4第四章发酵与酿造工程学基础及主要设备.ppt

第三节 发酵工艺控制;（一） 发酵过程的主要控制参数;（3）搅拌速度（r/min） 搅拌器在发酵过程中的转动速度。 其大小影响发酵过程氧的传递速率，受醪液的流变学性质影响，还受发酵罐的容积限制（见下表） ;（4）搅拌功率（kW） 搅拌器搅拌时所消耗的功率（kW/m3），在发酵过程中的转动速度。 其大小与液相体积氧传递系数有关。 （5）空气流量（m3空气/（m3发酵液·min）） 单位时间内单位体积发酵液里通入空气的体积，一般控制在0.5～1.0（m3空气/（m3发酵液·min））;（6）粘度（Pa·s） 细胞生长或细胞形态的一种标志，反映发酵罐中的菌丝分裂情况，表示菌体的浓度。 （7）浊度（％） 反映应单细胞生长情况 （8）料液流量（L/min） 进料参数;2. 化学参数 （1）pH （酸碱度） 发酵工艺重要的参数之一，与菌体生长和产物合成有密切关系。包括起始pH ，发酵过程中的pH ，后者反应菌体的生理特性。 （2）基质浓度（g/L） 发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的浓度，对菌体的生长和代谢合成有重要影响，是产物代谢控制的重要手段。发酵过程中必须定时测定糖或氮（氨基酸或铵氮）等的浓度。;（3）溶解氧浓度（ppm或饱和度，％） 溶解氧是好氧发酵的必备条件，是生化产能反应的最终电子受体，也是细胞及产物重要的组分。通常用饱和百分度表示。 （4）氧化还原电位（mV） 培养基的氧化还原电位是影响微生物生长及生化活性的因素之一。在某些限氧发酵（如氨基酸），氧电极以不能精确使用，氧化还原电位参数控制较为理想。;（5）产物浓度（μg（u）/ml） 检验发酵是否正常与否的重要参数， 是决定发酵周期长短的根据. （6）废气中的氧浓度（Pa） 废气中的氧浓度与发酵微生物的摄氧率和KLa有关，以此确定发的供氧能力。 （7）废气中的CO2浓度（%） 根据废气中的氧浓度和CO2浓度，以此计算产生菌的呼吸商，了解产生菌的呼吸代谢规律。;3. 生物参数 （1）菌丝形态 菌丝形态是衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵过程的代谢变化和决定发酵周期的依据之一。 （2）菌体浓度 菌体浓度是控制微生物发酵的重要参数之一。生产上，常常根据菌体浓度来决??补料量和供氧量，以保证生产达到预期水平。 根据菌体浓度研究菌体比生长率，基质比消耗率等动力学参数，以此确定最佳发酵工艺。;（二）控制方式 一般检控系统包括3个部分。 1．测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH计直接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信号。 2．控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各种参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指令执行元件进行调整控制。 3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭有关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达到预定位置。 手动控制和自动控制;发酵控制（小型发酵罐）;一 、温度对发酵的影响及其控制;1.温度对生长的影响; 每种微生物对温度的要求可用最适温度、最高温度、最低温度来表征。在最适温度下，微生物生长迅速；超过最高温度微生物即受到抑制或死亡；在最低温度范围内微生物尚能生长，但生长速度非常缓慢，世代时间无限延长。在最低和最高温度之间，微生物的生长速率随温度升高而增加，超过最适温度后，随温度升高，生长速率下降，最后停止生长，引起死亡。 微生物受高温的伤害比低温的伤害大，即超过最高温度，微生物很快死亡；低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡。这就是菌种保藏的原理。;2、温度对发酵的影响： ;（二）最适温度的选择; 发酵前期，由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速； 发酵中期，菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。 发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。如四环素生长阶段28 ℃ ，合成期26 ℃后期再升温；黑曲霉生长37 ℃ ，产糖化酶32～34 ℃ 。但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌生长30～32 ℃ ，产酸34～37 ℃ 。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。;2、根据培养条件选择;3、根据菌生长情况 菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。 总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。;（三）发酵过程引起温度变化的因