发酵过程参数检测与控制ppt课件.ppt

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1、第七章发酵过程参数检测与控制菌体培养基通气、搅拌无菌状态培养条件等发酵控制发酵液取样测定各种参数分析判断调节指令执行机构控制发酵过程测定发酵过程中参数，以便对此过程进行有效的控制。检测的目的：①了解过程变量的变化是否与预期的目标值相符；②决定种子罐移种和发酵罐放罐的时间；③对不可测变量进行间接估计；④对过程变量按给定值进行手动控制或自动控制；⑤通过过程模型实施计算机控制；⑥收集认识和发展过程(包括建立数学模型)所必需的数据。第一节发酵过程参数检测概述代谢参数按性质分可分三类：物理参数：化学参数：生

2、物参数：一、发酵过程的主要控制参数从检测手段分可分为：直接参数、间接参数直接参数：通过仪器或其它分析手段可以测得的参数，如温度、pH、残糖等间接参数：将直接参数经过计算得到的参数，如摄氧率、KLa等直接参数又可分为在线检测参数和离线检测参数在线检测参数指不经取样直接从发酵罐上安装的仪表上得到的参数，如温度、pH、搅拌转速；离线检测参数指取出样后测定得到的参数，如残糖、NH2-N、菌体浓度。温度(℃)（温度计或温度传感器）压力(Pa)：罐压一般0.2×l05～0.5×l05Pa作用：（1）防止杂菌（

3、2）提高饱和溶氧浓度表示单位：Kg/cm2或MPa(1MPa=106Pa=9.868atm)搅拌转速(r／min)10L：200－1200r/min10000L：25－200r／min搅拌功率：常指每立方米发酵液所消耗的功率(kW／m3)一般2－4KW／m3空气流量：一般控制在0.5—1.0V／(V·min)绝对流量(L/min或m3/h)和相对流量（每分钟单位体积发酵液进入空气的量）粘度(Pa·s)：表观粘度浊度(％)：单细胞微生物料液流量(L／min)（一）物理参数（二）化学参数1、pH(酸碱

4、度)（取样或在线）2、基质浓度(mg或％)：（1）糖的浓度：总糖和还原糖（斐林试剂法）（2）氮的测定：凯氏定氮或甲醛法（3）磷酸盐的测定3、溶解氧浓度(ppm或饱和度，％)测定相对溶氧浓度，以未加菌种的培养基中溶氧浓度(100％)和以饱和Na2SO3的培养基中的溶氧浓度(0％)为基准。4、产物的浓度(mg(u)／m1)（1）效价单位：发酵液中含有抗生素的效价单位数/ml（U／ml）U：在50ml肉汤培养基中能抑制标准金黄色葡萄球菌的青霉素最小剂量为一个青霉素单位。1mg青霉素钠盐（纯品）＝1667

5、单位链霉素单位：在50ml肉汤培养基中能抑制大肠杆菌生长的最小链霉素剂量为一个单位。1mg链霉素碱（纯）＝1000U（2）重量单位：产物重量／ml发酵液链霉素1mg=1U5、废气中的氧浓度(Pa)6、废气中的CO2浓度(％)7、DNA含量8、关键酶青霉素发酵：酰基转移酶链霉素发酵：转脒基酶红霉素发酵:丙酸酯酶（三）生物参数1、菌丝形态：以产黄青霉为例（1）分生孢子发芽－芽管（2）菌丝繁殖成分枝状，染色深，末期出现脂肪小颗粒（3）菌丝呈网状，粗壮，染色深，出现较多脂肪小颗粒，无空泡（4）菌丝变细，染

6、色变浅，出现中小空泡（5）出现中大型空泡，脂肪颗粒消失（6）菌体断裂，模糊，染色变浅2、菌体浓度（1）菌体干重（2）菌体湿重（3）菌体湿体积二、发酵过程参数检测的特点发酵过程参数检测的难点：耐热、经受高温灭菌；菌体等固形物干扰；气泡干扰；密封及死角；化学成分的信号转换，等、第二节发酵检测系统的基本组成测定元件(传感器)变送器与过程接口监控计算机执行机构和转换器一、测定元件(传感器)发酵传感器传感器（发酵罐）标准电信号仪表显示或传送给计算机离线传感器在线传感器原位传感器气体流量热质量流量计气体带

7、走热与流量成正比变量测量方法测量原理温度铂电阻电阻随温度变化热敏电阻电阻随温度变化压力隔膜直接感受压敏电阻电阻随压力变化体积压差传感器静压差与液深度正比荷重传感器传感器电阻正比于荷重细胞形态射像显微镜显微射像技术基质和代谢物HPLC对各成分分析生物量浊度法入射光细胞散射荧光法细胞NADH被紫外激发粘度旋转黏度仪剪应力/剪速气相成分质普离子化后气相CO2CO2红外分析仪CO2吸收红外光气相氧顺磁氧分析仪磁场强度变化溶CO2CO2探头通过扩散引起电解液pH变化溶氧复膜氧探头氧在电极转移产生电流pH玻璃

8、电极电极对氢离子特异反应搅拌转速频率计数器光反射计数转速表感应电流与转速正比液体流量蠕动泵转速与流量正比泡沫电导或电容探头与液面及电磁阀成回路对传感器的要求(1)可靠性：物理强度、故障的频率及方式(2)准确性：误差(3)精确度：重复率(4)响应时间：(5)分辨能力：(6)灵敏度(7)测量范围(8)特异性(9)可维修性(10)发酵过程对传感器的特殊要求二、变送器与过程接口三、控制部分（监控计算机）（一）开关(on-off)控制2.PID控制当控制负荷不稳定时，可采用比例(P)、积分(