生化工艺861电子教案课件完整版.pptVIP

第四节 发酵过程检测和自控 计算机在发酵中的应用有三项主要任务：过程数据的储存，过程数据的分析和生物过程的控制。数据的存储包含以下内容：顺序地扫描传感器的信号，将其数据条件化，过滤和以一种有序并易找到的方式储存。数据分析的任务是从测得的数据用规则系统提取所需信息，求得间接（衍生）参数，用于反映发酵的状态和性质。过程管理控制器可将这些信息显示，打印和做曲线，并用于过程控制。控制器有3个任务：按事态发展或超出控制回路设定点的控制；过程灭菌，投料，放罐阀门的有序控制；常规的反应器环境变量的闭环控制。此外，还可设置报警分析和显示。一些巧妙的计算机监控系统主要用于中试规模的仪器装备良好的发酵罐。对生产规模的生物反应器，计算机主要应用于监测和顺序控制。有些新厂确实让计算机控制系统充分发挥其潜在的作用。 第四节 发酵过程检测和自控 最先进形式的优化控制可使生产效率达到最大。这即使在中试规模也还未成熟。近年来，曾将知识库系统用于改进（提供给操作人员的）信息质量和提高过程自动监督水平。张嗣良等以细胞代谢流分析与控制为核心的生物反应工程学观点，通过试验研究，提出了基于参数相关的发酵过程多水平问题研究的优化技术与多参数调整的放大技术。他们设计了一种新概念生物反应器，以物料流检测为手段，通过过程优化与放大，达到大幅度提高青霉素、红霉素、金霉素、肌苷、鸟苷、重组人血清白蛋白的发酵水平。他们采用的计算机参数监控系统及相关参数研究的优化技术，由计算机人机界面取得的r-HAS发酵过程多参数趋势曲线。 第五节 发酵终点的判断 发酵类型的不同，要求达到的目标也不同，因而对发酵终点的判断标准也应有所不同。对原材料与发酵成本占整个生产成本的主要部分的发酵品种，主要追求提高产率［Kg／（m3.h）］，得率（转化率）（kg产物/kg基质）和发酵系数【产物kg／（罐容积m3·发酵周期h）】。如下游提炼成本占主要部分和产品价值高，则除了高产率和发酵系数外，还要求高的产物浓度。 微生物发酵终点的判断，对提高产物的生产能力和经济效益是很重要的。生产能力是指单位时间内单位罐体积的产物积累量而言。生产过程不能只单纯追求高生产力，而不顾及产品的成本，必须把二者结合起来，既要有高产量，又要降低成本。 第五节 发酵终点的判断 发酵过程中的产物形成，有的是随菌体的生长而生产，如初级代谢产物氨基酸等；有的代谢产物的产生与菌体生长无明显的关系，生长阶段不产生产物，直到生长末期，才进入产物分泌期，如抗生素的合成就是如此。但是无论是初级代谢产物还是次级代谢产物发酵，到了发酵末期，菌体的分泌能力都要下降，产物的生产能力相应下降或停止。有的产生菌在发酵末期，营养耗尽，菌体衰老而进入自溶，释放出体内的分解酶会破坏已形成的产物。 要确定一个合理的放罐时间，需要考虑下列几个因素。 第五节 发酵终点的判断 一、经济因素 发酵时间需要考虑经济因素，也就是，要以最低的成本来获得最大生产能力的时间为最适发酵时间。在实际生产中，发酵周期缩短，设备的利用率高。但在生产速率较小（或停止）的情况下，单位体积的产物产量增长就有限，如果继续延长时间，使平均生产能力下降，而动力消耗、管理费用支出，设备消耗等费用仍在增加，因而产物成本增加。所以，需要从经济学观点确定一个合理时间。 第五节 发酵终点的判断 二、产品质量因素 发酵时间长短对后续工艺和产品质量有很大的影响。如果发酵时间太短，势必有过多的尚未代谢的营养物质（如可溶性蛋白、脂肪等）残留在发酵液中。这些物质对下游操作提取、分离等工序都不利。如果发酵时间太长，菌体会自溶，释放出菌体蛋白或体内的酶，又会显著改变发酵液的性质，增加过滤工序的难度，这不仅使过滤时间延长，甚至使一些不稳定的产物遭到破坏。所有这些影响，都可能使产物的质量下降，产物中杂质含量增加，故要考虑发酵周期长短提取工序的影响。 第五节 发酵终点的判断 三、特殊因素 在个别特殊发酵情况下，还要考虑个别因素。对老品种的发酵来说，放罐时间都已掌握，在正常情况下，可根据作业计划，按时放罐。但在异常情况下，如染菌、代谢异常（糖耗缓慢等），就应根据不同情况，进行适当处理。为了能够得到尽量多的产物，应该及时采取措施（如改变温度或补充营养等），并适当提前或拖后放罐时间。 合理的放罐时间是由实验来确定的，即根据不同的发酵时间所得的产物产量计算出的发酵罐的生产能力和产品成本，采用生产力高而成本又低的时间，作为放罐时间。 第五节 发酵终点的判断 考虑放罐时间时，还应考虑下列因素，如：体积生产率〔每升发酵液，每小时形成的产物量（g）表示］和总生产率（放罐时发酵单位除以总发酵生产时间）。这里总发酵生产时间包括发酵周