发酵工业与发酵工程_06发酵过程控制1-3节说课材料.ppt

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1、发酵工业与发酵工程_06发酵过程控制1-3节2.发酵过程控制的一般步骤研究这些参数的变化对发酵生产水平的影响及其机制，获取最适水平或最佳范围确定能反映过程变化的各种理化参数及其检测方法建立数学模型定量描述各参数之间随时间变化的关系通过计算机实施在线自动检测和控制，验证各种控制模型的可行性及其适用范围，实现发酵过程最优控制3.参数检测代谢参数按性质可分为三类：物理参数：温度、搅拌转速、罐压、空气流量、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、溶氧浓度、pH、产物浓度、核酸量等生物参数：菌丝形态、菌体浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、摄氧率、关键酶活力等参

2、数按获取方式可分为两类：直接参数：如T、pH、罐压、空气流量、搅拌转速、溶氧浓度等间接参数：将直接参数通过公式计算获得的参数，如摄氧率(γ)、呼吸强度(QO2)、比生长速率（μ)、体积溶氧系数(KLa)、呼吸商(RQ)等。离线测量：基质（糖、脂类、无机盐等）、前体和代谢产物（抗生素、酶、有机酸、氨基酸等）在线测量：如T、pH、DO、溶解CO2、尾气CO2、黏度、搅拌转速等参数的测量方法伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热；发酵热的产生引起发酵液温度变化。在发酵过程中，某些因素导致热的产生，另外一些因素又导致热量散失。产热>散热净热量堆积发酵液的温度上升；相反，产热小于耗热，温度

3、下降。第一节温度控制1、发酵热生物热（Q生物）在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。产热的情况：具有时间性；具有生物特异性；与营养有关；特点：搅拌热（Q搅拌）在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算：Q搅拌＝P×860×4186.8（焦耳/小时）P——搅拌

4、轴功率1千瓦时＝860×4186.8焦耳蒸发热：空气经发酵液时，发酵液中有部分水汽化，变成水蒸气，随空气一起排出罐外，这部分水汽化时带走的热量用Q蒸发表示，假设进出口气体温度相同，则由通气带走的热量为：Q蒸发=G（I出-I进），G：空气流量；I：气体热焓；散热的情况：散热的情况：辐射热：因发酵罐液体温度与罐外周围环境温度不同，发酵液中一部分热通过罐体向大气辐射即称为辐射热。温度影响微生物生长的机理(1)影响酶活性。(2)影响细胞膜的流动性。(3)影响物质的溶解度。2.温度对微生物生长的影响嗜冷菌适应于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

5、温菌适应于65℃上生长(1)有最适宜温度范围。(2)高温使蛋白质凝固。耐热能力与pH值有关。TV最低最适最高温度对微生物生长的影响具体表现在：微生物的生长温度与细胞膜的液晶温度范围相一致。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。酶在低温条件下的结构完整性和催化功能。不能低温合成蛋白质。低温微生物可合成冷休克蛋白。微生物受高温的伤害比低温的伤害大，低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡。这就是菌种保藏的原理。（1）影响发酵过程中各种反应速率，从而影响微生物的生长代谢与产物生成。（2）改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成。（3）影响生物合成

6、方向。（4）温度对菌的调节机制关系密切。（5）影响酶系组成及酶的特性。4.温度对发酵的影响5.温度的控制最适温度的选择1）根据菌种及生长阶段选择微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。前期菌量少，取稍高的温度，使菌生长迅速；中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此温度要稍低一些；后期产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成。2）根据培养条件选择通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用快，会使菌过早自溶。菌生长快，维持在较高温度时间

7、要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。3）根据菌生长情况第二节pH对发酵的影响及其控制微生物代谢对pH影响主要在两种情况下发生：①酸性或碱性代谢产物的生成或释放；②菌体对培养基中生理酸性或碱性物质的利用。一、发酵液中pH变化的基本原理（1）C/N过高，或中间补糖过多，溶氧不足，致使有机酸积累，pH下降；（2）消泡剂加得