发酵工艺过程控制ppt课件.ppt

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1、发酵工艺过程控制发酵过程控制是发酵的重要部分控制难点：过程的不确定性和参数的非线性。同样的菌种，同样的培养基在不同工厂，不同批次会得到不同的结果，可见发酵过程的影响因素是复杂的，比如设备的差别、水的差别、培养基灭菌的差别，菌种保藏时间的长短，发酵过程的细微差别都会引起微生物代谢的不同。了解和掌握分析发酵过程的一般方法对于控制代谢是十分必要的第一节发酵的操作方式分批培养补料分批培养（半连续培养）连续培养一、分批培养（batchcultureorfermentation）1.概念：培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出，除了空气的通入和排气。整个过程中菌的浓

2、度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。分批培养中微生物的生长迟滞期对数生长期稳定期死亡期在迟滞期，菌体没有分裂只有生长，因为当菌种接种入一个新的环境，细胞内的核酸、酶等稀释，这时细胞不能分裂。当细胞内的与细胞分裂相关的物质浓度达到一定程度，细胞开始分裂，这时细胞生长很快，比生长速率几近常数。这个时期称为对数生长期。随着细胞生长，培养液中的营养物减少，废物积累，导致细胞生长速率下降，进入减速期和稳定期。最后当细胞死亡速率大于生成速率，进入死亡期。对于初级代谢产物，在对数生长期初期就开始合成并积累，而次

3、级代谢产物则在对数生长期后期和稳定期大量合成。初级代谢与初级代谢产物？次级代谢与次级代谢产物？2.特点：(1)整个培养系统与外界没有其它物质交换（O2、CO2、消泡剂、酸碱除外）(2)整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度不断变化，是一种非稳态的培养方法。3.分批培养的优缺点优点:操作简单，周期短，染菌机会少，生产过程和产品质量容易掌握。缺点:产率低。二、连续培养（continuousculture）1.概念：微生物培养到对数生长期时，在发酵罐中不断添加新鲜的培养基，同时不断放出代谢物，使微生物细胞在近似恒定状态下生长的培养方式。2.特点：菌的浓度，产

4、物浓度，限制性基质浓度均处于恒定状态。3.连续培养的优缺点优点:控制稀释速率可以使发酵过程最优化。发酵周期长，产量高。缺点:长期连续培养会引起菌种退化，降低产量。染菌机会增加。应用：废水处理、葡萄糖酸发酵、酒精发酵等工业中。三、补料分批培养（fed-batchculture）介于分批培养和连续培养之间的操作方法。1.概念：根据菌体生长和初始培养基的特点，在分批培养的某些阶段适当补加培养基，使菌体或其代谢产物的生产时间延长。2.补料分批培养的优缺点优点：与分批培养相比(1)解除底物抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。(2)延长次级代谢产物的生产时间。与连续培养相比(1

5、)降低了染菌，避免了遗传不稳定性。(2)最终产物浓度较高，有利于产物的分离。(3)使用范围广。缺点：(1)由于没有物料取出，产物的积累最终导致比生产速率的下降。(2)由于物料的加入增加了染菌机会。应用：面包酵母、氨基酸、抗生素等工业。3.几个实例：产物补料物酵母菌麦芽汁、氮、磷、镁谷氨酸氨水或尿素柠檬酸铵盐、糖苹果酸葡萄糖淀粉酶淀粉青霉素葡萄糖、氨水、苯乙酸第二节温度变化及其控制一、温度对生长的影响根据微生物对温度的要求大致可分为四类：嗜冷菌适应于0～26℃生长，嗜温菌适应于15～43℃生长，嗜热菌适应于37～65℃生长，嗜高温菌适应于65℃以上生长。温度对

6、发酵的影响主要表现：1.影响反应速率（菌体生长）2.影响发酵方向（产物合成）3.对发酵液理化性质的影响另外，还影响发酵液的粘度、溶氧和传递速率。温度对产物合成的影响主要表现在以下方面：各种微生物的合成有一定的最适温度，在最适温度范围内，温度升高，产物合成速度增加。温度能改变菌体代谢产物的合成方向。如，谷氨酸发酵中，扩展短杆菌在30℃培养后，在37℃发酵，如果其他条件不予改变，就积累过量的乳酸，这是由于温度提高，糖的酵解速度加快，而引起乳酸的积累。二、微生物与温度相关性的原理1、微生物对温度的要求不同，与它们的膜结构物理化学性质有密切关系根据细胞膜的液体镶嵌模

7、型，细胞在正常生理条件下，膜中的脂质成分应保持液晶状态，只有当细胞膜处于液晶状态，才能维持细胞的正常生理功能，使细胞处于最佳生长状态。微生物的生长温度与细胞膜的液晶温度范围相一致。什么是液晶状态？液晶状态是指某些有机物在发生固相到液相转变时的过渡状态称为液晶态。由固态转变为液晶态的温度称为熔点，以T1表示；由液晶态转变为液态的温度称为清亮点，以T2表示。T1与T2之间的温度称为液晶温度范围。那么为什么不同微生物对温度的要求不同呢？根据细胞膜脂质成分分析表明，不同最适温度生长的微生物，其膜内磷脂组成有很大区别。嗜热菌只含饱和脂肪酸，而嗜冷菌含有较高的不饱和脂肪

8、酸。2、蛋白质结构通过对嗜冷酶的蛋白质模型和x一射线