第五章发酵过程及控制.ppt

第五章发酵过程及控制
第一页，本课件共有125页
本章讲述的内容
第一节 发酵方式
第二节 发酵动力学
第三节 发酵过程主要影响因素及其控制
第四节 发酵过程检测和自控
第五节 发酵终点判断
第五页，本课件共有1器
传感器
间接计算
维持生长、合成
维持正压、增加溶氧
供氧、排泄废气、提高KLa
物料混合、提高KLa
反映搅拌情况、KLa
反映菌的生长、KLa
反映菌的生长情况
反映发酵代谢情况
反映供氧效率
物理参数
第四十五页，本课件共有125页
参数名称
单位
测试方法
意义、主要作用
pH
基质浓度
溶解氧浓度
氧化还原电位
产物浓度
尾气氧浓度
尾气CO2浓度
菌体浓度
RNA、DNA含量
ATP、ADP、AMP
NADH含量
摄氧率
呼吸强度
呼吸商
比生长速率
g/ml
ppm
mV
g/ml
Pa
%
G(DCW)/ml
Mg(DCW)/g
Mg(DCW)/g
Mg(DCW)/g
gO2/
gO2/
 
1/h
传感器
取样
传感器
传感器
取样
传感器
传感器
取样
取样
取样
取样
间接计算
间接计算
间接计算
间接计算
了解生长和产物合成
了解生长和产物合成
反映氧供需情况
反映菌的代谢情况
产物合成情况
了解耗氧情况
了解菌的呼吸情况
了解生长情况
了解生长情况
了解能量代谢活力
了解菌的合成能力
了解耗氧速率
了解比耗氧速率
了解菌的代谢途径
了解生长
化学、生物参数
第四十六页，本课件共有125页
目前较常测定的参数有温度、罐压、空气流量、搅拌转速、pH、溶氧、基质浓度、菌体浓度(干重、离心压缩细胞体积%)等。
不常测定的参数有氧化还原电位、粘度、尾气中的O2和CO2含量等。
参数测定方法有：
在线测定
取样测定（离线测定）
第四十七页，本课件共有125页
■ 参数在线测定的优点及问题
优点：
主要是及时、省力，且可从繁琐操作中解脱出来，便于用计算机控制。
问题：
发酵液的性质复杂。一般培养液中同时存在三相，即液、气、固体不溶物或油；
发酵要求纯种培养，培养基和有关设备需用高压蒸汽灭菌。因而要求使用的传感器能耐蒸汽灭菌，这给各种传感器的制造带来很大的困难。
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二、温度对发酵的影响及控制
1，影响发酵温度的因素
产热因素：生物热 搅拌热
散热因素：蒸发热 辐射热
第四十九页，本课件共有125页
发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。
Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
第五十页，本课件共有125页
2、温度对生长的影响
不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对温度的要求大致可分为四类：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
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◆ 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。
第五十六页，本课件共有125页
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。
第五十七页，本课件共有125页
影响各种酶的反应速率和蛋白质性质
影响发酵液的物理性质
影响生物合成的方向。
例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于30℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强。当温度提高，合成四环素的比例也提高。在温度达35℃则只产生四环素而金霉素合成几乎停止。
3，温度对发酵的影响
第五十八页，本课件共有125页
最适温度是一种相对概念，是指在该温度下最适于菌的生长或发酵产物的生成。
最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件和菌体生长阶段有关。
最适发酵温度的选择
在发酵的整个周期内仅选一个最适培养温度不一定好。
温度的选择要参考其它发酵条件。
温度的选择还应考虑培养基成分和浓度
4，最适温度的确定
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发酵罐：夹套（10M3以下）
盘管（蛇管） （10M3以上）
5，温度的控制
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三、 pH对发酵的影响及控制
pH是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，所以是十分重要的参数。
发酵过程中pH