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《发酵工艺控制》.ppt


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文档列表 文档介绍
第七章 发酵工艺控制
发酵工艺控制的基础:
了解产生菌生长、发育及代谢情况及动力学模拟
了解生物、物理、化学和工程的环境条件对发酵过程的影响
如何进行控制?
测定各种参数
依据参数变化,并通过动力学关系获得发酵过程的各项最佳
参数
度。
确定最适发酵温度还应参考其它发酵条件:
在较差通气条件下,降低发酵温度对发酵有利
培养基成分较易被利用或较稀薄时,降低发酵温度有利
整理课件
四、发酵温度的控制
在发酵罐上安装夹套和蛇罐,通过循环冷却水控制。
冷却介质:深井水或冷冻水
控制方式:手动控制或自动控制
温度计
温度控制器
调节阀
整理课件
第二节 pH的影响及控制
一、pH对发酵的影响:
影响菌体生长代谢的酶活性
影响代谢产物的合成方向
影响菌体原生质膜电荷的改变,引起膜对离子的渗透作用,影响了营养物的吸收和代谢产物的分泌。
pH
Growth
2-3 pH units
整理课件
pH的变化决定于所用的生产菌:
培养基中营养物质的代谢引起pH的变化:
培养基pH在发酵过程中能被菌体代谢所改变。若阴离子氮源被利用后产生NH3 ,则pH上升;有机酸的积累,使pH下降。
一般来说,高碳源培养基倾向于向酸性pH转移,高氮源培养基倾向于向碱性pH转移,这都跟碳氮比直接有关。
生理酸性物质和生理碱性物质的消耗
二、影响发酵pH变化的因素:
整理课件
根据不同菌种的生理特性,确定不同的最适pH
同一菌种根据不同阶段,生长期采用最适生长的pH,
在产物采用最适产物合成的pH。
三、最适pH的选择
整理课件
四、pH的控制
采用合适的培养基配比
C:N合适
生理酸性物质和生理碱性物质比例合适
添加缓冲物质:碳酸钙和磷酸盐
在发酵过程中直接补加酸或碱
过去流加硫酸或氢氧化钠,
现采用补加氨水、尿素、硫酸铵
在发酵过程中调节补糖速度控制pH
整理课件
几种具体情况的调节方法
当pH低,氨基氮含量低时
当pH高,氨基氮含量低时
当pH高,氨基氮含量高时
当pH由于多加了削沫剂而下降时
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pH的控制系统
pH电极
设定控制器
调节阀

pH
Uncontrolled
Controlled
经消毒的pH电极装入发酵罐内定时直接测定培养基的pH,同时还可以与控制仪表连结,通过回路系统控制阀门或泵进行pH调节。
整理课件
菌体浓度的增加速度(生长速度)与微生物的种类和自身的遗传特性有关
第三节 菌体生长速度和菌体浓度的影响及控制
影响菌体浓度的因素
菌体浓度的增加速度(生长速度)与营养基质的种类和浓度有关 ( μ 正比于S )
当存在基质抑制作用时或造成高渗透压时,高浓度营养基质引起生长速率下降。
菌体浓度的增加速度(生长速度)受环境条件的影响
整理课件
最适菌体浓度的确定
优化控制的目标:在最短的时间内产生最大量的产物。(dP/dtMAX)
dP/dt =qP X
qP=f〔 X, μ , qO 2 qS CL〕
整理课件
以青霉素发酵为例
qP / qPm
μ / μm
-

青霉素发酵的qP与μ的关系
μC
μ > μC qP可维持在qPmax
μ < μC qP随μ减小而减小
要保证生产菌获得最大的比生产速率,就必须维持较大的比生长速率。
但是,过高的比生长速率造成过高的菌体浓度,造成不利影响:
整理课件
过高的比生长速率和过高的菌体浓度造成的不利影响:
1、 μ过高,S消耗过快,有限的营养基质只能用于生长,而不足于产物合成。
2、有毒中间产物的快速积累,会改变菌体的代谢途径,抑制产物合成。
3、 X过高,增加OUR,且发酵液粘度增大,减小OTR。
CL减小,抑制菌体生长和产物合成。
最适X?
最适μ为等于或稍大于μC
整理课件
青霉素发酵的qP、OUR、OTR与X的关系
-
X / Xm

OUR
qP / qPm
OTR
dp/dt
XC
OUR=OTR时的菌体浓度为最适菌体浓度,
在发酵过程中,控制目标为保持稳定的临界菌体浓度和临界比生长速率,以维持呼吸临界溶氧浓度为前提的耗氧速率与供氧速率的平衡,从而使产物合成速率和比速率达到最大值。
整理课件
生长速度和菌体浓度的控制方法
确定基础培养基的适当配比,防止培养基过于丰富或过于稀薄。
通过调节中间补料的速度和量来控制。
整理课件
第四节 营养基质的影响及控制 一、碳源
种类:葡萄糖
优点:
吸收快,利用快,能迅速参加代谢合成菌体和产生能量
缺点:
有些品种产生分解产物 阻遏效应。
一)、碳源种类

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  • 时间2022-08-05