第五章-发酵过程控制.ppt

第五章发酵过程及控制学习目标第一节发酵方式固态发酵深层培养二、分批发酵分批培养中的微生物的典型生长曲线停滞期（Ⅰ）菌龄相同的菌种，则接种量越大，停滞期越短，而培养基的浓度对停滞期的长短影响不大。停滞期的长短，差别很大，短的几乎觉察不到，瞬间即可完成，而长的要在接种后2～3天才开始生长。种子一般应采用对数生长期且达到一定浓度的培养物，该种子能耐受含高渗化合物和低CO2分压的培养基。工业生产中从发酵产率和发酵指数以及避免染菌考虑，希望尽量缩短适应期。加速期（Ⅱ）指数生长期(Ⅲ)减速期（Ⅳ）静止期（V）死亡期（VI）重要的生长参数比生长速率µ分批发酵的优缺点三、补料（流加）分批发酵四、半连续发酵五、连续发酵连续培养中存在的问题六、灌注培养第二节发酵动力学二、微生物生长动力学三、产物形成动力学四、生长得率与产物得率2.理论得率与表观得率3.生长得率的其他表示方法第三节发酵过程主要影响因素及其控制主要的控制参数种子质量温度控制二、发酵热的测量及计算发酵热的测定可采用以下几种方法：①利用热交换原理，测量一定时间内冷却水的流量和冷却水进出口温度，根据Q发酵=qvC（t2–t1）/V；qv为冷却水体积流量，L/h；C为水的比热容，kJ/kg℃；V为发酵液体积，m3②利用温度变化率：先使罐温恒定，再关闭自控装置，测量温度随时间上升的速率，根据Q发酵=（M1C1+M2C2）V；M1：发酵液质量kgM2：发酵罐质量kgC1发酵液的比热容，kJ/kg℃C2发酵罐的比热容，kJ/kg℃V为温度上升速率℃/h③热力学方法：三、温度对微生物生长的影响不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对温度的要求大致可分为四类：嗜冷菌适应于0～26℃生长，嗜温菌适应于15～43℃生长，嗜热菌适应于37～65℃生长，嗜高温菌适应于65℃以上生长影响酶的活性、影响细胞内各种反应速度；最低生长温度、最高生长温度、最适生长温度；在最适范围内生长速度随温度升高而增加，生长周期缩短；不同生长阶段的微生物对温度的反应不同。四、温度对发酵的影响1、影响反应速度2、温度影响酶系的组成及酶的特性3、温度影响发酵的方向四环素产生菌金色链霉菌同时产生金霉素和四环素，当温度低于30℃时，这种菌合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例也提高，温度达到35℃时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。4、温度还影响基质溶解度在发酵液中的溶解度也影响菌对某些基质的分解吸收。因此对发酵过程中的温度要严格控制。五、最适温度的控制1、根据菌种及生长阶段来选择微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。黑曲霉生长温度为37℃，谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30～32℃，青霉菌生长温度为30℃。2、根据培养条件选择温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用快，会使菌过早自溶。3、根据菌生长情况菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度例子：利用热冲击处理技术来提高甘油的产量实验：甘油发酵是在髙渗透压环境中进行的，因此可望通过热冲击来提高发酵甘油的产量正交条件A冲击温度（℃）40，45，50B开始时机（h）8，16，30C冲击时间（分）15，30，60结果发酵16小时，45℃冲击30分钟最佳，发酵96小时后甘油浓度提高32.6％，（A）16h,45℃,30min（B）12h,45℃,30min47溶解氧浓度对发酵的影响及其监控pH值的控制pH对微生物生长繁殖和代谢产物形成影响的主要原因1、影响原生质膜的性质2、影响酶的活性3、影响营养物质和中间代谢产物的解离二、影响pH值变化的因素1、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。（3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降2、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。3、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。三、发酵过程pH值的调节及控制1、调整培养基的组分2、在发酵过程中进行控制①添加CaCO3：②氨水流加法③尿素流加法3、通过补料调pH4、当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH例：配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况例子：不同调pH方法的影响不同