温度对发酵的影响： 2) 影响发酵pH变化的因素： 3) 最适pH的选择 4)  pH的控制 补糖量的控制：  根据经验，以最高产量的罐批的加糖率为指标，并依据 菌体浓度、一定时间内的糖比消耗速率和残糖等加以修正。 例： 青霉素发酵开始补糖在残糖降至1.5%, pH开始回升时补糖。补 糖量以最高罐批经验量为参考。 每小时   前期0—40h        中期40—90h       后期90以后  加糖量   0.08%-0.15%      0.15% - 0.18%      0.15% -0.18%  发 酵 控 制　Fermentation Control   Sample Analysis pH DO Sugar Ammonia Phosphate Sulphate Products Precursors Contamination  Pressure probe Level probe pH probe Temp. probe DO probe Antifoam Acid/Base Cooling Air/agitation Sugar/Oil feed 过程及工艺控制 过程及工艺控制 影响各种酶促反应的速度 酶活 温度 发酵温度升高，生长代谢加快，生产期提前。 发酵温度太高，菌体容易衰老，发酵周期缩短。 改变发酵液的物理性质： 温度影响基质和氧的吸收速度 影响饱和溶氧浓度 改变菌体代谢产物的合成方向 例：温度小于30℃，合成金霉素的能力强 温度等于35℃，只合成四环素 3. 2 物理参数的检测与控制 1、温度的检测与控制 发酵热 = 生物热 + 搅拌热 - 蒸发热 - 显热 - 辐射热 生物热：产生菌在生长繁殖过程中，释放的大量热量。 影响生物热的因素： 与菌种遗传特性有关 与菌龄有关：对数生长期生物热最大。 与营养基质有关 与产量有关 搅拌热：由于搅拌器的转动引起液体的摩擦产生的热量。 蒸发热：发酵液蒸发水分带走的热量。 显热：发酵排气散发带走的热量。 辐射热：由于罐内外的温差，辐射带走的热量。 Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q显热－Q辐射 1）影响发酵温度变化的因素：发酵热 选择最适温度并严格控制，既适合菌体生长又适合代谢产物合成的温度。 不同菌种：不同温度。 两段变温发酵培养：生长阶段，选择适宜的菌体生长温度，生产阶段选择最适宜的产物生产温度。 后期降温控制：避免产物降解。 2）温度的选择原则 过程及工艺控制 （3）温度的控制方式  一般不需要加热，往往经常需要降温冷却  夹套层、蛇形管，热交换；电热缛  冷却水降温：滞后，需要一定的经验和技巧  冷冻盐水循环式降温：迅速  建立冷冻站：提高冷却能力 过程及工艺控制 2、压力的检测与控制  概念：罐体内的压力，由压力表读出。  罐压的影响：维持正压，防止污染；影响CO2和O2的溶解度  不同生物对压力耐受不同  控制：进或出口阀门，进入或排出气体或空气流量  维持工艺所需压力：0.02－0.05 MPa 过程及工艺控制 3、搅拌的检测与控制  搅拌的影响：     气体的传递速度和发酵液的混合均匀程度  搅拌指标：搅拌转速和搅拌功率。  搅拌控制策略：  发酵中不同阶段对氧需求进行调节。 过程及工艺控制 基质浓度 pH 溶解氧 尾气 3. 3 化学参数的检测与控制 过程及工艺控制  基质代谢        糖代谢          氮代谢        生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降  产物形成   菌体自溶 1、 pH检测与控制 发酵过程中pH波动的原因   过程及工艺控制 1)  pH对发酵的影响： 影响菌体生长代谢的酶活性 影响代谢产物的合成方向 影响菌体原生质膜电荷的改变，引起膜对离子的渗透作用，影响了营养物的吸收和代谢产物的分泌。 酶活 pH  pH的变化决定于所用的生产菌  培养基中营养物质的代谢引起pH的变化： 培养基pH在发酵过程中能被菌体代谢所改变。若阴离子氮源被利用 后产生NH3 ，则pH上升；有机酸的积累，使pH下降。 一般来说，高碳源培养基倾向于向酸性pH转移，高氮源培养基倾向 于向碱性pH转移，这都跟碳氮比直接有关。 生理酸性物质和生理碱性物质的消耗 根据不同菌种的生理特性，确定不同的最适pH 同一菌种根据不同阶段，生长期采用最适生长的pH， 在产物采用最适产物合成的pH。 pH对菌体生长影响比产物合成影响小 青霉素：菌体生长最适pH3.5~6.0，产物合成最适pH7.2~7.4 四环素：菌体生长最适pH6.0~6.8，产物合成最适pH5.8~6.0 生长 合成 X pH 四环素  生理酸性物质和生理碱性物质比例合适  添加缓冲物质：碳酸钙和磷酸盐  在发酵过程中直接补加酸或碱  过去流加硫酸或氢氧化钠，  现采用补加氨水、尿素、硫酸铵  在发酵过程中调节补糖速度控制pH 采用合适的培养基配比，C：N合适  基质浓度：发酵液中糖、氮、磷等发酵液中营养物质的浓度  检测：在线或离线。  2、基质浓度  过程及工艺控制 种类：葡萄糖 优点：    吸收快，利用快，能迅速参加代谢合成菌体和产生能量 缺点：   有些品种产生分解产物   阻遏效应。 种类：淀粉、乳糖、蔗糖、麦芽糖、玉米油 优点：   不易产生分解产物 阻遏效应。   有利于延长次级代谢产物的分泌期 缺点：溶解度低，发酵液粘度大。 迅速利用的碳源 缓慢利用的碳源 发酵工业中常采用含迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源的混合碳源。 迅速利用的碳源满足菌体生长的消耗，缓慢利用的碳源，满足产物合成，可延长合成期，提高产量，并可解除葡萄糖效应。 碳源种类的控制  概念：溶于培养液中的氧含量  表示：绝对含量，饱和氧浓度的百分数。  检测：在线溶氧电极。  控制策略：供应量和需要量二个方面考使之需氧不超过设备的供氧能力。 3、溶解氧的检测与控制  过程及工艺控制  废气中的氧含量和细胞的摄氧速率有关  二氧化碳为细胞呼吸产生并释放出  细胞的摄氧速率、呼吸速率和发酵罐的供氧能力。 4、废气检测与控制  过程及工艺控制 概念：气体分散在少量液体中，气体与液体之间被一层液膜隔开就形成了泡沫。 3. 4 泡沫检测与控制 过程及工艺控制 1、泡沫形成的原因 气液接触 气液接触大致有以下两类情况： （1）气体从外部进入液体，如搅拌液体时混入气体 （2）气体从液体内部产生，此时形成的泡沫一般气泡较小、较稳定。 含助泡剂 不纯净的水产生泡沫，其寿命在0.5秒之内，只能瞬间存在； 摇荡纯溶剂不起泡，如蒸馏水，只有摇荡某种溶液才会起泡。         过程及工艺控制 2、发酵过程中泡沫形成的原因 2.1 通气搅拌的程度  通气大、搅拌强烈可使泡沫增多，反之则少。  发酵前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分丰富，易起泡。  应先开小通气量，再逐步加大。搅拌转速也如此。  也可在基础料中加入消泡剂。 过程及工艺控制 2、发酵过程中泡沫形成的原因 2.2 培养基配比与原料组成 培养基营养丰富，黏度大，产生泡沫多而持久，前期难开搅拌。 如在50L罐中投料10L，成分为淀粉水解糖、豆饼水解液、玉米浆等，搅拌900 rpm，通气，泡沫生成量为培养基的2倍。        如接种量大一些，生长速度快些，前期就容易开搅拌。  过程及工艺控制 2、发酵过程中泡沫形成的原因 2.3 菌种、种子质量和接种量     

第五章 微生物发酵及.ppt