第五章发酵工艺过程控制.ppt

第五章发酵工艺过程控制工艺条件控制的目的：就是要为生产菌创造一个最适的环境使我们所需要的代谢活动得以最充分的表达。一、分批发酵（batchcultureorfermentation）分批培养中微生物的生长延滞期（迟滞期）：把微生物从一种培养基中转接到另一培养基的最初一段时间里尽管微生物细胞的重量（W﹠V)有所增加但细胞的数量没有增加。稳定期：培养基中的底物不断被消耗一些对微生物生长代谢有害的物质在不断积累微生物的生长速率和比生长速率逐渐下降直至完全停止这时就进入稳定期。生物量增加十分缓慢或基本不变；微生物细胞的代谢还在旺盛地进行着细胞的组成物质还在不断变化。死亡期：细胞的营养物质和能源储备已消耗殆尽不能再维持细胞的生长和代谢细胞开始死亡。微生物细胞的死亡呈指数比率增加。在发酵工业生产中．在进入死亡期之前应及时将发酵液放罐处理。2.特点：整个培养系统与外界没有其它物质交换（O2、CO2、消泡剂、酸碱除外）。整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度不断变化是一种非稳态的培养方法。3.分批发酵的优缺点二、连续发酵（continuousculture）1.概念：微生物培养到对数生长期时在发酵罐中不断添加新鲜的培养基同时不断放出等量代谢物使微生物细胞在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的培养方式。2.特点：菌的浓度产物浓度限制性基质浓度均处于恒定状态。例题：下列对微生物连续培养优点的叙述不正确的是()。A．能及时连续补充微生物所需的营养物质提高产量B．有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中C．提高了设备利用率且便于自动控制与管理D．能及时排除部分有害代谢产物三、补料分批发酵（fed-batchculture）介于分批培养和连续培养之间的操作方法。1.概念：根据菌体生长和初始培养基的特点在分批培养的某些阶段适当（间歇或连续地）补加培养基使菌体或其代谢产物的生产时间延长。2.补料方式：3.补料分批培养的优缺点优点：与分批培养相比(1)解除底物抑制和葡萄糖的分解阻遏效应(葡萄糖效应）。(2)延长次级代谢产物的生产时间。缺点：(1)存在一定的非生产时间。(2)由于物料的加入增加了染菌机会。4.补料分批培养应用：3）分解代谢物阻遏4）营养缺陷型菌株的培养柠檬酸合成酶5）前体的补充几个实例：不同操作方式菌体及底物浓度随时间变化的情况第二节温度变化及其控制嗜冷菌在温度10-20℃下生长速率最大嗜温菌在30-35℃生长速率最大嗜热菌在50-60℃生长速率最大嗜高温菌在80-90℃生长速率最大微生物产物的生成与微生物的生长一样受温度的影响但适于生长和适于产物合成的温度不一定相同；必须分别考察在考虑培养温度时需要采用折中的办法。二、温度对发酵的影响2）影响终产物的质量例如：苏云金杆菌的发酵一般在30-31℃进行这样形成的晶体毒力强。若发酵温度提高到37℃以上虽然菌体生长繁殖较快最终含菌数也较高但生物毒力较低直接影响产品的质量。三、最适温度的选择最适发酵温度是既适合菌体的生长又适合代谢产物合成的温度。随菌种、培养基成分、培养条件和菌体生长阶段不同而改变。2.根据生长阶段选择3、根据培养条件选择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满足那么前期温度可髙些以利于菌的生长。利用计算机模拟确定最佳发酵条件正逐步得到推广应用。●根据计算机模拟对发酵温度最佳点的计算得到青霉素发酵的最适温度是：起初5h维持在30℃；随后降到25℃培养35h；再降到20℃培养85h；最后回升到25℃培养40h放罐。●采用这种变温培养比在25℃恒温培养青霉素产量提高15%。四、发酵过程引起温度变化的因素——发酵热1、生物热Q生物微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。2、搅拌热Q搅拌3、蒸发热Q蒸发1）菌种特性：好氧、厌氧2）培养基（成分及配比）3）发酵阶段4）搅拌类型及搅拌速度：Q搅拌5）通气速度（影响Q蒸发和Q显）6）罐内外的温差五、温度的控制一般不需加热因释放了大量的发酵热需要冷却的情况多。用夹套或蛇形管通冷却水。pH是微生物代谢的综合反映又影响代谢的进行是十分重要的参数。一、发酵过程中pH的变化及影响pH变化的因素2）生产阶段在生产阶段pH趋于稳定维持在最适产物合成的范围引起pH下降的因素：二、pH对发酵的影响