发酵学第7章发酵工艺的控制2讲解.pptVIP

第五节 pH的影响及其控制 一、pH对发酵的影响 二、发酵过程中pH变化的原因 三、发酵pH的确定和控制 pH对发酵影响的机理 1.pH影响酶的活性 当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢 2. pH值影响基质和中间代谢物的解离 进而影响微生物对这些成分的吸收 3. pH影响发酵产物的稳定性 二、发酵过程中pH变化的原因 三、发酵pH的确定和控制 1. 发酵pH值的确定（范围，时间） 原则：有利于菌体生长和产物的合成。一般根据实验结果确定。 随菌种和产品不同而不同。同一菌种，生长最适pH值可能与产物合成的最适pH值是不一样的。 按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH，使产量最大。 生长最适pH和产物形成最适pH的相互关系： ①两者相同，范围都宽；容易控制。 ②两者相同，范围都窄；必须严格控制。 ③两者相同，范围一宽一窄；必须严格控制。 ④两者不同，范围都窄；分别严格控制。 ③ 通过补料调节pH 在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。 在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH，如调节补糖速率，调节空气流量来调节pH 当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH 氨水流加法： 氨水可以中和发酵中产生的酸，且NH4+可作为氮源，供给菌体营养. 通氨一般是使压缩氨气或工业用氨水(浓度20％左右)，采用少量间歇添加或连续自动流加，可避免一次加入过多造成局部偏碱。 氨极易和铜反应产生毒性物质，对发酵产生影响，故需避免使用铜制的通氨设备。 这种方法既可以达到稳定pH值的目的，又可以不断补充营养物质，特别是能产生阻遏作用的物质。少量多次补加还可解除对产物合成的阻遏作用，提高产物产量。 采用补料的方法，可以同时实现补充营养、延长发酵周期、调节pH值和培养液的特性(如菌浓等)等几个目的。 第六节 溶氧的影响及其控制 一、溶氧对发酵的影响 二、发酵过程的溶氧变化 三、溶氧浓度的控制 初级代谢的氨基酸发酵，需氧量的大小与氨基酸的合成途径密切相关。 根据发酵需氧要求不同可分为三类 第一类有谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和脯氨酸等谷氨酸系氨基酸，它们在菌体呼吸充足的条件下，产量才最大，如果供氧不足，氨基酸合成就会受到强烈的抑制，大量积累乳酸和琥珀酸； 第二类，包括异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸和天冬氨酸，即天冬氨酸系氨基酸，供氧充足可得最高产量，但供氧受限，产量受影响并不明显； 第三类，有亮氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸，仅在供氧受限、细胞呼吸受抑制时，才能获得最大量的氨基酸，如果供氧充足，产物形成反而受到抑制。 二、发酵过程溶氧的变化 1.引起溶氧异常下降，可能有下列几种原因： ① 污染好气性杂菌，大量的溶氧被消耗掉，可能使溶氧在较短时间内下降到零附近，如果杂菌本身耗氧能力不强，溶氧变化就可能不明显； ② 菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧下降； ③ 某些设备或工艺控制发生故障或变化，也可能引起溶氧下降，如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢，影响供氧能力，使溶氧降低。 要点 发酵过程中引起pH变化的原因 pH对发酵的影响及控制 引起溶氧异常下降的原因有哪些 引起溶氧异常上升的原因有哪些 提高溶氧水平的措施 研究不同pH对发酵的影响 分别配置pH为6.0，7.0，8.0的培养基测定菌的生长和产物合成 pH6.0时，生长受抑制，CA产生被抑制,产物降解少 pH8.0时生长良好 产量低，产物降解 pH7.0时的状况 控制pH7.0和8.0时，最高细胞浓度接近相同(约16％PMV)，但控制pH6.0时细胞生长受抑制。 在2.5升生物反应器内， 不控制pH时2.47μg／(mL·h ) 控制pH7.0时的产率3.37μg／(mL·h) 最高 控制pH8.0时，产率2.02μg／(mL·h) 在控制pH6.0时，CA产生被抑制,但降解少 因此对细胞生长和CA产生最好将pH控制于7.0，但在控制pH7.0时，仍出现CA的迅速分解。 由于CA生产的最适pH和减少CA分解的pH各不相同，因此在分批发酵中应用了pH变换策略，使后期发酵pH由中性pH7.0变换为酸性pH6.0。 在发酵前期，在细胞生长和产生CA期间控制pH7.0，4d后，当CA产量达最高值时，变换pH为6.0，以减少CA分解。最高CA浓度可保持24h。由于改变pH，使CA分解速率明显降低。 pH pH影响酶的活性 pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离 pH影响发酵产物的稳定性 小 结 发酵过程pH会发生变化 基质代谢 产物形成 菌体自溶 菌种 发酵条件 pH的控制方式 调节培养基的组成 在基础料中加入维持pH的物质 通过补料调节pH 当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH 改变发酵条件 一、溶解氧对发酵的影