《发酵工艺控制》PPT课件

意义：控制菌的生长速率、培养中期 的代谢活动，延长合成期，推迟菌体 自溶；加入前体增加合成产物的中间 体，从而使产量大幅度提高。
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中间补料内容 1、碳源
3、前体
2、氮源 4、无机盐和水
控制和引导产生菌在培养过
程中，特别是中期的生化代谢
活动向着有利于产物合成和分
泌的方向发展。
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二、补料控制 补什么？怎么补？如何控制？
例：四环素
补糖时间（h) 20 45 62
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96h效价(u/ml） 6000 10000 6000
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说明
开始补糖的时间必须根据代谢的变化 情况来决定，根据基础培养基的碳源种类 及用量，菌丝生长情况，糖的消耗速率及 残留水平来综合考虑，不能单纯以时间为 依据。
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10Βιβλιοθήκη 例：根据残糖浓度补料发酵提高纳他霉素产量
发酵工程及设备 Fermentation Engineering
and Equipment
王彦杰
黑龙江八一农垦大学 生命科学技术学院
HLJ August First Land Reclamation University
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分批培养中微生物的生长
迟滞期 对数生长期
稳 定期
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死亡期
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第三节 发酵控制与中间补料
例:不同的补料方式对酵母生产谷胱甘肽 的影响
流
恒速流加补料分批培养
加 补
指数流加补料分批培养
料 模
恒一pH补料分批培养
式
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培养条件
• 装量3L,接种量5%. • 空气流量为1L/L·min • 用适量的酸、碱调节培养液的pH至６.5 • 温度30℃，转速150r/min，培养12 h，然
间歇恒速流加：
每当残糖浓度降为1～2%时就以25g/L·h的速度流
加料液，直至467ml补料液h全部补完。
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• 在三种补料方式中，采用恒速流加方
式发酵结束后残糖最低，间歇定量相对较
低，残糖量较高的是一次定量流加方式，
从缬氨酸的产量，糖酸转化率及菌体浓度
比较也是恒速流加的补料方式效果好。
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不同的流加方式会有不同的结果
度、菌丝形态、发酵液粘度、溶氧浓度等。
指标： 1.根据还原糖水平，如赤霉素还原糖降到
0.6%就要补糖。 2.根据总糖水平，根据菌的酶系和pH变化
的大小决定。
注意：不同的发酵阶段h 控制的残糖浓度不同8
补糖时间
补糖时间控制很重要，过早会剌激菌体 生长，加速糖的消耗，补糖过迟会使菌体所 需要的能量供应跟不上，干扰菌的代谢。
当进入产酸期，残糖达2%左右，连续 补糖，维持糖浓度在2%左右，提高温度到 36～37℃，通氨或流加尿素维持pH7.0～7.5， 利用菌体所形成的酶系继续进行发酵，产 酸可达10%，提高了30%以上。
后来补糖方法在抗生h 素发酵中普遍采用7。
补糖控制考虑的因素 补糖时间、补糖量、补糖方式
参考数据： 糖耗速率、残糖浓度、pH变化、菌体浓
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恒一pH补料的培养模式
• 根据培养基pH变化，流加40g/L的葡萄糖， 当pH降低时，加入碱液调节pH，达到设 定的数值。根据糖的消耗加入适量的葡 萄糖，由于葡萄糖的分解使pH下降，当 pH下降至一定程度之后，则又加入适量 的碱液使pH升高，如此反复至60 h流加 结束，72h培养结束。
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后流加40g/L的葡萄糖，72h培养结束。
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恒速流加培养 在培养过程中以恒定的流速加入葡萄糖。
好处：解除了底物抑制－－葡萄糖阻遏效 应，结果延长了菌体的生长周期，增加了菌 体浓度和GSH产量，图2表示了恒速流加的实 验结果。
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指数流加分批培养
•F1=u*V0X0exp(u*t)/Yx/y (SF-S)
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不同补糖速率对发酵的影响
• 初糖浓度为80g/L，发酵30h后 ,分别以 10g/L·h、25g/L·h、40g/L·h的补糖速度 进行补糖，结果见表3。
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补糖方式
补糖方式可分为：连续流加 少量多次 大量少次
连续流加效果最好，可以避免因一
次大量加入引起环境突然改变给菌体
代谢带来的影响。
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例：L－缬氨酸补料分批发酵的研究 分别用不同的补料方式进行补料分批发酵 一次定量加入：
在发酵30h，残糖浓度为1～2%时，一次性补加 467ml补料液（60%葡萄糖溶液），使总糖浓度达到 15%。
间歇定量加入： 在初糖浓度降为1～2%时补加117ml的补料液，每
当残糖浓度降为1～2%时补加，共分4次补完。
中后期营养不足，菌体过早衰老
补
料 初始培养基营养过于丰富造成菌浓过大
的
理 由
初始培养基中葡萄糖过多引起抑制
代谢后碳氮源不平衡、微量元素缺乏
次级代谢产物的合需补加前体
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一、中间补料的方法、意义及内容
方法：采用较低浓度的基础培养基， 待菌体长到一定阶段，补入适当的营 养物质，延长发酵产物合成期。
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• 图4表示了恒pH补料分批培养的实验结果， 可以看出，采用恒一pH补料分批培养既
采用间歇补料分批发酵，补加时间以发酵 液中还原糖水平为控制指标。
实验条件：
当发酵液中葡萄糖浓度分别降至3%、
2.5%、2%、1.5%时开始补糖，维持糖
浓度分别在3%、2.5%、2%、1.5%，研究
对纳他霉素产量的影响，发酵周期均为96h,
结果如表2。
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补糖量
• 补糖量的控制以控制菌体浓度不 增加或略增加为原则，使产生菌的 代谢活动有利于产物合成。
1、补充微生物所需的能源和碳源
碳源是微生物菌体生长时需要量 最大的物质，在发酵前期消耗很快， 到了产物合成阶段菌体要维持活性必 须补充碳源，以便延长产物合成期。
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实例：谷氨酸
在原发酵控制工艺的基础上，减少初糖 浓度，增加生物素用量达5ug/L，加大接种 量到10%左右，以利于菌体迅速繁殖，获 得生产需要的足够量的菌体。
理由：恒速流加过程由于葡萄糖流加的速 度始终恒定，在发酵前期菌体浓度低，葡 萄糖难以完全消耗，而在发酵的后期，菌 体浓度很高，葡萄糖又不能满足菌体生长 的需要，因此采用指数流加的方式利于菌 体的生长，图3表示了指数流加的实验结 果。
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图3表明：在 培养72h之后，发 酵液中可以达到 极高的菌体浓度， 然而经与图2比较 后发现，尽管菌 体浓度提高，获 得的酵母菌体中 的 GSH 含 量 有 所 降低，发酵液中 的 GSH 总 量 增 加 不大。这可能是 后期较高的葡萄 糖流加速度抑制 了GSH的合成。