第五章第一节温度的影响及控制.ppt

第五章 发酵工艺控制1 第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数 第二节 温度对发酵的影响及其控制 第三节 PH对发酵的影响及其控制 第四节 溶氧对发酵的影响及其控制 第五节 CO2和呼吸商 第六节 补料的控制 第七节 泡沫对发酵的影响及其控制 第八节 发酵终点的判断 工艺条件控制的目的： 就是要为生产菌创造一个最适的环境，使我们所需要的代谢活动得以最充分的 表达。 第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数 微生物发酵有三种基本方式即 分批发酵(batch fermentation)、 补料分批发酵(fed-batch fermentation)、 连续发酵(continuous fermentation)。 ?? 工业上为了防止出现菌种衰退和杂菌污染等实际问题，大都采用 分批发酵 补料分批发酵 按照菌体生长、碳源的利用、产物的生成速率的变化以及这三者之间的动力学关系来考虑，Gaden把微生物发酵过程分为三种类型。 微生物的代谢产物，按其与菌体生长、繁殖的关系来说，又分为： 初级代谢产物(primarymetabolite) 次级代谢产物(secondarymetabolite)。 根据产物生成与基质消耗的 关系分类 按照菌体生长、碳源的利用以及产物的生成速度的变化以及这三者之间的动力学关系来考虑，Gaden把微生物发酵过程分为三种类型 一、初级代谢的代谢变化 初级代谢——生物细胞在生命活动过程中所进行的代谢活动。其产物即为初级代谢产物。 初级代谢的产物：如氨基酸、有机酸、核酸、多糖、脂质等生命必需物质。初级代谢自始至终存在于生活的菌体中，同菌体的生长过程呈平行关系，只有微生物大量生长，才能积累大量初级代谢产物。 工业发酵中往往要接入处于对数期(特别是中期)的菌体，以尽量缩短停滞期。 谷氨酸发酵的代谢曲线 对数期：长菌阶段，极少产谷氨酸。控制发酵条件以有利于长菌。补加尿素，补充氮源和调节pH值 对数期的末期：增殖型菌体向生产型菌体转化 阶段，约需10～18h。加大风量，供给充足的氧，并及时流加尿素 。 谷氨酸大量合成期。控制发酵条件以有利于谷氨酸的合成。适当提高温度、降低风量、流加尿素以少量为好 二、次级代谢的代谢变化  次级代谢 按动力学模型分类，它们的发酵属于菌体的生长与产物非偶联的类型，一般可明显地表现为菌体的生长期和次级代谢产物形成期。 ⒈菌体生长阶段 如果以菌体DNA含量作为菌体生长繁殖的标准来划分菌体生长阶段(生长期)和产物生成阶段(生产期)，它们的阶段界限是很明显的，即菌体的生长达到恒定后(即DNA含量达到定值，菌体浓度达到临界浓度就进入产物生成阶段。 ⒉产物生成阶段 ⒊菌体自溶阶段 ⒉产物生成阶段 外界环境的变化很容易影响这个阶段的代谢，碳源、氮源和磷酸盐等的浓度必须控制在一定的范围内，发酵条件也要严格控制，才能促使产物不断地被合成。 如果营养物质过多，则菌体就要进行生长繁殖，抑制产物的合成，使产量降低； 如果过少，菌体就易衰老，产物合成能力下降，产量减少。 发酵液的pH值、培养温度和溶氧浓度等参数的变化，对该阶段的代谢变化都有明显的影响，因此须严格控制。 ⒊菌体自溶阶段　 这个阶段的菌体衰老、细胞开始自溶，氨基氮含量增加，pH值上升，产物合成能力衰退，生产速率下降。发酵到此期必须结束，否则产物不仅受到破坏，还会因菌体自溶而给发酵液过滤和提取带来困难。 三、发酵过程的主要控制参数 ⑴pH值 (10)浊度 ⑵温度(℃) (11)料液流量 ⑶溶氧浓度 (12)产物的浓度　　 ⑷基质含量 (13)氧化还原电位　 ⑸空气流量 (14)废气中的氧含量　　　 ⑹压力 (15)废气中的CO2含量　 　　 ⑺搅拌转速 (16)菌丝形态　　　　 ⑻搅拌功率 (17)菌体浓度　　 ⑼黏度　　　 　(13)氧化还原电位　培养基的氧化还原电位是影响微生物生长及其生化活性的因素之一。对各种微生物而言，培养基最适宜的与所允许的最大电位值，应与微生物本身的种类和生理状态有关。氧化还原电位常作为控制发酵过程的参数之一，特别是厌氧发酵和某些氨基酸发酵是在限氧条件下进行的，溶氧电极已不能精确使用，这时用氧化还原电位参数控制则较为理想。 一、温度对发酵的影响 影响微生物的生长 影响各种酶的反应速率 改变菌体代谢的合成的方向 影响微生物代谢调控机制 影响发酵液的物理性质 温度系数—Q10 温度对化学反