发酵工艺控制(温度控制)
发酵工艺控制
（4）搅拌功率（kW）
搅拌器搅拌时所消耗的功率（kW/m3），在发酵过 程中的转动速度。 其大小与液相体积氧传递系数有关。 （5）空气流量（m3空气/（m3发酵液· min）） 单位时间内单位体积发酵液里通入空气的体积，一 般控制在0.5～1.0（m3空气/（m3发酵液· min））
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。 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。
还有就是根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物 热的近似值。
（四）发酵温度的控制
发酵罐在发酵过程中一般不需加热，选用微生物能承受 稍高一些的温度进行生长和繁殖，这对生产有很大的好处， 即可减少污染杂菌的机会和夏季培养所需降温的辅助设备， 因此培养耐高温的菌种有一定的现实意义。
在发酵罐上安装夹套和蛇管，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
（5）发酵热的测定
有三种发酵热测定的方法。一种是用冷却水进出 口温度差计算发酵热。在工厂里，可以通过测量冷却 水进出口的水温，再从水表上得知每小时冷却水流量 来计算发酵热。
另一种是根据罐温上升速率来计算。先自控，让 发酵液达到某一温度，然后停止加热或冷却，使罐温 自然上升或下降，根据罐温变化的速率计算出发酵热。
（二）最适温度的选择
发酵工艺过程及控制介绍
发酵工艺过程及控制介绍1. 引言发酵是一种常见的生物过程，广泛应用于食品、饮料、药品等行业。
掌握发酵工艺的相关知识和控制方法对于提高产品品质、减少生产成本具有重要意义。
本文将介绍发酵工艺的基本过程和常见的控制方法，希望能为读者提供一些有用的信息。
2. 发酵工艺的基本过程发酵工艺是利用微生物在一定条件下进行生物代谢产生有用产物的过程。
其基本过程可以分为以下几个阶段：2.1 发酵前处理发酵前处理包括原料准备、消毒灭菌和接种等步骤。
原料准备是根据产品的不同需求选择合适的原料，并进行加工处理，如研磨、过滤等。
消毒灭菌是为了杀死微生物，防止杂菌污染。
接种是将合适的微生物菌种引入到发酵系统中，以促进发酵的进行。
2.2 发酵主过程发酵主过程是指微生物在适宜的环境条件下，利用碳源、氮源和能源进行代谢活动。
这个阶段主要包括菌种适应期、生长期和产物积累期。
在菌种适应期，微生物适应新的环境条件，准备进入生长期。
在生长期，微生物通过吸收和利用外部营养物质，进行生物合成和生长增殖。
在产物积累期，微生物代谢产物开始积累，并趋于稳定。
2.3 发酵后处理发酵后处理主要包括产物分离、精制、贮存等步骤。
产物分离是将发酵液中的固体和液体分离开来，常用的分离方法包括离心、膜分离等。
精制是对分离得到的产物进行纯化和提纯，以满足产品的要求。
贮存是将产物储存起来，以便日后销售和使用。
3. 发酵工艺的控制方法为了保证发酵工艺的顺利进行和产物的高质量，需要采用一些控制方法。
以下是常见的发酵工艺控制方法的介绍：3.1 温度控制温度是影响微生物生长和代谢的重要因素之一。
合适的温度可以提高微生物代谢活性，促进产物的积累。
过高或过低的温度都会对发酵产物的质量和产量产生不良影响。
因此，在发酵过程中，需要对发酵系统进行温度控制，保持适宜的温度范围。
3.2 pH控制pH是微生物生长和代谢的另一个重要因素。
微生物对不同pH值的适应能力有所不同，因此，在发酵过程中，需要控制发酵液的pH值，使其保持在适宜的范围内。
发酵过程的工艺控制
发酵过程的工艺控制发酵是一种利用微生物（如酵母、乳酸菌等）对物质进行转化以产生有用产物的过程。
在食品、饮料、药物和能源产业中，酵母发酵被广泛应用于生产酒精、面包、酸奶和生物燃料等产品。
在发酵过程中，工艺控制是至关重要的，它可以确保发酵过程的高效进行，并优化产物的质量和产量。
在发酵过程的工艺控制中，有几个关键方面需要考虑和管理。
首先是基质含量和组成的优化。
发酵基质是提供微生物生长和代谢所需的营养物质的载体。
通过合理的基质设计，可以最大限度地提高发酵效率和产物产量。
例如，在酿酒发酵中，酵母对葡萄糖的利用效率通常较高，因此应该控制葡萄糖的浓度，以避免过高或过低的浓度对发酵效果的影响。
其次是发酵过程的温度控制。
温度是影响微生物生长和代谢的最重要因素之一、不同的微生物对温度的要求不同，因此需要根据所采用的微生物菌株来控制发酵过程的温度。
通常情况下，发酵反应的最佳温度需要通过试验确定，以确保微生物能够在最适宜的温度下生长和活性表现。
此外，溶氧浓度的控制也是发酵过程中的重要环节。
微生物在进行发酵代谢时需要氧气作为底物，以促进细胞生长和代谢产物的形成。
因此，在发酵过程中需要保持合适的氧气供给，以防止微生物活性和产物产量的降低。
这可以通过控制搅拌速度、气泡量和气体通量等方式来实现。
此外，pH值的控制也是发酵过程中的重要方面。
微生物对酸碱度的敏感程度各不相同，因此需要根据所采用的微生物菌株来优化发酵过程的pH控制。
通常情况下，维持中性到微酸性的pH值范围对于大多数微生物来说是最适合的。
最后，发酵过程的时间控制也需要加以考虑。
不同的微生物菌株对于发酵反应的时间要求不同，因此需要根据所采用的菌株和产品要求来确定发酵时间。
过长的发酵时间可能会导致产物的质量下降，而过短的发酵时间则可能无法实现所需要的产物产量。
总之，发酵过程的工艺控制是确保发酵反应高效进行的关键要素。
通过优化基质含量和组成、温度控制、溶氧浓度控制、pH值控制和时间控制等方面，可以最大限度地提高发酵效率和产物产量，从而获得高质量的发酵产品。
发酵工艺控制
发酵工艺控制概述一. 发酵体系的主要特征1. 细胞内部结构和代谢反应的复杂性2. 细胞所处环境的复杂性3. 过程系统状态的时变性及参数的多样性和复杂性影响因素多，有的因素未知，主要影响因素变化。
发酵水平主要取决于：生产菌种的特性；对工艺条件的控制（适合程度）必须了解：菌体的生理代谢规律工艺条件对发酵过程的影响及其控制发酵过程的有关变化规律常规发酵的工艺控制参数：温度、pH、搅拌转速与功率、空气流量、罐压、液位、补料速率及补料量等。
二. 发酵过程的参数检测1.直接状态参数指能直接反映发酵过程中微生物生理代谢状况的参数包括：pH、DO、溶解CO2、尾气O2、尾气CO2 、黏度、基质和产物浓度、菌体浓度（OD、DCW、湿重）等参数的检测在线检测各种传感器：pH电极、DO电极、温度电极、液位电极、泡沫电极尾气分析仪：测尾气O2和CO2含量离线检测分光光度计、pH 计、温度计、气相色谱（GC)、液相色谱（HPLC)、色质连用（GC-MS)等2.间接状态参数指利用直接状态参数计算求得的参数包括：比生长速率μ、摄氧率OUR、CO2释放率CER、呼吸商RQ、氧的得率系数YX/O 、氧体积传质系数KLa、基质比消耗速率QS、产物比生成速率Qp等综合各种状态参数，获得代谢过程的各种信息，从而对发酵过程做出相应的调整和控制，以获得最经济的发酵生产。
三. 发酵过程的代谢调控和优化1. 代谢调控以代谢（流）的调节最重要调节酶的合成量，称为“粗调”调节酶的催化活性，称为“细调”工艺控制和过程优化的实质，就是利用各种方法和手段，使细胞的外部和内部环境最适合基质和能量流向产物合成的生物途径，以获得最大的产量。
2. 发酵过程优化的一般步骤确定反映发酵过程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过程的影响及其机制，获得最佳的范围和最适的水平建立数学模型定量描述个参数间随时间的变化关系，为过程优化控制提供依据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，实现发酵过程的最优控制基质浓度对发酵的影响及其控制先进的培养基组成是充分支持高产、稳产和经济的发酵过程的关键因素之一。
发酵工艺控制操作要点及操作技能
发酵工艺控制操作要点及操作技能发酵是一种将有机物质转化为更有益于人类的物质的过程，广泛应用于食品和药品行业。
为了达到最佳的发酵效果，正确的控制和操作是至关重要的。
本文将介绍发酵工艺控制的要点和操作技能，以帮助人们更好地掌握这一关键工艺。
一、发酵工艺控制要点1. 温度控制发酵过程中，温度的变化对微生物的生长和代谢非常重要。
因此，保持适宜的发酵温度十分关键。
在控制温度时，需要根据不同的发酵物质和微生物的要求进行调整。
一般来说，温度要坚持在合适的范围内，过高或过低都会对发酵产物的质量产生负面影响。
2. pH值的控制pH值是发酵过程中影响微生物生长和代谢的重要因素之一。
不同的微生物对于pH值有不同的适应范围。
一般来说，保持适当的pH值可以促进有益菌的生长，抑制有害菌的繁殖。
在发酵过程中，通过调节发酵液的酸碱度来控制pH值。
3. 氧气供应某些微生物在发酵过程中需要充足的氧气供应，而另一些微生物则对氧气敏感。
因此，正确控制氧气供应对于发酵效果至关重要。
一般来说，发酵过程中需要保持适度的通气条件，并且可以通过控制氧气的流速和浓度来满足微生物的需求。
4. 发酵液搅拌搅拌是发酵过程中常用的操作方式之一。
通过搅拌，可以使发酵液充分接触到氧气，促进微生物的生长和代谢。
搅拌还可以均匀分布微生物和营养物质，提高发酵效果。
在进行发酵搅拌时，需要注意搅拌速度和时间的控制，以避免对微生物产生不利影响。
5. 营养物质的添加发酵过程中，营养物质的添加可以提供微生物所需的营养来源，促进微生物的繁殖和代谢。
根据发酵物质的需求和微生物的特点，合理选择并添加适当的营养物质，可以提高发酵效率和产物的质量。
二、发酵操作技能1. 先熟悉发酵工艺流程和操作规程，了解发酵物质和微生物的特性和要求。
2. 在开始发酵前，确保所有操作设备和容器都是清洁和消毒的，以避免杂质对发酵产物的污染。
3. 严格控制发酵过程中的温度，根据不同的发酵物质和微生物的需求设定合适的温度范围。
发酵工艺控制(温度控制)
发酵工艺控制——温度对发酵的影响及控制录入时间:2010-8-13 9:16:53 来源：青岛海博《微生物工程》微生物发酵生产的水平最基本的是取决于生产菌种的性能，但有了优良的菌种还需要有最佳的环境条件即发酵工艺加以配合，才能使其生产能力充分。
因此必须研究生产菌种的最佳发酵工艺条件，如营养要求、培养温度、对氧的需求等，据此设计合理的发酵工艺，使生产菌种处于最佳成长条件下，才能取得优质高产的效果。
温度对发酵的影响及控制温度对发酵的影响及其调节控制是影响有机体生长繁殖最重要的因素之一，因为任何生物化学的酶促反应与温度变化有关的。
温度对发酵的影响是多方面且错综复杂的，主要表现在对细胞生长、产物合成、发酵液的物理性质和生物合成方向等方面。
一、温度对发酵的影响（一）、温度影响微生物细胞生长随着温度的上升，细胞的生长繁殖加快。
这是由于生长代谢以及繁殖都是酶参加的。
根据酶促反应的动力学来看，温度升高，反应速度加快，呼吸强度增加，最终导致细胞生长繁殖加快。
但随着温度的上升，酶失活的速度也越大，使衰老提前，发酵周期缩短，这对发酵生产是极为不利的。
（二）、温度影响产物的生成量。
（三）、温度影响生物合成的方向。
例如，在四环类抗生素发酵中，金色链丝菌能同时产生四环素和金霉素，在30℃时，它合成金霉素的能力较强。
随着温度的提高，合成四环素的比例提高。
当温度超过35℃时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。
（四）、温度影响发酵液的物理性质温度除了影响发酵过程中各种反应速率外，还可以通过改变发酵液的物理性质间接影响微生物的生物合成。
例如，温度对氧在发酵液中的溶解度就有很大响，随着温度的升高，气体在溶液中的溶解度减小，氧的传递速率也会改变。
另外温度还影响基质的分解速率，例如，菌体对硫酸盐的吸收在25℃时最小。
二、影响发酵温度变化的因素：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1、生物热是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。
发酵工程第六章
发酵工程
第二节 发酵过程的代谢变化
了解生产菌种在具有合适的培养基、pH、温
度和通气搅拌等环境条件下对基质的利用、细胞
的生长以及产物合成的代谢变化，有利于人们对
生产的控制。
发酵工程
一、发酵过程操作方式 发酵过程操作方式：
A.分批发酵 B.补料分批发酵 C.连续发酵
发酵工程
1. 分批发酵 分批发酵是指在一封闭培养系统内含
发酵工程
控制方法： （1）培养基注意适当的配比 （2）通过中间补料，控制起始浓度不要太高
发酵工程
第四节 基质对发酵的影响及其控制
一、碳源种类 速效碳源：较迅速的被利用，有利于菌体的生
长，如葡萄糖 迟效碳源：被菌体缓慢利用，有利于代谢产物
的合成，如乳糖等
发酵工程
培养基中不同糖对大肠杆菌生长速度的影响 1.单独加入葡萄糖时，菌体生长几乎没有延迟期； 单独加入乳糖时，菌体生长有明显的延迟期；2. 同 时加入葡萄糖和乳糖时，菌体呈二次生长
3）培养后期，产生热量不多，温度变化不大，且逐 渐减弱。
发酵工程
2、搅拌热Q搅拌
在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械 搅拌带动发酵液作机械运动，造成液 体之间，液体与搅拌器等设备之间的 摩擦，产生可观的热量。
发酵工程
3、蒸发热Q蒸发
通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分 蒸发所需的热量叫蒸发热。 此外，排气也会带走部分热量叫显热Q显 热，显热很小，一般可以忽略不计。
发酵工程
4、辐射热Q辐射
发酵罐内温度与环境温度不同，发酵液中有 部分热通过罐体向外辐射。辐射热的大小取 决于罐温与环境的温差。冬天大一些，夏天 小一些，一般不超过发酵热的5％。
发酵工程
第六节 发酵过程的pH控制
发酵工艺控制 温度控制
Q搅拌 ∝ P 蒸发热 ：空气进入发酵罐与发酵液广泛接触后，进行热交换，必然引起水分的
那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。 总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段
及培养条件综合考虑。要通过反复实践来 定出最适温度。
三、温度的控制
2、 温度的控制方法 发酵热在整个发酵过程中是随时间变化的。 所以，为使发酵在一定温度下进行，必须采取措施——在夹
套或蛇管内通入冷水加以控制（小型的发酵罐，在冬季和发 酵初期，散热量大于产热量则需用热水保温。）
一、温度对发酵的影响
3、影响发酵液的理化性质 发酵液的黏度、基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率、某些基
质的分解吸收速率等。
二、影响温度变化的因素
发酵热：指的是发酵过程中释放出来的净热量，以J/(m3•h)为单位表示。是发
酵温度变化的主要因素 Q发酵 Q生物 Q搅拌 Q蒸发 Q显 Q辐射
蒸发，被空气和蒸发水分带走的热量。 辐射热：由于罐外壁和大气间的温度差异而使发酵液中的部分热能通过罐体向
大气辐射的热量。 显热：废气因温度差异所带走的热量。
三、温度的控制
根据菌种及 生长阶段选择
温度选择还要根据培养条件综合考虑， 灵活选择。
通气条件差时可适当降低温度，使菌 呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。
培养基稀薄时，温度也该低些。因为 温度高营养利用快，会使菌过早自溶。
根据菌 生长情况
微生物种类不同，所具有的酶系及其性 质不同，所要求的温度范围也不同。如： 黑曲霉生长温度为37℃； 谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为
7发酵工艺控制(3)
种子质量
种子的质和量影响： 发酵期间菌种生长的快慢 产物合成的多寡
一般，种龄是对数生长期的后期。 太年轻的种子… 过老的种子… 不同品种、不同工艺条件的发酵，最适种龄也不尽相 同，要经多次试验而定。
种龄
常用接种量为5％～10％。
接种量是由菌的生长繁殖速度决定的。
大接种量…
接种量过大…
接种量
温度对发酵的影响
组分体现的。有些带巯基的酶对高浓度的氧敏感。
三、溶氧作为发酵异常的指示
(1)、有些操作故障或事故引起的发酵异常现象能从溶 氧的变化中得到反映。 例 1：停搅拌，未及时开搅拌或搅拌发生故障，空气 未能与液体充分混合均匀等都会使溶氧比平常低许多。
(2)、中间补料是否得当可以从溶氧的变化看出。 例如：赤霉素发酵，有时会出现‘发酸’现象。这时，
(7-35)
dc／dt为单位时间内发酵液溶氧浓度的变化，mmol02／(L· h)；
cL为发酵液中的溶氧浓度，mmol／L。
凡是使KLa和c*增加的因素都能使发酵供氧改善。
增加c*的办法 ①、提高氧分压：在通气中掺入纯氧或富氧； ②、提高罐压：但同时也会增加溶解C02的浓度，因它 的溶解度比氧高30倍，这会影响pH和菌的生理代谢，
pH的控制
首先从基础培养基的配方考虑，然后通过加酸碱或中间补 料来控制。 如在基础培养基中加适量的 CaCO3 ；常用 NaOH 或 Ca(OH)2调节pH，也需注意培养基离子强度和产物可溶性。
链霉素的发酵：采用过程通NH3控制pH，也补充了 N 源。但在通氨过程中监测溶氧浓度的变化防止 菌中毒。
养基、中间补水、添加表面活性剂等。
可明显提高产胶量约20％。
例2：四环素发酵的温度控制：0～30h，稍高温度促进生长， 缩短发酵周期；30～150h稍低温度维持较长生产期。 例3：青霉素发酵的变温控制：0~5h ，30℃； 5~40h，25℃；40~125h，20℃；125~165h ，25℃。
发酵工艺的过程控制
发酵工艺的过程控制引言发酵工艺是一种将有机物质通过微生物的作用转化为需要的产物的过程。
在发酵过程中，微生物通过吸收养分、产生代谢产物和释放能量，完成了物质的转化。
为了保证发酵过程的高效和稳定，控制发酵过程至关重要。
本文将介绍发酵工艺的过程控制，包括控制参数和控制策略。
1. 发酵过程的控制参数发酵过程的控制参数是指影响发酵过程的参数，包括温度、pH值、溶氧量、搅拌速度、发酵菌种等等。
这些控制参数对于发酵过程的高效和稳定起到了重要的作用。
1.温度：发酵过程中适宜的温度可以促进微生物的生长和代谢活动。
不同的发酵过程需要不同的温度，一般在微生物的最适生长温度附近，通常在25-42摄氏度之间。
2.pH值：发酵过程中的pH值对微生物的生长和代谢活动有重要影响。
不同的微生物对于pH值的需求不同，一般在微生物最适生长pH值的附近维持。
3.溶氧量：溶氧量是指发酵液中的氧气饱和度。
微生物在发酵过程中需要氧气进行呼吸和代谢活动。
合适的溶氧量可以提高发酵效率和产物质量。
4.搅拌速度：搅拌速度对于发酵液中的微生物的分散性和氧气气液传递有着重要影响。
适当的搅拌速度可以保证发酵液中的微生物充分接触营养物质和氧气。
5.发酵菌种：选择适宜的发酵菌种对于发酵过程的控制至关重要。
合适的发酵菌种应具备高发酵活力、产物合成能力和抗污染能力。
2. 发酵过程的控制策略为了实现对发酵过程的有效控制，需要采取相应的控制策略。
以下是几种常见的发酵过程控制策略。
1.反馈控制：反馈控制是根据实时的监测数据对发酵过程进行调节。
通过监测发酵过程中的温度、pH值、溶氧量等参数，将实际参数与设定值进行比较，根据误差进行反馈调整，以维持发酵过程的稳定性。
2.前馈控制：前馈控制是根据预期的发酵过程需求提前对控制参数进行调整。
通过事先设定好的控制策略，根据发酵过程中的状态进行预测和计算，提前对控制参数进行调整，以达到预期的控制效果。
3.比例积分控制：比例积分控制是通过调整控制器的比例参数和积分参数来改变控制器的工作方式。
发酵工艺条件的控制过程中,温度对发酵过程的影响及控制方法
发酵工艺条件的控制过程中，温度对发酵过程的影响及控制方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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发酵工艺的控制--温度
• 四环素发酵中, • <30℃,产生金霉素 • 金色链霉菌 • > 35℃,只产生四环素
•温度升高，气体在溶液中的溶解度减小，氧
传递速率改变，影响基质的分解速率. •温度升高,生长快,反应速度快,酶失活快,菌 体衰老快,发酵提前结束.
（二）影响发酵温度变化的因素
发酵热（Q发酵）是发酵温度变化的主要因素,即发酵 过程中释放出来的净热量,以J/(m3 •h)为单位。
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
产热因素：生物热（Q生物）、搅拌热（Q搅拌） 散热因素：蒸发热（Q蒸发）、辐射热（Q辐射）
由于Q生物和Q蒸发，特别是Q生物在发酵过程中随时间变 化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化，引 起发酵温度发生波动。
为了使发酵能在一定温度下进行，要设法进行控制。
• 生物热----微生物在生长繁殖过程中,本身产生的大 量热. 培养基成分越丰富,营养被利用的速度越快.
2、根据培养条件选择 温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。 通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低 些，溶氧浓度也可髙些。
培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利
用快，会使菌过早自溶。
3、根据菌生长情况
菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，
维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，
培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性
生物的大小与呼吸作用强弱有关 在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓 慢，产生热量较少。 菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈， 菌体也较多，所以产生的热量多，温度上升快，必须注 意控制温度。 培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的 酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且 逐渐减弱。 如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发 酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈，有可能染菌， 此外培养基营养越丰富，生物热也越大。
好氧发酵工艺与设备—发酵过程的工艺控制
2. 温度的控制
1. 最适温度的选择
在生长阶段，应选择最适生长温度； 在产物分泌阶段，应选择最适生产温度。 例如:青霉素产生菌生长的最适温度为30℃,但产生青霉素 的最适温度是20℃。 看生长与生物合成哪一个是主要方面。
控制温度的措施
❖工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因 发酵中释放了大量的发酵热，需要冷却的情况较多。 ❖利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或 蛇行管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵。 ❖如果气温较高（特别是我国南方的夏季气温），冷却水的温度又 高，就可采用冷冻盐水进行循环式降温，以迅速降到最适温度。因 此大工厂需要建立冷冻站，提高冷却能力，以保证在正常温度下进 行发酵。
（三） 磷酸盐对发酵的影响及其控制
磷在发酵过程中的作用？
影响最适磷酸盐浓度的因素
菌种特性 培养条件 培养基组成 培养基的来源
（四） 补料方式及控制
补料方式
连续流加 不连续流加
快速流加 恒速流加 指数流加 变速流加
多周期流加
单组分补料
补加培养基组成
其他： 反馈控制
多组分补料
控制依据指标：青霉素生产中，通过控制葡萄糖的补加 速率来控制pH的变化范围，比恒定流加时产量提高25%。
常用的消泡剂种类
常用消泡剂
天然油脂类——有机消泡剂 聚醚类——聚醚型消泡剂 醇类 硅酮类——有机硅消泡剂
最常用
五、 发酵终点的确定
考虑因素
1. 经济因素
得率 生产率 发酵系数
2. 产品质量因素——发酵时间长短
3. 特殊因素——染菌
1. 整个发酵过程中，泡沫保持恒定的水平； 2. 发酵早期，起泡后稳定地下降，以后保持恒定； 3. 发酵前期，泡沫稍微降低后又开始回升； 4. 发酵开始起泡能力低，以后上升。
发酵工艺控制概述
3、无机盐和微量元素 主要功能：①构成菌体成分（S）②激活酶
（Mg2+）③辅酶或辅基的组成部分④参与能量 转移反应⑤调节渗透压、pH、氧化还原电位
来源：无机盐、原料、灰分。 4、特殊生长因子：不可缺、量微，自身不能合成 或量不够。
主要功能：①构成辅酶 ②促进生命活动 来源：玉米浆、糖蜜、甜菜糖、麸皮、米糠。
2. pH的变化 3. 发酵pH的确定和控制 （1）发酵pH的确定：菌种，培养基组成，培养条件，温度 （2）pH的控制：补料，酸，碱，尿素，测定代谢曲线的
pH变化，稳定工艺条件。
常用的控制方法有：①调整生理碱性和酸性盐类的比例；② 选择不同C、N的种类和比例；③添加缓冲剂。
• 2.温度的选择与控制 （1）最适温度：生长温度，生产温度 变温发酵，如青霉素发酵：30℃5h 25℃35h
20℃85h 25℃40h 放罐； 青霉素产量比25℃ 恒温发酵高14.7% 。 （2）温度控制 一般不需加热，冷却水（冷冻盐水）通过夹层循环 冷却。
• 三 溶氧对菌体生长和产物的性质及产量都影响 谷氨酸发酵 VB12发酵 天冬酰胺酶发酵
2.发酵过程的溶氧变化 红霉素发酵：前期，中期，后期 溶氧异常下降（污染好气杂菌，菌体代谢异常）， 溶氧异常升高（污染噬菌体） 3.溶氧浓度的控制 供氧方面（提高氧传递）；需氧量（菌体浓度，基 质种类，培养条件）
• 四、pH的影响及其控制
1. pH对发酵的影响 最适生长pH（3～6） 最适生产pH
发酵工艺控制
• 一、培养基的影响及其控制 • 二、温度的影响及其控制 • 三、溶氧的影响及其控制 • 四、pH的影响及其控制
• 一、培养基的影响及其控制
1、碳源：糖类，脂肪，有机酸，碳氢化合物（速 效碳源葡萄糖；迟效碳源淀粉，乳糖）（菌体干 物质的50%以上是碳）。
发酵过程中工艺参数的检测和控制
发酵过程中工艺参数的检测和控制引言发酵是许多生物过程中的重要步骤，广泛应用于食品工业、制药工业以及生物燃料生产等领域。
在发酵过程中，工艺参数的检测和控制对于保证产品质量和提高生产效率起着关键作用。
本文将介绍发酵过程中常见的工艺参数，以及如何通过检测和控制这些参数来优化发酵过程。
1. 温度的检测和控制温度是发酵过程中最基本也是最重要的工艺参数之一。
不同的微生物对温度的要求不同，因此在发酵过程中，需要准确地检测和控制温度以满足微生物的生长和代谢需求。
1.1 温度的检测方法常用的温度检测方法包括使用温度计、红外线测温仪以及温度传感器等。
温度计适用于小规模的发酵过程，能够直接测量液体中的温度。
红外线测温仪可以通过测量光谱的方式非接触地测量物体表面的温度，适用于大规模发酵过程中的温度检测。
温度传感器可以安装在发酵罐内，通过测量发酵液的温度来得到准确的温度数据。
1.2 温度的控制方法温度的控制可以通过调节加热或冷却系统来实现。
在小规模的发酵过程中，可以使用加热器和冷却器来控制温度。
温度传感器监测到的温度与设定的目标温度进行比较，然后通过调节加热器或冷却器的电流或气流来调整温度。
在大规模发酵过程中，还可以使用冷却水循环系统或蒸汽加热系统来控制温度。
2. pH值的检测和控制pH值是指溶液酸碱程度的指标，对于许多微生物的生长和代谢过程也起着重要作用。
在发酵过程中，pH值的检测和控制对于调节微生物的生长环境、抑制有害菌的生长以及促进产品产生等方面起着重要作用。
2.1 pH值的检测方法常用的pH值检测方法包括使用酸碱度试纸、玻璃电极pH计以及电化学传感器等。
酸碱度试纸是一种简单易用的检测方法，通过试纸的颜色变化来判断溶液的pH值范围。
玻璃电极pH计可以直接测量溶液的pH值，并给出精确的数值结果。
电化学传感器也可以被用于连续监测pH值的变化。
2.2 pH值的控制方法pH值的控制可以通过添加酸或碱来实现。
根据pH值的变化情况，通过自动控制系统来准确地调节加酸或加碱的量。
发酵工艺知识
二、发酵过程中几个重要参数的 影响及其控制
（一）温度对发酵过程的影响及其控制
1. 影响发酵温度的因索 (1)生物热(Q生物):微生物分解蛋白质、糖、脂
肪等生物氧化过程产生大量的能量，一部分转 变为热能散发出来，称为生物能。不同微生物 产热程度不同，比如辅酶Q10产生的生物热比 霉酚酸的要多。
对后续发酵产物提取工艺的影响。 二是经济效益
2.温度会影响基质和氧在发酵液中的溶氧相和 传递速率、菌体对某些基质的分解吸收速度等 改变发酵液的物理性质, 间接影响菌体的生物 合成
3.发酵温度的控制
按控制方法分为自控和手控。 自控的优点: 操作方便，温度控制平稳，
可以提高抗生素的产量。 手控的优点: 设备故障、温度波动大等特
殊情况下控制效果比
无机氮源（硫酸铵等）
磷酸盐溶液: 不断补入磷酸二氢钾溶液控制磷 酸盐浓度。
（四）、溶解氧对发酵过程的影 响及其控制
1.需氧微生物发酵时, 主要是利用溶解于 水中的氧, 只有当这种氧达到细胞的呼吸 部位才能发生作用。
通入发酵罐的氧不是全部溶解在培养基 中, 所以菌丝只是利用通入氧的极小部分, 但是作用极大。
(2)搅拌热(Q搅拌):机械装置的摩擦、机械装置 和发酵液之间摩擦产生一定量的机械热的释放。
(3)蒸发热(Q蒸发) (4)辐射热(Q辐射)
2. 温度对微生物生长和产物形成 的影响
1.从酶动力学角度来看, 酶促反应导致温度升 高, 反应速率加大, 生长代谢加快, 生产期提前。 但因酶本身很容易因热而失去活性, 温度越高, 酶的失活也越快, 表现在菌体易于哀老, 发酵周 期缩短, 影响产物的最终产量。
制 三、发酵过程中泡沫的消长规律和控制方法 四、发酵终点的判断
发酵工艺
发酵工艺1.发酵温度要求：第一次发酵温度在55℃以上维持5到7天，杀死大部分寄生虫和有害菌，即达到无害化处理标准。
每3天左右翻堆一次，这有利于透气、散热、腐熟均匀。
发酵7到10天后，温度降到50℃以下时，要进行第二次发酵，加入HM菌种。
菌种量为堆肥的千分之二，水分控制在50%左右。
可以抓一把鸡粪在手里，握紧成团，手心潮湿，指缝间无水渗出，说明水分合适。
将堆肥与菌种搅拌均匀，在发酵平台上继续发酵。
第二次发酵时温度要控制在50℃以下，经过10-20天的后熟阶段，堆肥内温度下降到40℃以下，这时堆肥就达到了腐熟标准。
用静态方式生产的生物有机肥，就可在田地作基肥或追肥使用了。
来自勤加缘网：2.总的原则是，一般发酵要求55-65%的含水量，也就是手捏物料能成团，指缝见水但不滴水，松手落地即散，含水太多或太少均对发酵不利。
自然堆放，其时间以不超过两个月为宜，新鲜粪便发酵效果优于老粪便，如陈旧粪便较多，应适当掺入新鲜粪便；若水分较大，则需提前处理，如进行固液分离或采用其他因地制宜的办法均可；有些物料，比如：果渣、醋渣、酿造废渣、糠醛渣，因其中富含有多种有机酸、无机酸，PH值偏低，应提前用生石灰将PH 值调至7-8左右。
辅料一般可用干燥、无霉变、颗粒大小适宜的秸秆粉、米糠、锯末、蘑菇渣等，能粉碎的尽量粉碎，不便粉碎的应切成1-5㎝的小段，越细小越好，发酵越快。
其次，场地选择：夏天应选择通风、阴凉处作发酵场地；冬天则选择背风、向阳处、或在室内进行。
一次堆料一般不少于4方，高度70—80厘米，环境温度15-20度以上为好，如冬天或阴雨天温度过低应设法升温。
注意用草帘等可透气覆盖物遮盖。
一般物料会在48小时内升至50-60℃以上，即可开始翻倒，翻倒后物料温度会进一步快速上升，如果堆温超过65℃，则应再次翻倒，翻倒时应将外面及底部物料翻入堆中。
翻倒时注意通气，可用5—10厘米尖头棒在堆内打孔。
当持续翻倒3-4次后，物料已无任何粪便原臭味，反而有淡淡的氨味和生物发酵后的芳香味，堆内布满大量白色菌丝，表明发酵完成。
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
一、发酵过程检测控制的主要的参数
1、物理参数
检测参数
检测方法 单位
温度
铂电阻 热敏 ℃ 电阻
三）氮源浓度的影响控制
氮源浓度对菌体生长和产物合成的量与方向都 有影响。 氮源浓度的控制： 控制基础培养基中的配比。 通过补加氮源。
补氮的依据：残氮量、pH值、菌体量
补氮量的控制：
• 经验法：
依据使pH升高0.1而通入氨水的量来计算。 依据残氮量和工艺控制残氮量来计算。 例： 土霉素发酵50m3发酵罐使pH升高0.1通氨量为10升。
qP减小
Kla减小
产生分解产物阻遏作用的碳源浓度过大，会抑制产物合成。
三）、碳源浓度的控制
在发酵过程中，补加糖类控制碳源浓度 补料的类型：
1、流加 2、少量多次的加入 3、多量少次的加入
补糖的依据：
• 残糖量 • pH值 • Qc •X • 粘度 • 溶氧 • 尾气中O2和CO2的含量 • 发酵液的总体积
Kla Kla
Kla 反映单细胞的生长
S
发酵过程检测控制的主要的参数
2、化学参数
检测参数 PH
基质氧浓度
气相O2含量 气相CO2含量
检测方法 复合玻璃电极
HPLC 离子选择电极
生物传感器 取样
氧化还原电位电极 覆膜氧电极
顺磁氧分析仪 红外气体分析仪
单位
gL-1
mV % Pa %
缓慢利用的碳源
发酵的工艺条件
发酵的工艺条件发酵是一种利用微生物（如细菌、酵母菌）对有机物进行代谢产生能量和产物的过程。
要使发酵能够顺利进行，需要具备适宜的工艺条件。
以下是发酵的一些重要工艺条件：1. 温度：发酵过程中的温度是十分重要的因素，其可影响微生物代谢和生长速率。
不同的微生物需要不同的温度条件。
一般而言，大多数细菌适宜的温度范围为25-45摄氏度，而酵母菌则适宜的温度范围为20-35摄氏度。
2. pH值：pH值是描述溶液酸碱性的指标，也对微生物的生长和代谢有较大的影响。
不同的微生物对pH值的要求有所不同。
一般而言，细菌适宜的pH范围为6-8，而酵母菌适宜的pH范围为4-6。
3. 可溶性氧含量：微生物在发酵过程中对氧的需求量也是不同的。
有些微生物需要较高的氧浓度（好氧发酵），有些则需要较低的氧浓度（厌氧发酵）。
因此，在发酵的过程中需要控制氧气供应来满足微生物的需求。
4. 酸碱度：酸碱度对于发酵过程中的微生物代谢和产物生成也有很大的影响。
适宜的酸碱度可以提供合适的环境给微生物的生长和代谢活性，有利于产物的生成与积累。
5. 营养物质：微生物在发酵过程中需要吸收和利用各种营养物质来生长和代谢。
这些营养物质包括碳源（如葡萄糖）、氮源（如氨基酸或氨）、无机盐和微量元素等。
不同的微生物对于营养物质的需求有所不同，因此，需要根据具体的微生物选取适宜的营养物质。
6. 搅拌和通气：在发酵过程中，搅拌和通气可以促进微生物与营养物质的接触，提供充足的氧气供应，并将产生的可溶性产物均匀分布于发酵液中，有利于发酵过程的进行。
7. 时间：发酵需要一定的时间来实现微生物对底物的代谢和产物的生成。
不同的发酵过程持续的时间有所不同，可以根据微生物的生长速率和代谢特性确定适宜的发酵时间。
总结起来，发酵的工艺条件包括适宜的温度、pH值、可溶性氧含量、酸碱度、营养物质、搅拌、通气和时间等。
对这些条件的科学控制和调节，在发酵产业中是非常重要的，能够提高发酵效率和产物质量。
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温度对发酵的影响及其调节控制是影响有机体生长繁殖最重要的因素之一，因为任何生物化学的酶促反应与温度变化有关的。温度对发酵的影响是多方面且错综复杂的，主要表现在对细胞生长、产物合成、发酵液的物理性质和生物合成方向等方面。
一、温度对发酵的影响
（一）、温度影响微生物细胞生长
随着温度的上升，细胞的生长繁殖加快。这是由于生长代谢以及繁殖都是酶参加的。根据酶促反应的动力学来看，温度升高，反应速度加快，呼吸强度增加，最终导致细胞生长繁殖加快。但随着温度的上升，酶失活的速度也越大，使衰老提前，发酵周期缩短，这对发酵生产是极为不利的。
（二）、温度影响产物的生成量。
（三）、温度影响生物合成的方向。例如，在四环类抗生素发酵中，金色链丝菌能同时产生四环素和金霉素，在30℃时，它合成金霉素的能力较强。随着温度的提高，合成四环素的比例提高。当温度超过35℃时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。
I1、I2：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg（干空气）
4、 辐射热
由于发酵罐内外温度差，通过罐体向外辐射的热量。辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超过发酵热的5%。辐射热的大小取决于罐内外的温差，受环境温度变化的影响，冬天影响大一些，夏季影响小些。
5、显热 （Q显）
S—温度上升速率(℃／h)。
四、最适温度的选择与发酵温度的控制
（一）温度的选择
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。选择最适温度应该考虑微生物生长的最适温度和产物合成的最适温度。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。
在抗生素发酵中，细胞生长和代谢产物积累的最适温度往往不同。例如，青霉素产生菌生长的最适温度为30℃，但产生青霉素的最适温度是24．7℃。至于何时应该选择何种温度，则要看当时生长与生物合成哪一个是主要方面。在生长初期，抗生素还未开始合成，菌丝体浓度很低时，以促进菌丝体迅速生长繁殖为目的时，应该选择最适于菌丝体生长的温度。当菌丝体浓度达到一定程度，到了抗生素分泌期时，此时生物合成成为主要方面，就应该满足生物合成的最适温度，这样才能促进抗生素的大量合成。在乳酸发酵中也有这种情况，乳酸链球菌的最适生长温度是34℃，而产酸的最适温度不超过30℃。因此需要在不同的发酵阶段选择不同的最适温度。
排出气体所带的热。
三、发酵热的测定
①通过测量一定时间冷却水的流量和冷却水的进、出口பைடு நூலகம்度，由下式计算出发酵热：
Q发酵=G.CW.（t2-t1）/V
式中 G——冷却水的流量(kg/h)；CW——水的比热[kJ／(kg?℃)]；
t2 t1——分别为冷却水的进、出口温度(℃)； V--发酵液的体积(m3)。
工业上使用大体积发酵罐的发酵过程，一般不须要加热，因为释放的发酵热常常超过微生物的最适培养温度，所以需要冷却的情况较多。
（二）、温度的控制
发酵罐：夹套（10M3以下）；盘管（蛇管）（10M3以上）。
（P/V）：通气条件下单位体积发酵液所消耗的功率（ kW/m3）
3、 蒸发热
通入发酵罐的空气，其温度和湿度随季节及控制条件的不同而有所变化。空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换。同时必然会引起水分的蒸发；蒸发所需的热量即为蒸发热。
蒸发热的计算： Q蒸发=G（I2-I1）， G：空气流量，按干重计算，kg/h；
因此，在各种微生物的培养过程中，各个发酵阶段的最适温度的选择是从各方面综合进行考虑确定的。例如，在四环素发酵中，采用变温控制，在中后期保持较低的温度，以延长抗生素分泌期，放罐前24h提高2—3℃培养，能使最后24h的发酵单位提高50％以上。又如，青霉素发酵最初5h维持30℃，6-35h为25℃，36--85h为20℃，最后40h再升到25℃。采用这种变温培养比25℃恒温培养的青霉素产量提高14．7％。
发酵工艺控制——温度对发酵的影响及控制
录入时间:2010-8-13 9:16:53 来源：青岛海博《微生物工程》
微生物发酵生产的水平最基本的是取决于生产菌种的性能，但有了优良的菌种还需要有最佳的环境条件即发酵工艺加以配合，才能使其生产能力充分。因此必须研究生产菌种的最佳发酵工艺条件，如营养要求、培养温度、对氧的需求等，据此设计合理的发酵工艺，使生产菌种处于最佳成长条件下，才能取得优质高产的效果。
最适发酵温度的选择实际上是相对的，还应根据其他发酵条件进行合理地调整，需要考虑的因素包括菌种、培养基成分和浓度、菌体生长阶段和培养条件等。例如，溶解氧浓度是受温度影响的，其溶解度随温度的下降而增加。因此当通气条件较差时，可以适当降低温度以增加溶解氧浓度。在较低的温度下，既可使氧的溶解度相应大一些，又能降低菌体的生长速率，减少氧的消耗量，这样可以弥补较差的通气条件造成的代谢异常。最适温度的选择还应考虑培养基成分和浓度的不同，在使用浓度较稀或较易利用的培养基时，过高的培养温度会使营养物质过早耗竭，而导致菌体过早自溶，使产物合成提前终止，产量下降。例如，玉米浆比黄豆饼粉更容易利用，因此在红霉素发酵中，提高发酵温度使用玉米浆培养基的效果就不如黄豆饼粉培养基的好，提高温度有利于菌体对黄豆饼粉的利用。
②通过发酵罐温度的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自动控制装置,测定温度随时间上升的速率，按下式计算发酵热
Q发酵=(MlCl+M2c2).S
Ml一系统中发酵液的质量(kg)；M2一发酵罐的质量(kg)；
Cl—发酵液的比热[kJ／(kg?℃)]；C2—发酵罐材料的比热[kJ／(kg?℃))；
（四）、温度影响发酵液的物理性质
温度除了影响发酵过程中各种反应速率外，还可以通过改变发酵液的物理性质间接影响微生物的生物合成。例如，温度对氧在发酵液中的溶解度就有很大响，随着温度的升高，气体在溶液中的溶解度减小，氧的传递速率也会改变。另外温度还影响基质的分解速率，例如，菌体对硫酸盐的吸收在25℃时最小。
二、影响发酵温度变化的因素：
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
1、 生物热
是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。生物热主要是培养基中碳水化合物、脂肪、蛋白质等物质被分解为CO2、NH3时释放出的大量能量。主要用于合成高能化合物， 供微生物生命代谢活动及热能散发。菌体在生长繁殖过程中，释放出大量热量。
生物热的大小与菌种遗传特性、菌龄有关，还与营养基质有关。在相同条件下，培养基成分越丰富，产生的生物热也就越大。
2、 搅拌热
通风发酵都有大功率搅拌，搅拌的机械运动造成液体之间，液体与设备之间的摩擦而产生的热。
Q搅拌=3600（P/V）
3600：热功当量（kJ/（kW.h））