发酵过程控制.ppt

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1、第五章发酵过程控制10016时间典型的细菌生长曲线abcda适应期（迟滞期）b对数生长期期c稳定期(平稳期）d死亡期（衰老期）ab菌体生长阶段c产物合成阶段d菌体自溶阶段第一节、发酵过程的主要控制参数（一）物理参数1．温度（℃）发酵整个过程或不同阶段中所维持的温度。影响酶反应速率、氧在培养液中的溶解度与传递速率、菌体生长速率和产物合成速率2．压力（Pa）发酵过程中发酵罐维持的压力,罐内维持正压可以防止外界空气中的杂菌侵入，保证纯种的培养,间接影响菌体代谢。一般维持在0.2×105~0.5×105Pa。3．搅拌转速（r／min）搅拌转速是指搅拌器在发酵过程中的转动速度，通常以每1m

2、in的转数来表示。它的大小与氧在发酵液中的传递速率与发酵液的均匀性有关。4．搅拌功率（kw）指搅拌器搅拌时所消耗的功率，常指每1m3发酵液所消耗的功率（kw／m3）。它的大小与氧容量传递系数有关。5．空气流量［V／（V·min），简称VVM］每1min内每单性体积发酵液通入空气的体积，也是需氧发酵的控制参数。与氧的传递和其他控制参数有关。一般控制在0.5～1.0V／（V·min）范围内。6．粘度（Pa·s）粘度大小可以作为细胞生长或细胞形态的一项标志，也能反映发酵罐中菌丝分裂过程的情况。通常用表观粘度表示之：它的大小可改变氧传递的阻力。7．浊度（％）浊度是能及时反映单细胞生长状况

3、的参数，对某些产品的生产是极其重要的参数。一般采用分光光度计的波长420～660nm测量。浊度对氨基酸、核苷酸等产品的生产是极其重要的。8.料液流量（L／min）这是控制流体进料的参数。（二）化学参数1．pH（酸碱度）发酵液的pH是发酵过程中各种产酸和产碱的生化反应的综合结果。它是发酵工艺控制的重要参数之一。它的高低与菌体生长和产物合成有着重要的关系。2．基质浓度（g或mg％）是指发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的浓度。它们的变化对产生菌的生长和产物的合成有着重要的影响，也是提高代谢产物产量的重要控制手段。在发酵过程中，必须定时测定糖（还原糖和总糖）、氮（氨基氮或氨氮）等基质的浓

4、度。3．溶解氧浓度［10-6（ppm）或饱和度（％）］溶解氧是需氧菌发酵的必备条件。利用溶氧浓度的变化，可了解产生菌对氧利用的规律，反映发酵的异常情况，也可作为发醉中间控制的参数及设备供氧能力的指标。溶氧浓度一般用绝对含量（10-6）来表示、有时也用在相同条件下，氧在培养液中饱和浓度表示。4．产物的浓度[μg（u）／ml]这是发酵产物产量高低或合成代谢正常与否的重要参数，也是决定发酵周期长短的根据。5．废气中的氧含量（％）废气中的氧含量与产生菌的摄氧率和供氧系数有关。从废气中的O2的含量可以算出产生菌的摄氧率和发酵罐的供氧能力。6．废气中的CO2浓度（％）废气中的CO2就是产生菌

5、呼吸放出的CO2。测定它可以算出产生菌的呼吸熵，从而了解产生菌的呼吸代谢规律。７.氧化还原电位（mV)也是影响微生物生长及其生化活性的因素之一。对微生物，培养基最适宜和所允许的最大电位值，应与微生物本身的种类和生理状态有关。其他化学参数：DNA、RNA、生物合成的酶等。（三）生物参数1．菌丝形态丝状菌发酵过程中菌丝形态的改变是生化代谢变化的反映。一般都以菌丝形态作为衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵过程的代谢变化和决定发酵周期的依据之一。2．菌体浓度菌体浓度简称菌浓，是控制微生物发酵的重要参数之一。大小和变化速度对菌体的生化反应都有影响在生产上，常常根据菌体浓度来决定适合的补料

6、量和供氧量，以保证生产达到顶期的水平。（发酵液的菌体量和单位时间的菌浓、溶氧浓度、糖浓度、氮浓度和产物浓度等的变化值）计算（菌体的比生长速率、氧比消耗速率、糖比消耗速率、氮比消耗速率和产物比生产速率）（控制产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺条件）研究发酵动力学（三）发酵参数在发酵过程控制中的作用由此可见，取得发酵过程中正确可靠的各种数据是研究动力学的前提。遗憾的是现有的能直接从发酵罐中测量的参数不多，还难于做到把许多有用的参数就地通过传感方式变成各种输出信号。目前较常测定的参数有温度、罐压、空气流量、搅拌转速、pH、溶氧、效价、糖含量、前体(如苯乙酸)浓度、菌体浓度(干重、离心压缩

7、细胞体积%)等。不常测定的参数有氧化还原电位、粘度、排气中的O2和CO2含量等。发酵过程各参数概况参数名称测试方法意义、主要作用温度传感器维持生长、合成罐压压力表维持正压、增加DO空气流量传感器供氧排泄废气提高KLα搅拌转速传感器物料混合、提高KLαpH酸度计反映pH、KLα第二节、发酵过程控制一、温度变化及控制1.温度对发酵的影响（1）影响各种酶反应的速率和蛋白质的性质。在一定范围内，随着温度的升高，酶反应速率也增加，但有一个最适温度，超过这个温度，酶的催化活力就下降。温度对菌