发酵工艺过程控制-l.ppt

第六章发酵工艺过程控制第六章发酵工艺过程控制第一节发酵过程中的代谢变化与控制参数第二节温度对发酵的影响及其控制第三节pH值对发酵的影响及其控制第六章发酵工艺过程控制第四节溶解氧对发酵的影响及其控制第五节菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制第六节CO2和呼吸商第六章发酵工艺过程控制第七节补料的控制第八节泡沫对发酵的影响及其控制第九节发酵终点的判断第十节发酵过程检测与自控第一节发酵过程中的代谢变化与控制参数一、初级代谢的代谢变化生长过程仍显示停滞期（1、2）、对数期（3、4）、稳定期（5）和衰亡期（6）等生长史的特征。工业发酵中往往要接入处于对数期(特别是中期)的菌体以尽量缩短停滞期。二、次级代谢的代谢变化次级代谢产物的发酵属于菌体的生长与产物非偶联的类型菌体生长繁殖阶段(又称生长期)与产物生成阶段(又称生产期)是分开的。⒈菌体生长阶段菌体DNA含量达到定值即不进行繁殖细胞数量恒定但多元醇、脂类等细胞内含物仍在积累使菌体干重增加此时开始合成产物此刻的菌体浓度称为临界浓度。这个阶段一般又称为菌体生长期或发酵前期也有人称为平衡期⒉产物生成阶段这阶段一般称为产物生产期或发酵中期。⒊菌体自溶阶段这个阶段一般称为菌体自溶期或发酵后期。根据发酵过程中的参数变化绘制出的次级代谢的代谢曲线可清楚地说明过程中的代谢变化并反映出碳源、氮源的利用和pH值、菌体浓度和产物浓度等参数之间的相互关系。分析研究代谢曲线还有利于掌握发酵代谢变化的规律和发现工艺控制中存在的问题有助于改进工艺提高产物的产量。三、发酵过程的主要控制参数⑴pH值(酸碱度)⑽浊度（OD值）⑵温度(℃)(11)料液流量⑶溶氧浓度（DO值简称溶氧）⑷基质含量(12)产物的浓度⑸空气流量(13)氧化还原电位⑹压力(14)废气中的氧含量⑺搅拌转速(15)废气中的CO2含量⑻搅拌功率(16)菌丝形态⑼黏度(17)菌体浓度（简称菌浓）小型发酵罐第二节温度对发酵的影响及其控制发酵液的黏度、基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率、某些基质的分解吸收速率等都受温度变化的影响进而影响发酵动力学特性和产物的生物合成。二、影响发酵温度变化的因素产热的因素有生物热(Q生物)和搅拌热(Q搅拌)；散热因素有蒸发热(Q蒸发)、辐射热(Q辐射)和显热(Q显)。产生的热能减去散失的热能所得的净热量就是发酵热[Q发酵kJ／(m3·h)]即Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q显-Q辐射。这就是发酵温度变化的主要因素。⒈生物热(Q生物)；⒉搅拌热(Q搅拌)；⒊蒸发热(Q蒸发)；⒋辐射热(Q辐射)三、温度的控制⒈最适温度的选择最适生长温度与最适生产温度往往是不一致的可采用变温发酵。⒉温度的控制通用式发酵罐通用式发酵罐第三节pH值对发酵的影响及其控制二、发酵过程pH值的变化三、发酵pH值的确定和控制⒈发酵pH值的确定同一菌种生长最适pH值可能与产物合成的最适pH值是不一样的。同一产物的最适pH值还与所用的菌种、培养基组成和培养条件有关。⒉pH值的控制在各种类型的发酵过程中实验所得的最适pH值、菌体的比生长速率(μ)和产物比生成速率(Qp)等3个参数的相互关系有四种情况①第一种情况是μ和Qp的最适pH值都在一个相似的较宽的适宜范围内(a)这种发酵过程易于控制；②第二种情况是Qp(或μ)的最适pH值范围很窄而μ(或Qp)的范围较宽(b)；③第三种情况是μ和Qp对pH值都很敏感它们的最适pH值又是相同的(c)第二、第三种情况的发酵pH值应严格控制；④第四种情况更复杂μ和Qp有各自的最适pH值(d)应分别严格控制各自的最适pH值才能优化发酵过程。补料方法既可以达到稳定pH值的目的又可以不断补充营养物质特别是能产生阻遏作用的物质。少量多次补加还可解除对产物合成的阻遏作用提高产物产量。最成功的例子就是青霉素的补料工艺利用控制葡萄糖的补加速率来控制pH值的变化范围(现已实现自动化)其青霉素产量比用恒定的加糖速率和加酸或碱来控制pH值的产量高25％。第四节溶解氧对发酵的影响及其控制初级代谢的氨基酸发酵需氧量的大小与氨基酸的合成途径密切相关。根据发酵需氧要求不同可分为三类第一类有谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和脯氨酸等谷氨酸系氨基酸它们在菌体呼吸充足的条件下产量才最大如果供氧不足氨基酸合成就会受到强烈的抑制大量积累乳酸和琥珀酸；第二类包括异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸和天冬氨酸即天冬氨酸系氨基酸供氧充足可得最高产量但供氧受限产量受影响并不明显；第三类有亮氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸仅在供氧受限、细胞呼