发酵过程工艺控制.ppt

第九章发酵工艺过程控制一、发酵过程的测量参数通常把决定发酵过程状态的各种参数或变量分为物理参数、化学参数或生物参数。①物理参数：参数名称单位测定方法意义及主要作用温度℃传感器维持生长、合成罐压pa压力表维持正压、增加溶氧空气流量m³/h传感器供氧、排出废气搅拌转速r/min传感器物料混合搅拌功率kw传感器反映搅拌情况粘度pa.s粘度反映菌体生长密度g/cm³传感器反映发酵液性质装量m³,L传感器反映发酵液数量浊度透光度%传感器反映菌体生长情况泡沫传感器反映发酵代谢情况传质系数1/h间接计算或在线检测反映供氧情况加糖速度kg/h传感器反映好氧情况加消泡剂速率kg/h传感器反映泡沫情况加中间体或前体速率kg/h传感器反映前体和基质利用情况加其它基质速率kg/h传感器反映基质利用情况②化学参数：参数名称单位及测定方法意义及主要作用酸碱度pH传感器反映菌的代谢情况溶氧ppm传感器反映氧的供给和消耗情况排气氧浓度pa传感器了解好氧情况氧化还原电位mV传感器反映菌的代谢情况溶解CO2浓度%饱和度传感器了解CO2对发酵的影响排气CO2浓度%传感器了解菌的呼吸情况总糖、葡萄糖、蔗糖、淀粉kg/m³取样了解在发酵过程中的变化前体或中间体浓度mg/ml取样产物合成情况氨基酸浓度mg/ml取样了解氨基酸等含量变化情况矿物盐浓度mol,%取样了解这些离子含量对发酵的影响③生物参数：参数名称单位及测定方法意义及主要作用菌体浓度g(DCW)/L取样了解生长情况菌体中RNA,DNA含量mg(DCW)/g取样了解生长情况菌体中ATP,ADP,AMP量mg(DCW)/g取样了解菌的能量代谢情况菌体中NADH量mg(DCW)/g在线荧光法了解菌的合成能力菌体中蛋白质量mg(DCW)/g取样了解生长和产物情况效价或产物浓度g/mL取样（传感器）产物合成情况细胞形态取样，离线了解生长情况发酵过程的主要控制参数二、温度对发酵的影响及其控制四环素发酵中,<30℃,产生金霉素金色链霉菌>35℃,只产生四环素（二）影响发酵温度变化的因素生物热----微生物在生长繁殖过程中,本身产生的大量热.培养基成分越丰富,营养被利用的速度越快.（三）温度的控制三、pH值对发酵的影响及其控制2、影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物的吸收和代谢产物的排泄4、pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。黑曲霉在pH=2-3时产生柠檬酸，近中性时，积累草酸和葡萄糖酸。谷氨酸发酵中，微碱时形成谷氨酸，酸性时产生N-乙酰谷酰胺。pH对生物合成途径影响：例如：丙酮丁醇发酵中，细菌增殖的pH范围是5.5-7.0为好，发酵后期pH＝4.3－5.3时积累丙酮丁醇，pH升高则丙酮丁醇产量减少，而丁酸、乙酸含量增加。5、pH影响菌体的形态：产黄青霉细胞壁的厚度随pH的增加而减小；pH<６，菌丝的长度缩短。（二）发酵过程pH值的变化（三）发酵pH值的确定和控制1）将发酵培养基调节成不同的出发pH值，进行发酵，在发酵过程中，定时测定和调节pH值，以分别维持出发pH值，或者利用缓冲液来配制培养基来维持。2）到时观察菌体的生长情况，以菌体生长达到最高值的pH值为菌体生长的合适pH值。3）用同样的方法，可测得产物合成的合适pH值。在确定合适发酵pH值时，不定期要考虑培养温度的影响，若温度提高或降低，合适pH值也可能发生变动。2.pH值的控制（六）泡沫对发酵的影响及其控制起泡带来的不利影响：发酵罐的装料系数减少、氧传递系数减小；造成大量逃液，增加染菌机会；严重时通气搅拌无法进行，菌体呼吸受到阻碍，导致代谢异常或菌体自溶。2、泡沫的消除1）机械消泡2）消泡剂消泡B.作为生物工业理想的消泡剂，应具备下列条件：应该在气－液界面上具有足够大的铺展系数，才能迅速发挥消泡作用，这就要求消泡剂有一定的亲水性；应该在低浓度时具有消泡活性；应该具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；应该对微生物、人类和动物无毒性；应该对产物的提取不产生影响；不会在使用、运输中引起任何危害；来源方便，成本低；应该对氧传递不产生影响；能耐高温灭菌。以天然油脂类和聚醚类在生物发酵中最为常用。聚醚类消泡剂品种很多，它们是氧化丙烯或氧化丙烯和环氧乙烷与甘油聚合而成的聚合物。聚氧丙烯甘油（GP型）——氧化丙烯和甘油聚合；亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以用于稀薄发酵液中要比用于粘稠发酵液中的效果好；抑泡性能比消泡性能好，适宜用于基础培养基中，以抑制泡沫的产生。聚氧乙烯氧丙烯甘油（GPE型，泡敌）——氧化丙烯、环氧乙烷与甘油聚合；亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，作用快，溶解度大，消泡活性维持时间短，用于粘稠发酵液的效果比用于稀薄的好。一般由二甲基硅油和SiO2按一定比例复合而成。难乳化，表