发酵过程的工艺控制.ppt

但在生产率较小(或停止)的情况下，单位体积发酵液的产物产量增长就有限，如果继续延长时间，使平均生产率下降，而动力消耗、管理费用支出、设备消耗等费用仍在增加，因而产物成本增加。 需要从经济学观点确定一个合理时间。 发酵时间太长，菌体会自溶，释放出菌体蛋白或体内的酶，又会显著改变发酵液的性质，增加过滤工序的难度，这不仅使过滤时间延长，甚至使一些不稳定的产物遭到破坏。都可能使产物质量下降，杂质含量增加，故要考虑发酵周期长短对提取工序的影响。 总发酵生产时间包括发酵周期和辅助操作时间，因此要提高总生产率，则有必要缩短发酵周期，这就是要在产物生成速率较低时放罐。 延长发酵虽然略能提高产物浓度，但生产率下降，且耗电大，成本提高，每吨冷却水所得到的产物产量下跌。 能够预测控制动作对过程状态影响的模型（用加入基质的浓度和速率控制细胞生长率时，表达两者之间关系的数学式） 三者互相联系、互相制约，组成具有特定 自动控制功能的自控系统。 产品质量因素发酵时间长短对后续工艺和产品质量有很大的影响 如果发酵时间太短，过多营养物质残留在发酵液中，对下游操作提取、分离等工序都不利。 特殊因素 个别特殊发酵情况下，还要考虑个别因素 对老品种的发酵来说，放罐时间都已掌握，在正常情况下，可根据作业计划，按时放罐。但在异常情况下，如染菌、代谢异常(糖耗缓慢等)，就应根据不同情况，进行适当处理。为了能够得到尽量多的产物，应该及时采取措施(如改变温度或补充营养等)，并适当提前或拖后放罐时间。　　　 合理的放罐时间是由实验来确定的，即根据不同的发酵时间所得的产物产量计算出发酵罐的生产率和产品成本，采用生产率高而成本又低的时间，作为放罐时间。 不同发酵类型，达到的目标不同，对终点的判断标准也不同。 一般对发酵和原材料成本占整个生产成本主要部分的发酵产品，主要追求提高生产率、得率(kg产物／kg基质)和发酵系数[kg产物／(罐容m3·发酵周期h)]。 下游技术成本占的比重较大、产品价格较贵，除了高的生产率和发酵系数外，还要求高的产物浓度。 因此，考虑放罐时间时，还应考虑总生产率(放罐时产物浓度除以总发酵生产时间)。 判断放罐的指标 产物浓度 过滤速度 菌丝形态 氨基氮含量 残糖含量 PH值、DO值 菌体自溶的检测 自溶的概念 自溶的特征 检测方法 微生物养分的缺乏或处于不利生长环境，自身开始裂解 膜功能丧失 区域化破坏 自溶酶释放 常规方法 成像分析技术 监测酶的活性 4 发酵研究的中间检测 ① 初级层次的研究： 一般在摇瓶规模进行试验。主要考察目的菌株生长和代谢的一般条件，如培养基的组成、最适温度、最适pH等要求。 摇瓶研究的优点是工作量大，可以一次试验几十种甚至几百种条件，对于菌种培养条件的优化有较高的效率。 ② 代谢及工程参数层次研究： 一般在小型反应器规模进行试验。在摇瓶试验的基础上，考察溶氧、搅拌等摇瓶上无法考察的参数，以及在反应器中微生物对各种营养成分的利用速率、生长速率、产物合成速率及其它一些发酵过程参数的变化，找出过程控制的最佳条件和方式。 由于罐发酵中全程参数的是连续的，所以得到的代谢情况比较可信。 华东理工大学的国家生物工程中心创制的全参数发酵罐除了装备有常规发酵罐的温度、溶氧、pH电极，得到发酵全过程的这些参数外，还有罐体称重，补料计量装置和尾气采集分析系统，更重要的是，有一套独特的数据处理软件，软件的开发是长期科研成果的结晶，可以得到14个发酵过程参数，并且可以输入和绘制人工测定的参数，对发酵过程的分析起到了重要的作用 发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的三倍。 对于大型发酵罐以及液体深度HL较高的，可安装三组或三组以上的搅拌器。 3 挡板 挡板的作用：改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。 4 消泡器 消泡器的作用：将泡沫打碎。最常用的形式有锯齿式、孔板式。 消泡器的长度约为罐径的0.65倍 孔板式的孔径约10～20mm。 5 轴封 轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。 常用的轴封有填料函和端面轴封两种。 6、联轴器 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。 7、轴承 中型发酵罐—般在罐内装有底轴承 ，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。 罐内轴承不能加润滑油 ，应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯等)， 轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的0.4~0.7％。 为了防止轴颈磨损，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套。 8、变速装置 试验罐采用无级变速装置。 发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减