氧化还原电位氧化还原电位电极mV生长和生化活性溶氧浓度覆膜氧电极%qo2气相O2含量顺磁氧分析仪Pa反映OUR和Kla气相CO2含量红外气体分析仪%反映OUR和Kla发酵过程检测控制的主要的参数3、生物参数检测参数检测方法单位影响菌丝形态摄像显微镜取样镜检反映菌体发育阶段和正常与否菌体浓度取样：干重、浊度、活菌计数、离心沉降gL-1

3、影响菌体的生化反应KlaμqPqSqo2(OUR)CER(Co2释放速率)RQ(呼吸商:CER/OUR)YxsYpsKla等发酵过程检测控制的主要的参数4、间接状态参数二、控制方式一般检控系统包括3个部分。1．测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH计直接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信号。2．控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各种参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指令执行元件进行调整控制。3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭有关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达到预定位置。手动控制和自动控制发酵控制　FermentationControlSampl

4、eAnalysispHDOSugarAmmoniaPhosphateSulphateProductsPrecursorsContaminationPressureprobeLevelprobepHprobeTemp.probeDOprobeAntifoamAcid/BaseCoolingAir/agitationSugar/OilfeedPenicillinFermentationProfile变化曲线第一节温度的影响及控制一、温度对发酵的影响：影响各种酶促反应的速度酶活温度发酵温度升高，生长代谢加快，生产期提前。发酵温度太高，菌体容易衰老，发酵周期缩短。改变发酵液的物理性质：温度影

5、响基质和氧的吸收速度影响饱和溶氧浓度改变菌体代谢产物的合成方向例：温度小于30℃，合成金霉素的能力强温度等于35℃，只合成四环素二、影响发酵温度变化的因素：发酵热（KJ/m3h）发酵热=生物热+搅拌热-蒸发热-显热-辐射热生物热：产生菌在生长繁殖过程中，释放的大量热量。影响生物热的因素：与菌种遗传特性有关与菌龄有关：对数生长期生物热最大。与营养基质有关与产量有关搅拌热：由于搅拌器的转动引起液体的摩擦产生的热量。蒸发热：发酵液蒸发水分带走的热量。搅拌热=P3600/V显热：发酵排气散发带走的热量。辐射热：由于罐内外的温差，辐射带走的热量。三、最适发酵温度的选择选择既适合菌体生长又适合

6、代谢产物合成的温度可实行变温控制：在生长阶段选择适合菌体生长的温度，在产物合成阶段，选择适合代谢产物合成的温度。确定最适发酵温度还应参考其它发酵条件：在较差通气条件下，降低发酵温度对发酵有利培养基成分较易被利用或较稀薄时，降低发酵温度有利四、发酵温度的控制在发酵罐上安装夹套和蛇罐，通过循环冷却水控制。冷却介质：深井水或冷冻水控制方式：手动控制或自动控制温度计温度控制器调节阀第二节pH的影响及控制一、pH对发酵的影响：影响菌体生长代谢的酶活性影响代谢产物的合成方向影响菌体原生质膜电荷的改变，引起膜对离子的渗透作用，影响了营养物的吸收和代谢产物的分泌。pHGrowth2-3pHunits

7、pH的变化决定于所用的生产菌：培养基中营养物质的代谢引起pH的变化：培养基pH在发酵过程中能被菌体代谢所改变。若阴离子氮源被利用后产生NH3，则pH上升；有机酸的积累，使pH下降。一般来说，高碳源培养基倾向于向酸性pH转移，高氮源培养基倾向于向碱性pH转移，这都跟碳氮比直接有关。生理酸性物质和生理碱性物质的消耗二、影响发酵pH变化的因素：根据不同菌种的生理特性，确定不同的最适pH同一菌种根据不同阶段，生长期采用最适生长的pH，在产物采用最适产物合成的pH。