发酵过程工艺控制.ppt

发酵过程工艺控制
第一节温度控制
第二节 pH值控制
第三节泡沫控制
第四节二氧化碳和呼吸商
第五节补料控制
第六节菌浓和基质对发酵的影响
第七节微生物发酵终点的判断
重点:温度控制;发酵热;温度对发酵的影响; pH值的控制;pH值对菌生长和代谢产物形成的影响;影响pH变化的因素;发酵过程中pH的调节及控制;泡沫的控制;发酵过程中泡沫的变化;补料的控制;菌体浓度对发酵的影响与控制;基质对发酵的影响;二氧化碳对菌体生长和发酵的影响;呼吸商与发酵的关系;发酵终点的判断。
发酵过程的主要控制参数
⑴ pH值: 显示发酵过程中各种生化反应的综合结果。
⑵温度:不同的菌种,不同产品,发酵不同阶段所维持的温度亦不同。
⑶溶氧浓度(DO值,简称溶氧):一般用绝对含量(mg/L)来表示,有时也用在相同条件下氧在培养液中饱和度的百分数(%)来表示。
⑷基质含量:定时测定糖(还原糖和总糖)、氮(氨基氮或铵氮)等基质的浓度。
⑸空气流量:每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积,也叫通风比。~ L/(L·min)。
⑹压力:~ MPa。
⑺搅拌转速:控制搅拌转速以调节溶氧。以每分钟的转数表示。
⑻搅拌功率:常指每立方米发酵液所消耗的功率(kW/m3)。
⑼黏度:细胞生长或细胞形态的一项标志,也能反映发酵罐中菌丝分裂过程的情况,通常用表观黏度表示之。
⑽浊度:澄清培养液中低浓度非丝状菌的OD值与细胞浓度成线性关系。一般采用分光光度计的波长420~660 nm测量,~。波长600~700 nm间, g细胞干重/L。浊度对氨基酸、核苷酸等产品的生产是极其重要的。
(11) 料液流量
(12) 产物的浓度:
(13) 氧化还原电位:限氧条件发酵用氧化还原电位参数控制则较理想。
(14) 废气中的氧含量:从废气中的氧和CO2的含量可以算出产生菌的摄氧率、呼吸商和发酵罐的供氧能力。
(15) 废气中的CO2含量:揭示产生菌的呼吸代谢规律。
(16) 菌丝形态:衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵过程的代谢变化和决定发酵周期长短的依据之一。
(17) 菌体浓度:是控制微生物发酵的重要参数之一,特别是对抗生素次级代谢产物的发酵。常根据菌浓来决定适合的补料量和供氧量。
由以上参数计算得出的菌体生长比速、氧比消耗速率、糖比消耗速率、氮比消耗速率和产物比生成速率也是控制产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺条件的主要依据,多用于发酵动力学的研究。
第一节温度控制
1 发酵热
伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热;发酵热的产生引起发酵液温度变化。在发酵过程中,某些因素导致热的产生,另外一些因素又导致热量散失。
产热>散热净热量堆积发酵液的温度上升;
相反,产热小于耗热,温度下降。
下面具体分析产热和散热的因素。
1) 生物热Q生物
在发酵过程中,菌体不断利用培养基中的营养物质,将其分解氧化而产生的能量,其中一部分用于合成高能化合物(如ATP)提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量,其余一部分以热的形式散发出来,这散发出来的热就叫生物热。
微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。
生物热与发酵类型有关
微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多
一摩尔葡萄糖彻底氧化成CO2和水
好氧:,
183千焦耳转变为高能化合物

厌氧:,

13千焦以热的形式释放
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特点:
具有时间性;
具有生物特异性;
与营养有关;
如果培养前期温度上升缓慢,说明菌体代谢缓慢,发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈,有可能染菌,此外培养基营养越丰富,生物热也越大。