生物化学反应工程（2012版）(1).pptVIP

解除基质过浓的抑制 解除产物的反馈抑制 解除葡萄糖分解代谢阻遏效应 补料控制目的 补充微生物能源和碳源的需要。 补充菌体所需要的氮源。 补充微量元素或无机盐。 补料的内容 控制微生物的中间代谢，使之向着有利于产物 积累的方向发展。 为实现这一目标，在中间补料控制时，必须选 择恰当的反馈控制参数和补料速率。 补料的原则 ? 大多数补料分批发酵均补加生长限制性基质 – 以经验数据或预测数据控制流加； – 以pH、尾气、溶氧、产物浓度等参数间接控制 流加； – 以物料平衡方程，通过传感器在线测定的一些 参数计算限制性基质的浓度，间接控制流加； – 用传感器直接测定限制性基质的浓度，直接控 制流加。 补料控制的策略 ? 为了有效地进行中间补料，必须选择恰当的反馈控制 参数，以及了解这些参数与微生物代谢、菌体生长、 基质利用以及产物形成之间的关系。采用最优的补科 程序也是依赖于比生长曲线形态、产物生成速率及发 酵的初始条件等情况。因此，欲建立分批补料培养的 数学模型及选择最佳控制程序都必须充分了解微生物 在发酵过程中的代谢规律及对环境条件的要求。 补料控制参数的选择 ? 例如，在谷氨酸发酵过程中的某阶段，生产菌的 摄氧率和基质消耗速率之间存在着线性关系。 连续补料和分批补料发酵的比较 OUR QsX 耗氧量 ( mmlO 2 ) 糖耗 ( mmol ) = K = 补料速率的确定 ? 优化补料速率也是补料控制中十分重要的一环，因为养分和 前体需要维持适当的浓度，而它们则以不同的速率被消耗， 所以补料速率要根据微生物对营养等的消耗速率及所设定的 培养液中最低维持浓度而定。 ? 例如，用连续培养方法测定了在不同比生长速率下青霉素生 产菌产黄青霉的碳、氯、氧、磷、硫和乙酸盐及菌最适生长 所需的各种基质的补料速率。 ? 发酵工业中，由于使用微生物不同，其代谢规律不一 样，因而有的是需氧发酵，有的是厌氧发酵，也称静置 培养。例如：酒精、啤酒、丙酮、丁酵及乳酸等均是属 于厌气发酵产品，其发酵设备因不需供氧，所以设备和 工艺都较好氧发酵简单。 – 固态发酵（如白酒）； – 液态发酵（如酒精、丙酮、丁醇、乳酸、啤酒）。 厌氧发酵工艺要求与控制 ? 固态发酵主要是一些传统发酵工艺。例如生产大曲酒、 麸曲酒就是典型的固态发酵。固态发酵中无菌要求不 高，整个生产过程都是敞口操作。除原料蒸煮过程能起 到灭菌作用外，空气、水、工具和场所，窖池等都存在 大量的多种多样的微生物，并把这些微生物带到发酵原 料中，它们与曲中的微生物一起协同作用，生产出丰富 的香味物质，因此固体厌气发酵是多菌种的混合发酵。 ? 发酵过程中，一般都采用比较低的温度，糖化作用和发 酵作用同时进行；即采用边糖化边发酵的工艺。当采用 20~30℃低温时，糖化酶作用缓慢，故糖化时间要延长。 固态发酵 ? 固态发酵的温度控制靠控制进窖温度和淀粉含量来解 决。因在窖内部没有冷却或加热装置，这样只好把进 窖温度控制得比较低(18~22℃)。糖化进行缓慢，发酵 也就缓慢，窖内升温慢些，酵母就不易衰老，发酵率 就升高。进窖时原料淀粉含量不能太高，在发酵过程 中一部分能量被放出，升高了发酵温度，一般发酵过 程中，淀粉含量降低1.0％时，酒醅温度实际约上升 2℃左右。所以淀粉含量控制在1 4~l 6％，随气温的高 低不同进行适当地调整。 固态发酵的温度控制 ? 一般工厂用酸度表示。酸度来自原料本身，曲 和酒醅是最主要的。在发酵过程中酸度增加的 原因，主要是杂菌的影响，淀粉浓度过高，糖 化快，细菌生长繁殖快，造成酒醅酸度升高， 也反过来影响酵母生长，影响发酵，酸度低又 影响糖化速度。因此控制酸度既适宜酵母生长 又抑制细菌生长。一般控制在1.4~2.0的酸度。 固体发酵的pH控制 ? 固体发酵中水份是微生物生长的条件，适当的水分是 良好发酵的重要因素。但入窖水分过高，会引起糖化 和发酵作用加快，升温过猛，使发酵不彻底；而水分 过少，会引起酒醅发干，残余淀粉高，酸度过低，槽 不柔软，影响发酵正常进行；一般大曲酒入窖水分为 53~57％，小曲57~62％，因原料而异，冬天与夏天也 不同。另一方面为了调整淀粉浓度，增加疏松性，调 节酸度，以利于微生物的生长繁殖，保持水在固态发 酵时常常加入填充料、如谷壳等。 水分的控制 ? 厌气发酵在液体状态下进行，液体发酵速度快， 发酵完全，发酵周期短，原料利用率高，而且适 于大规模机械化、连续化、自动化生产。 ? 液态厌气发酵对无菌要求较高，