发酵工艺控制生化工程9看过.pptVIP

影响发酵温度的因素 生物热：微生物生长繁殖过程中的产热 搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热 蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量 辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量 显 热：空气流动过程夹带着的热量 Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发 Q通气-Q辐射 生物热(Q生物)　　产生菌在生长繁殖过程中产生的热能，叫做生物热。营养基质被菌体分解代谢产生大量的热能，部分用于合成高能化合物ATP，供给合成代谢所需要的能量，多余的热量则以热能的形式释放出来，形成了生物热。　　生物热的大小，是随菌种和培养基成分不同而变化。一般来说，对某一菌株而言，在同一条件下，培养基成分愈丰富，营养成分被利用的速度愈快，产生的生物热就愈大。 微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。 培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且逐渐减弱。 如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈，有可能是染杂菌，此外培养基营养越丰富，生物热也越大。 最适温度选择 首先要考虑不同的菌种的适宜温度 接种后发酵温度有下降趋势，此时可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖； 待发酵液温度开始上升后，应保持在菌体的最适生长温度； 到主发酵旺盛阶段，温度应控制在比最适生长温度低些； 到发酵后期，温度下降，此时适当升温可提高产量。 选择是相对的，要考虑培养基成分、浓度；溶氧（温升氧降）；生长阶段；培养条件等。 最适温度分最适生长温度和最适产物合成温度，两者往往不同，各阶段可用不同温度。 如：青霉素分别为： 30℃和 24.7 ℃。 青霉素发酵的温度控制 0-5h：30°C 6-35h：25°C 36-85h：20°C 86-125h：25°C 对于变温发酵，变温点的选择是关键，对于次级代谢产物发酵来说，第一个变温点通常选择在生长期结束，变温过早，菌浓过低，变温过晚，菌体自身可能过度生长。影响产量。 温度控制要与其他因素综合考虑，在不同条件下灵活选择适合的温度 温度的控制 工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因发酵中释放了大量的发酵热，而需要冷却的情况较多。 利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇行管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵 pH值对发酵的影响及其控制 pH对微生物发酵具有十分重要的影响 pH的影响一方面来自培养环境，另一方面微生物本身对自身周围的pH有一定调节能力，并且其代谢过程也会改变体系的酸碱度。 pH是发酵调控的重要参考因素 不同的微生物有不同的最适生长pH pH对发酵的影响主要包括： ①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影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢产物的排泄； ③影响培养基中某些组分的解离，进而影响微生物对这些成分的吸收； ④pH值不同对代谢方向的影响，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。 例如黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。 谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺 发酵过程的pH变化 1、生长阶段：菌体产生蛋白酶水解培养基中的蛋白质，生成铵离子，使pH上升至碱性；随着菌体量增多，铵离子的消耗也增多，而糖利用过程中有机酸的积累使pH值下降。 2、生产阶段：这个阶段pH值趋于稳定。 3、自溶阶段：随着养分的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中氨基氮增加，致使pH又上升，此时菌体趋于自溶而代谢活动终止。 pH变化的主要原因 （1）糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一。若溶解氧跟不上，氧化不足会导致大量有机酸积累。 （2）氮代谢 当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。 （3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降 导致pH下降的因素： 碳源过多，补糖过量 溶解氧不足 生理酸性物质的存在 其他化学物质的添加（消泡剂等） 引起pH上升的因素： 氮源过多，氨基的释放 生理碱性物质的添加 氨水、尿素等 物质的添加 菌体自溶 最适pH的选择和调节 最适pH的选择和调节的原则： 既有利于菌体的生长繁殖，又可最大限度的获得高产。 根据不同微生物的特性，在发酵过程中随时检查pH值的变化，选用适当的方法进行调节。 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