发酵工艺过程控制综述.docVIP

新疆农业大学 专业文献综述 题 目: 发酵工艺过程的控制 姓 名: 乔峰 学 院: 食品科学与药学学院 专 业: 食品质量与安全 班 级: 食品质量与安全122班 学 号: 124033225 指导教师: 张珍珍 2013 年 12月 3 日 发酵工艺过程控制 发酵过程中的代谢变化与控制参数 一、发酵工艺过程控制的重要性 从产物形成来说，代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化（培养基和培养条件）和产物形成速率这三者之间的关系。 二、发酵过程的代谢变化规律 这里介绍分批发酵、补料分批发酵、半连续发酵及连续发酵四种类型的操作方式下的代谢特征。 1、分批发酵 指在一个封闭的培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。即一次性投料，一次性收获产品的发酵方式。 在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系，将微生物产物形成动力学分为 （1）生长关联型 产物的生成速率与菌体生长速率成正比。这种产物通常是微生物分解基质的直接产物，如酒精，但也有某些酶类，如脂肪酶和葡萄糖异构酶 对于生长关联型产品，可采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长期。 （2）非生长关联型 产物的生成速率与菌体生长速率成无关，而与菌体量的多少有关。 对于非生长关联型产品，则宜缩短菌体的对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后，延长稳定期，从而提高产量。 2、补料-分批发酵 是指分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。 与传统的分批发酵相比，优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点： （1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾； （2）克服养分的不足，避免发酵过早结束。 ３、半连续发酵 是指在补料－分批发酵的基础上，间歇地放掉部分发酵液的培养方法。 优点： （1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾； （2）克服养分的不足，避免发酵过早结束； （3）缓解有害代谢产物的积累。 ４、连续发酵 又称连续流动培养或开放型培养，即培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液的培养方法。在这样的环境中培养，所提供的基质对菌的生长就受到限制，培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态。 与传统的分批发酵相比，连续培养有以下优点： （1）维持低基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾； （2）避免培养基积累有毒代谢物； （3）可以提高设备利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间； （4）便于自动控制。 但连续培养也有缺点： （1）长时间的连续培养难以保证纯种培养； （2）菌种发生变异的可能性较大。 故在工业规模上很少采用。生产上只有丙酮丁醇厌氧发酵、纸浆液生产饲料酵母、以及活性污泥处理各种废水等才使用连续培养工艺，此方法多数用于实验室以研究微生物的生理特性。 三、发酵过程的主要控制参数 pH值（酸碱度）；温度（℃）；溶解氧浓度；基质含量；空气流量；压力；搅拌转速；搅拌功率；粘度；浊度；料液流量；产物浓度；氧化还原电位；废气中的氧含量；废气中的CO2含量；菌丝形态；菌体浓度 温度对发酵的影响及其控制 一、温度对发酵的影响 微生物发酵所用的菌体绝大多数是中温菌，如霉菌、放线菌和一般细菌。它们的最适生长温度一般在20～40℃。 温度会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制。影响发酵液的理化性质，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。 在发酵过程中，需要维持适当的温度，才能使菌体生长和代谢产物的合成顺利进行。 二、影响发酵温度变化的因素 产热因素：生物热（Q生物）、搅拌热（Q搅拌） 散热因素：蒸发热（Q蒸发）、辐射热（Q辐射）、显热（Q显） 发酵热（Q发酵）是发酵温度变化的主要因素。 Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射－Q显 为了使发酵能在一定温度下进行，要设法进行控制。 由于Q生物、Q蒸发和Q显，特别是Q生物在发酵过程中随时间变化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化，引起发酵温度发生波动。 三、温度的控制 1、最适温