第七章 生产工艺过程控制.pptVIP

第七章 生物工艺过程控制 发酵过程中的代谢变化与控制参数 温度对发酵的影响及其控制 pH值对发酵的影响及其控制 溶解氧对发酵的影响及其控制 菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制 CO2和呼吸商 泡沫对发酵的影响及其控制 发酵终点的判断 发酵过程检测与自控 第一节 发酵过程中代谢变化与控制参数 各种不同发酵方式菌体的代谢变化不同，但为了解其基本变化，仍以分批发酵为基础来说明其代谢规律。微生物的分批发酵过程，因其代谢产物的种类不同而有一定差异，但其大体上是相同的。 对于产物形成而言，代谢变化就是反映发酵过程中的菌体生长、发酵参数的变化和产物形成速率三者之间的关系。 微生物的代谢产物，按其与菌体生长、繁殖的关系来说，又分为初级代谢产物和次级代谢产物。 三、发酵过程的主要控制参数 1、pH值 是发酵过程中各种生化反应的综合结果。 2、温度 指发酵整个过程或不同阶段中所维持的温度。 3、溶解氧情况 溶氧浓度一般用绝对含量(mg/L)来表示，有时也用在相同条件下氧在培养液中的饱和度的百分数(%)来表示。 4、基质含量 发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的含量。 5、空气流量 指每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积，也可叫通风比。 6、压力 发酵过程中发酵罐维持的压力。 7、搅拌转速 是指搅拌器在发酵过程中的转动速度，通常以每分钟的转数来表示。 8、搅拌功率 是指搅拌器搅拌时所消耗的功率，常指每立方米发酵液所消耗的功率(KW/m3)。 发酵液黏度、基质和氧在发酵液的溶解度和传递速率等。 生物热的大小与发酵类型有关； 生物热的大小，随菌种和培养基成分不同而变化； 生物热的大小还随培养时间不同而不同； 生物热的大小与菌体的呼吸强度有对应关系，呼吸强度越大，所产生的生物热越大。 冷却 循环水 冷冻盐水（冷冻站） 本节思考题 １、发酵热的定义？ ２、温度对发酵有哪些影响？ ３、发酵过程温度的选择有什么依据？ pH对发酵的影响？ 影响酶的活性 影响微生物细胞膜所带的电荷的状态 影响培养基中某些成分的解离 pH 值不同，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变化。 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 ②培养基中的营养物质的代谢，也是引起pH值变化的重要原因 基质代谢 （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。 （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。 产物形成 某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。 本节思考题 １、 发酵过程中pH会不会发生变化，为什么？ ２、pH对发酵的影响表现在哪些方面？ ３、发酵过程的pH控制可以采取哪些措施？ 生物工艺过程控制 第四节 溶解氧对发酵的影响及其控制 培养基的成分和浓度显著影响耗氧 菌龄影响耗氧 发酵条件影响耗氧 发酵过程中，排除有毒代谢产物如二氧化碳、挥发性的有机酸和过量的氨，也有利于菌体的摄氧量。 在抗生素发酵过程中，菌体的生长阶段和产物的生成阶段都有一个临界溶氧浓度，分别为c’临界和c’’临界。 两者的关系有： ①c’临界≈c’’临界； ②c’临界c’’临界 ③c’临界c’’临界。 氧从气泡到细胞的传递过程示意图 微生物的吸氧量常用呼吸强度和耗氧速率两种方法来表示。 呼吸强度又称氧比消耗速率，是指单位质量的干菌体在单位时间内所吸取的氧量，以Qo2表示，单位为mmol O2／(g干菌体·h)。　　 耗氧速率又称摄氧率，是指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，以r表示，单位为mmol O2／(L·h)。 三、发酵过程溶氧的变化 溶氧作为发酵异常的指示 1、引起溶氧异常下降的原因： （1）污染好气性杂菌，大量溶氧被消耗 （2）菌体代谢发生异常，需氧要求增加 （3）某些设备或工艺控制发生故障或变化，如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢；消泡剂加入过多 （4）影响供氧的工艺操作如停止搅拌、闷罐等。 2、引起溶氧异常升高的原因 主要是耗氧出现改变，如菌体代谢异常，耗氧能力下降. 污染烈性噬菌体 溶氧监测的作用 （1）从发酵液中的溶解氧浓度变化，可以了解微生物生长代谢是否异常 （2）工艺控制是否合理 （3）设备供氧能力是否充足。 供氧方面 需氧方面 发酵液的需氧量受菌体浓度、基质的种类和浓度以及培养条件等因素的影响 发酵液的摄氧速率随菌体浓度的增加而按比例增加 氧的传递速率是随菌体浓度的对数关系减少 控制补