发酵过程与控制.ppt

发酵过程与控制
主要内容
微生物发酵类型
1
工艺控制参数
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发酵过程代谢变化
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菌体浓度的影响和控制
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温度的影响及其控制
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PH值影响及其控制
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溶氧的影响及其控制
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泡沫的影响及其控制
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发酵终点的判断
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补料控制
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溶解氧Dissolve Oxygen (DO)
需氧微生物生长所必需。
纯氧在水、
在28℃氧在发酵液中100％ -1左右，比糖的溶解度小7000倍。
在对数生长期即使发酵液中的溶氧能达到100％空气饱和度，若此时中止供氧，发酵液中溶氧可在15~30s便耗竭。
溶氧的影响及控制
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一、描述微生物需氧的物理量
比耗氧速率或呼吸强度（QO2 ）：单位重量的细胞(干重)在单位时间内所消耗的氧气，mmolO2/(g菌·h)
摄氧率(r)：单位体积的发酵液在单位时间内所需要的氧量。mmolO2·L-1·h-1 。
r= QO2 .X
X——细胞浓度（g/L)
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二、影响需氧的因素
菌体浓度X：直接影响培养液的摄氧率。
QO2：呼吸强度又受到很多因素影响
r= QO2 .X
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二、影响需氧的因素
呼吸强度QO2的影响因素（五点）
遗传因素：不同的微生物呼吸强度是不同的。一般为 25～100mmolO2/(L·h)。
菌龄：一般幼龄菌生长旺盛，呼吸强度大；老龄菌生长慢，呼吸强度小。
代谢类型：若产物是通过三羧酸循环(TCA)获取，则呼吸强度高，如Glu、天冬氨酸的生产；若糖酵解途径(EMP)，则呼吸强度低，如苯丙氨酸、亮氨酸的生产。
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培养基的成分与浓度
培养基成分尤其是碳源对细胞的耗氧量有很大影响。
培养基的浓度也会影响细胞的耗氧速率。营养丰富，菌体生长快，耗氧量大.
此外，若培养基中含有生长抑制剂时，呼吸强度也回受到限制。不同碳源对青霉素摄氧率的影响
内源呼吸？
外源呼吸？
如果外界没有供给能源，而是利用自身内部储存的能源物质进行呼吸
在正常情况下，微生物利用外界供给的能源进行呼吸
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发酵条件
温度、pH通过对酶活性的影响而影响菌体细胞的耗氧
温度还影响发酵液中的溶氧浓度
有些有害物质的积累，如NH3、CO2会抑制微生物的呼吸
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三、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响
CCr
CCr：呼吸临界氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。如果对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度。
QO2
CL（溶解氧浓度）
当溶解氧浓度高于临界值时，微生物的呼吸强度保持恒定，与培养液中的氧浓度无关；当低于这个临界值时，微生物的呼吸强度受到溶解氧浓度的影响，这时细胞的代谢活动会因溶解氧浓度的限制受到影响。p107
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注意：有时产物合成临界氧浓度和菌体生长所需的呼吸临界氧浓度会不一 样：
头孢菌素 卷须霉素
生长 CCr 为5% (相对于饱和浓度） CCr 为13%
产物 >13% >8%
（即低于13%时产物的形成会受到抑制）
一般对于微生物： CCr: ＝1～25%饱和浓度
例：酵母 ×10-3 -1, %
产黄青霉 ×10-2 -1, %
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