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第五章发酵工艺制07.ppt

发布:2019-03-02约9.85千字共89页下载文档
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菌体生长期: 酶系统 Ⅰ 酶系统 Ⅱ 关键因子 开始的细胞 生长好后的细胞 产物合成 产物形成期: 底物 产物 酶系统 Ⅱ 反应动力学问题 发酵过程的控制一般策略: 前期有利于菌体生长,中后期有利用产物的合成 溶氧控制的一般策略: 前期大于临溶氧浓度,中后期满足产物的形成。 2、溶氧控制的实例 GA X DO 谷氨酸发酵: 要求:氧饱和度1 控制:0-12小时 小通风 12小时后 增加通风 原因:0-12小时菌体量较小,采用小通风 12 一般认为,发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力,对菌体的生长有时会产生不利的影响,所以有时发酵初期采用小通风,停搅拌,不但有利于降低能耗,而且在工艺上也是必须的。但是通气增大的时间一定要把握好。 例: 生产肌苷酸: 通气量不变 17.15 mg/ml 24小时增加 22.55 mg/ml 30小时增加 18.25 mg/ml 36小时增加 12.34 mg/ml 例:某厂青霉素发酵的工艺研究 * 三、发酵过程中溶氧浓度监控的意义 1、考察工艺控制是否满足要求 2、其它异常情况的表征 染菌、噬菌体、设备和操作故障 3、间接控制的措施 本章小节: 了解微生物对氧的需求并掌握其中的基本概念 掌握反应器氧的传递方程,及其参数的测定 深入理解Kla的意义,了解反应器放大的基本概念 掌握发酵过程中溶氧浓度的调节方法,并认识监控 溶氧浓度的意义 具体影响因素: (1)搅拌 一方面增加溶氧速率,另一方面使微生物悬浮液混合一致,促进新陈代谢产物的传递速率 转速、组数、类型等均有影响 (2)空气线速 增加通风,线速增加,增大溶氧 增大风量,转速不变,功率会降低,使溶氧系数降低 要防止“过载” (3)空气分布管 (4)氧的分压 增大空气中氧分压,可使溶解度增大 但压力过大,需耐压设备,费用增加,也影响生理代谢 (5)发酵罐内液柱高度 在空气流量和单位发酵液体积消耗功率不变时,通风效率是随H/D增加而增加 一般H/D=2~3为宜 (6)发酵罐体积 罐体积大,氧利用率高(气体接触时间长,溶解率高) (7)发酵液物理性质 粘度、表面张力、离子浓度等影响气泡大小,气泡的稳定性和氧的传递速率。 泡沫大量形成,菌体与泡沫形成稳定的乳浊液,影响氧的传递。 第五节 泡沫的控制 一、泡沫的形成及其对发酵的影响 泡沫: 形成的必要条件: 气液两相共存 有表面张力大的物质存在,单组分的纯液体,一般不形成泡沫 1、影响 泡沫持久存在,妨碍CO2的排除,影响微生物对氧的吸收,破坏正常生理代谢,不利发酵和生物合成。 泡沫大量产生,使发酵罐有效容积大大减少,影响设备利用率 泡沫过多,控制不好,会引起大量跑料,造成浪费和环境污染 泡沫升到灌顶,可能从轴封渗出,增加染菌机会 泡沫过多也会影响氧传递、通风与搅拌效果。 2、形成原因 (1)通气和机械搅拌 (2)培养基中某些成分变化或微生物代谢形成气泡 (3)培养基中某些成分在气泡表面排列成坚固的薄膜,气泡不易破裂,聚成泡沫层 (1)是通风的气流被搅拌器打碎形成 (2)、(3)是菌体代谢活动过程产生的气体聚结而成,叫发酵性泡沫,在发酵旺盛时才明显。 糖蜜原料与石油类原料在好气发酵中产生大量泡沫 在需极高通气搅拌速度的抗生素和单细胞蛋白菌体发酵生产中如何解决好泡沫问题,值得重视。 二、泡沫的特性 两种类型 泡沫稳定性与液体表面性质,如表面张力,表面粘度等有关 三、发酵过程泡沫变化的一般规律 泡沫的多寡一方面与通风、搅拌的剧烈程度有关。搅拌引起的泡沫比通气大,另一方面与培养基所用原料性质有关。 蛋白质原料是主要气泡因素。 糖类本身气泡能力差,但增加了培养基粘度,有利于泡沫稳定。 灭菌方法和操作条件均影响培养基成分变化而影响发酵时泡沫的产生。 染菌使粘度增加,产生大量泡沫。 四、化学消泡 优点:化学消泡剂来源广泛,消泡效果好作用迅速可靠,用量少,不需改造设备,大小规模适用,易实现自动控制。 消泡机理 选择依据:6点 常用消泡剂:4种类型 五、机械消泡 优点:不用在发酵液中加其他物质,节省原料,减少由于加消泡剂引起的污染机会。 缺点:不如化学消泡迅速、可靠,需一定设备及消耗动力,不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素。 第六节 补料的控制 一、补料的作用 生产菌的自溶期推迟,生物合成期延长,提高产量。 纠正异常发酵的重要手段。 二、补料的内容 C源 N源 微量元素和无
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