第五章 发酵过程控制与优化.ppt

发酵过程控制与优化什么是发酵过程？本章讲述的内容5.1发酵过程技术原理发酵过程按进行过程有三种方式：1.分批发酵的定义
是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。2.分批发酵的特点优点
操作简单；
操作引起染菌的概率低。
不会产生菌种老化和变异等问题。
缺点
非生产时间较长、设备利用率低。4.分批发酵的生长曲线5.分批发酵的类型二、补料分批发酵2.补料分批发酵的优缺点3.补料分批发酵的类型三、连续发酵2.连续发酵的优缺点3.连续发酵的类型4.连续发酵的代谢曲线5.2发酵条件的影响及其控制生物热：生物热是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。培养基中碳水化合物，脂肪，蛋白质等物质被分解为CO2,NH3时释放出的大量能量。
用途：合成高能化合物，
供微生物生命代谢活动
热能散发
影响生物热的因素：生物热随菌株，培养基，发酵时期的不同而不同。生物热的大小还与菌体的呼吸强度有对应关系。实验发现抗生素高产量批号的生物热高于低产量批号的生物热。说明抗生素合成时微生物的新陈代谢十分旺盛。搅拌热：通风发酵都有大功率搅拌，搅拌的机械运动造成液体之间，液体与设备之间的摩擦而产生的热。
蒸发热：通入发酵罐的空气，其温度和湿度随季节及控制条件的不同而有所变化。空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换。同时必然会引起水分的蒸发；蒸发所需的热量即为蒸发热。
辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐体向外辐射的热量。辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超过发酵热的5%。
发酵热的测定（2）通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自控装置测得温度随时间上升的速率S，按下式可求得发酵热：影响各种酶的反应速率和蛋白质性质
影响发酵液的物理性质
影响生物合成的方向。
例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于30℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强。当温度提高，合成四环素的比例也提高。在温度达35℃则只产生四环素而金霉素合成几乎停止。最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件和菌体生长阶段有关。
最适发酵温度的选择
在发酵的整个周期内仅选一个最适培养温度不一定好。
温度的选择要参考其它发酵条件。
温度的选择还应考虑培养基成分和浓度发酵罐：夹套（10M3以下）
盘管（蛇管）（10M3以上）二、pH对发酵的影响及控制1.pH值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响2.发酵过程中pH的变化
碳源过量
消泡油添加过量
生理酸性物质的存在
氮源过多
生理碱性物质的存在
中间补料，碱性物质添加过多原则：有利于菌体生长和产物的合成。一般根据实验结果确定。
最适pH与菌株，培养基组成，发酵工艺有关。应按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH范围。调节基础培养基的配方
调节碳氮比（C/N）
添加缓冲剂
补料控制
直接加酸加碱
补加碳源或氮源四、CO2对发酵的影响及控制CO2对发酵也有影响
对发酵促进。如牛链球菌发酵生产多糖，最重要的发酵条件是提供的空气中要含5%的CO2。
对发酵抑制。如对肌苷、异亮氨酸、组氨酸、抗生素等发酵的抑制
影响发酵液的酸碱平衡CO2及HCO3-主要是影响细胞膜的结构，导致膜的流动性及表面电荷密度发生改变，影响到细胞膜的输送效率，导致细胞生长受到抑制、形态发生改变。
培养液中的CO2主要作用于细胞膜的脂质核心部位。
HCO3-影响细胞膜的膜蛋白。
3.CO2的控制五、培养基对发酵的影响六、种子质量、灭菌情况5.3发酵过程中的泡沫及其控制一类存在于发酵液的液面上，这类泡沫气相所占比例特别大，并且泡沫与它下面的液体之间有能分辫的界线。如在某些稀薄的前期发酵液或种子培养液中所见到的。
另一种泡沫是出现在粘稠的菌丝发酵液当中。这种泡沫分散很细，而且很均匀，也较稳定。泡沫与液体间没有明显的波面界限，在鼓泡的发酵液中气体分散相占的比例由下而上地逐渐增加。由外界引进的气流被机械地分散形成（通风、搅拌）；
发酵过程中产生的气体聚结生成（发泡性物质）。降低发酵设备的利用率
增加了菌群的非均一性
增加了染菌的机会
导致产物的损失
消泡剂会给后提取工序带来困难通气与搅拌的强度
培养基的配比及原材料组成
培养基的破坏程度
接种量的大小
培养液本身性质的变化
培养基灭菌的方法和操作
染菌
不同搅拌速度和通气量对泡沫影响不同浓度蛋白质原科的起泡作用灭菌时间对泡沫稳定性的影响6发酵过程泡沫的变化7发酵过程泡沫控制的方法物理消泡法化学消泡法选择消泡剂的依据消泡剂的种类和性能5.4发酵终点的判断与自溶监测一、发酵终点的判断二、判断放罐指标无论是初级代谢产物或次级代谢产物发酵，到了末期，菌体的分泌能力都要下降，使产物的生产能力下降或停止，有的生产菌在发酵末期，营养耗尽，菌体