发酵工艺流程控制.ppt

第九章
发酵过程控制
本章内容
一、概述
二、温度对发酵的影响及其控制
三、pH对发酵的影响及其控制
四、溶解氧对发酵的影响及其控制
五、CO2和呼吸商对发酵的影响及其控制
六、基质浓度对发酵的影响及补料控制
七、高密度发酵及过程控制
八、泡沫对发酵的影响及其控制
1. 过程控制的重要性
菌株特性(营养要求、生长速率、
呼吸强度、产物合成速率)
传递性能

物理:n、T、Ws
  化学:pH、DO、浓度
过程控制的意义:最佳工艺条件的优选(即最佳工艺参数的确定)以及在发酵过程中通过过程调节达到最适水平的控制。
决定发酵单位(水平)的因素
外部环境因素
工艺条件
生物因素:
设备性能:
2. 发酵过程控制的一般步骤
确定能反映过程变化的各种理化参数及其检测方法
 
研究这些参数的变化对发酵生产水平的影响及其机制,获取最适水平或最佳范围
 
建立数学模型定量描述各参数之间随时间变化的关系
 
通过计算机实施在线自动检测和控制,验证各种控制模型的可行性及其适用范围,实现发酵过程最优控制
3. 参数检测
代谢参数按性质可分为三类:
物理参数:温度、搅拌转速、罐压、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧(二氧化碳)浓度等;
化学参数:基质浓度(包括糖、氮、磷)、 pH、产物浓度、核酸量等;
生物参数:菌丝形态、菌体浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、摄氧率、关键酶活力等;
3. 参数检测
参数按获取方式可分为两类:
如T、pH、罐压、空气流量、搅拌转速、溶氧浓度等
如摄氧率(γ)、呼吸强度(QO2)、比生长速率(μ) 、体积溶氧系数(KLa)、呼吸商(RQ)等。
直接参数:
间接参数:将直接参数通过公式计算获得的
参数,
3. 参数检测
参数的测量形式
离线测量:基质(糖、脂类、无机盐等)、前体和代谢产物(抗生素、酶、有机酸、氨基酸等)
在线测量:如T 、pH、DO、溶解CO2、尾气CO2、黏度、搅拌转速等
优点:及时、省力,可从繁琐操作中解脱出来,便于计算机控制。
困难:传感器要求较高。
对传感器的要求
能经受高压蒸汽灭菌;
传感器及其二次仪表具有长期稳定性;
最好能在过程中随时校正,灵敏度好;
探头材料不易老化,使用寿命长;
安装使用和维修方便;
解决探头敏感部位被物料粘住、堵塞问题;
价格合理,便于推广。
3. 参数检测
第三节温度变化及其控制
一、温度对生长的影响
二、温度的影响与控制
三、发酵过程引起温度变化的因素
一、温度对生长的影响
不同微生物生长对温度的要求不同,根据对温度的要求可分为四类:嗜冷菌适应于0~260C生长,嗜温菌适应于15~430C生长,嗜热菌适应于37~650C生长,嗜高温菌适应于650C以上生长。