发酵过程控制 容氧pH
第八章_发酵过程参数的检测及控制
主要参数检测原理及仪器
•液体和气体流量测定
主要参数检测原理及仪器
• 搅拌转速
常用检测方法：磁感应式、光感应式和测速发电机等。
感应片切割磁 场或光速。
输出电压与转 速成正比。
主要参数检测原理及仪器
• pH的检测
常用pH检定仪为复合pH电极，具有
结构紧凑，可蒸汽加热灭菌的优点。
思考：pH电极如何标定？
③自适应控制：
提取有关输入、输出信息，对模型和
参数不断进行辩识，使模型逐渐完善；同
时自动修改控制器的动作，适应实际过 程。——自适应控制系统。
2、发酵自动控制系统的硬件组成
传感器 变送器 执行机构
电磁阀、气动控制阀、电动调节阀、变速电机、 正位移泵、蠕动泵。
转换器 过程接口 监控计算机
（一）温度的控制
生长阶段
生成阶段
自溶阶段
2、引起pH下降的因素
碳源过量 消泡油添加过量 生理酸性物质的存在
3、引起pH上升的因素
氮源过多
生理碱性物质的存在 中间补料，碱性物质添加过多
4、 pH的控制
调节基础培养基的配方
调节碳氮比（C/N）
添加缓冲剂 补料控制 – 直接加酸加碱 – 补加碳源或氮源
1、基本的自动控制系统
②反馈控制 反馈控制是自动控制的主要方式
控制器
被控对象
传感器
1、基本的自动控制系统
②反馈控制
开关控制：控制阀门的全开全关；
PID控制：采用比例、积分、微分控制算法；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ串联反馈控制：
两个以上控制器对一变量实施联合控制；
前馈/反馈控制：
前馈控制与反馈控制相结合。
发酵工程发酵过程控制
发酵工程发酵过程控制1. 引言发酵工程是利用微生物的生理代谢过程来生产有机化合物的一种工程技术。
而发酵过程控制则是在发酵工程中对发酵过程进行调控和监控，以确保发酵过程能够稳定进行，并获得高产率和良好的产品质量。
发酵过程控制通过对微生物与培养基、发酵设备和操作条件等方面进行控制，研究微生物的生长规律和代谢产物的生成规律，实现对发酵过程的调控，以实现最佳的发酵效果。
本文将介绍发酵工程发酵过程控制的主要内容和方法。
2. 发酵过程控制的目标发酵过程控制的主要目标是实现以下几个方面的调控：1.生物量的控制：调控微生物的生长速率和生物量，使其在适宜的培养基和环境条件下获得最佳生长，提高产酶或产物的产量；2.代谢产物的控制：调控微生物代谢过程中的关键反应步骤，实现选择性产物的生成，并提高产量；3.溶氧的控制：调控发酵过程中的溶氧浓度，提高氧传递效率，防止氧的限制性产物的堆积；4.pH的控制：调控发酵过程中的pH值，维持合适的酸碱环境，促进微生物的生长和代谢；5.温度的控制：调控发酵过程中的温度，提供适宜的环境条件，促进微生物的生长和代谢。
3. 发酵过程控制的方法发酵过程控制主要采用以下几种方法：3.1 反馈控制反馈控制是一种基于对发酵过程变量的测量和反馈，通过调节控制器输出量，实现对发酵过程的调控。
常见的反馈控制方法包括：•温度控制：通过测量发酵容器内的温度，控制加热或降温设备的输出，以维持适宜的温度；•pH控制：通过测量发酵液的pH值，控制酸碱调节器的输出，以维持适宜的酸碱环境；•溶氧控制：通过测量发酵液中的溶氧浓度，控制气体供应设备的输出，以维持适宜的溶氧浓度。
3.2 前馈控制前馈控制是一种基于对发酵过程中外部输入变量的预测，通过调节控制器输出量，实现对发酵过程的调控。
常见的前馈控制方法包括：•溶氧前馈控制：根据发酵微生物对溶氧需求的特性，通过对气体供应设备输出的调节，提前调整溶氧浓度，以满足微生物的需求；•pH前馈控制：根据发酵产物对酸碱环境的敏感性，通过对酸碱调节器输出的调节，提前调整pH值，以维持合适的酸碱环境。
发酵过程中溶解氧的控制措施
发酵过程中溶解氧的控制措施一、引言发酵是一种广泛应用于食品、医药、化工等领域的生物技术，而溶解氧是影响发酵过程的重要因素之一。
在发酵过程中，微生物需要氧气参与代谢活动，但过高或过低的溶解氧浓度都会对微生物的生长和代谢产生不利影响。
因此，在发酵过程中控制溶解氧浓度至关重要。
二、影响溶解氧浓度的因素1. 发酵系统中空气流量和搅拌速度：空气流量和搅拌速度是控制发酵系统内溶解氧浓度的两个主要因素。
适当增加空气流量和搅拌速度可以提高溶解氧浓度，促进微生物生长和代谢活动。
2. 发酵液温度：温度对微生物代谢活动有直接影响，适宜的温度可以提高微生物代谢效率，增加需求氧量；但过高的温度会使微生物失去活性，降低需求氧量。
3. 发酵液pH值：pH值对微生物代谢活动也有直接影响，适宜的pH 值可以提高微生物代谢效率，增加需求氧量；但过高或过低的pH值会使微生物失去活性，降低需求氧量。
4. 发酵液中有机质浓度：有机质浓度是微生物生长和代谢的重要营养源，但过高的有机质浓度会导致微生物代谢产生大量二氧化碳等废气，使溶解氧浓度降低。
三、控制溶解氧浓度的措施1. 适当增加空气流量和搅拌速度：在发酵过程中适当增加空气流量和搅拌速度可以提高溶解氧浓度。
具体来说，可根据不同微生物需要的溶解氧浓度和发酵系统的特点确定最佳空气流量和搅拌速度。
2. 控制发酵液温度：在发酵过程中控制发酵液温度可以影响微生物需求氧量。
对于需求较高的微生物，在合适的温度范围内增加温度可以提高其代谢效率和需求氧量；对于需求较低的微生物，降低温度可以减少其需求氧量。
3. 控制发酵液pH值：在发酵过程中控制发酵液pH值可以影响微生物需求氧量。
对于需求较高的微生物，在合适的pH值范围内调整pH 值可以提高其代谢效率和需求氧量；对于需求较低的微生物，调整pH 值可以减少其需求氧量。
4. 控制有机质浓度：在发酵过程中控制有机质浓度可以影响微生物产生废气的量，从而影响溶解氧浓度。
发酵过程中ph的控制方法
发酵过程中ph的控制方法发酵过程中pH的控制方法摘要:发酵是生物反应过程中的重要步骤,其成功与否与pH的控制密切相关。
本文将介绍发酵过程中pH的控制方法,包括pH调节剂的使用、pH测量和调节、发酵条件的变化等。
同时,还将探讨pH对发酵过程中各种生物反应的影响,以及如何优化发酵过程pH的控制,以提高发酵效率。
关键词:发酵,pH控制,生物反应,优化正文:1. 发酵过程中pH的控制方法在发酵过程中,pH的控制对于发酵的成功至关重要。
pH的控制可以影响发酵过程中的各种生物反应,包括酶活性、代谢途径、微生物生长等。
以下是几种常见的pH控制方法:(1)pH调节剂的使用pH调节剂是一种可以控制发酵反应pH的药物或化学物质。
常用的pH调节剂包括酸、碱、缓冲剂等。
例如,在葡萄糖发酵过程中,使用pH调节剂可以降低反应液的pH值,抑制酵母的发酵反应。
(2)pH测量和调节pH测量是控制发酵过程中pH值的重要手段。
常用的pH测量方法包括电泳法、pH计等。
pH计是一种常用的pH测量方法,可以实时测量发酵反应液的pH 值,并及时进行调整。
(3)发酵条件的变化发酵条件的变化也可以影响发酵过程中pH的控制。
例如,在发酵过程中可以通过调整温度、氧气浓度、温度控制等方法来改变pH值,以优化发酵过程。
2. pH对发酵过程中生物反应的影响pH的控制对于发酵过程中的生物反应具有重要影响。
不同的微生物对不同的pH值有不同的适应性,因此在发酵过程中需要根据微生物的适应性来调整pH 值。
此外,pH的控制还可以影响发酵过程中的代谢途径和微生物生长。
3. 优化发酵过程pH的控制优化发酵过程pH的控制是提高发酵效率的重要手段。
在发酵过程中,可以根据微生物的适应性来调整pH值,以优化发酵过程。
同时,还可以通过调整发酵条件来改变pH值,以优化发酵过程。
结论:发酵过程中pH的控制对于发酵的成功至关重要。
pH的控制可以影响发酵过程中的各种生物反应,包括酶活性、代谢途径、微生物生长等。
发酵学 第7章 发酵工艺的控制2
• 微生物生长和发酵的最适宜pH可能不同。
丙酮丁醇菌 生长：pH 5.5－7.0; 发酵：pH 4.3-5.3; 生长：pH 6.5-7.2 青霉素菌 发酵：pH 6.2-6.8 生长： pH 6.3-6.9 链霉素菌 发酵： pH 6.7-7.3
pH对发酵影响的机理 • 1.pH影响酶的活性
– 当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌 体的新陈代谢
• 初级代谢的氨基酸发酵，需氧量的大小与 氨基酸的合成途径密切相关。 • 根据发酵需氧要求不同可分为三类
• 第一类有谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和脯氨酸等 谷氨酸系氨基酸，它们在菌体呼吸充足的条件下， 产量才最大，如果供氧不足，氨基酸合成就会受 到强烈的抑制，大量积累乳酸和琥珀酸； • 第二类，包括异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸和天冬 氨酸，即天冬氨酸系氨基酸，供氧充足可得最高 产量，但供氧受限，产量受影响并不明显； • 第三类，有亮氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸，仅在供 氧受限、细胞呼吸受抑制时，才能获得最大量的 氨基酸，如果供氧充足，产物形成反而受到抑制。
对照罐发酵66小时pH达7.93，以后维持在8.0以上至115小 时，菌丝浓度降低，NH2-N升高，发酵不再继续。 发酵15小时左右，pH值可以从消后的6.5左右下降到5.3， 调节这一段的 pH 值至 7.0 左右，以后自控 pH ，可提高发酵单位。
pH 7.0 pH 效价
t 不调pH 调pH
例：克拉维酸发酵中pH变换控制
• 2. pH值影响基质和中间代谢物的解离
– 进而影响微生物对这些成分的吸收
• 3. pH影响发酵产物的稳定性
影响产物稳定性
• β-内酰胺抗生素沙纳霉素的发酵中，pH在6.7～7.5 之间时抗生素的产量相近，高于或低于这个范围， 合成受到抑制。在这个pH值范围内，沙纳霉素的稳 定性未受到严重影响；但pH>7.5时，稳定性下降， 半衰期缩短，发酵单位也下降。 • 青霉素在碱性条件下发酵单位低，也与青霉素的稳 定性有关。
发酵过程的控制
温度提高，合成四环素的比例也提高，温度到达 35 ℃
时，金霉素的合成几乎停顿，只产生四环素。
4、温度还影响基质溶解度
在发酵液中的溶解度也影响菌对某些基质的分解
吸收。因此对发酵过程中的温度要严格控制。
五、最适温度的控制
1、根据菌种及生长阶段来选择 微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求
在发酵30h，一次性参加0.1%、0.2％、0.3％、0.4％的次黄嘌呤 对鸟苷产量的影响
第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响
一、菌体浓度对发酵的影响 菌体浓度与菌体生长速率直接相关 菌体浓度的大小影响产物的得率 控制培养基中营养物质的含量来控制菌体浓
度
二、基质对发酵的影响及控制
1、碳源对发酵的影响及控制
容易实现自动控制 1、化学消泡机理 消泡剂外表张力低，使气泡膜局部的外表张力降低，
使得平衡受到破坏
2、消泡剂选择的依据及常用的消泡剂种类 〔1〕选用依据： ①外表活性剂 ②对气-液界面的散布系数必须足够大 ③无毒害性，且不影响发酵菌体； ④不干扰各种测量仪表的使用； ⑤在水中的溶解度较小 ⑥来源方便，本钱低
二、发酵热的测量及计算
发酵热的测定可采用以下几种方法：
①利用热交换原理，测量一定时间内冷却水的流量和冷 却水进出口温度，根据
Q发酵 = qvC〔t2 – t1〕/V；
qv为冷却水体积流量，L/h；C为水的比热容，kJ/kg ℃；V为发酵液体积，m3
②利用温度变化率：先使罐温恒定，再关闭自控装置，测量温度 随时间上升的速率，根据
异亮氨酸发酵
不同pH控制方式对目的突变株ISw330异亮氨酸摇 瓶发酵的影响，结果如下图。 “1〞表示只加CaC03 控制pH值，“2〞表示只加尿素控制，“3〞表示 CaC03和尿素联合控制pH值。
溶解氧对发酵的影响及其控制
利用纯氧，可以提高（c* - cL) 缺点：价格较高
易引起爆炸
可见，提高KLa最有效的方法是提高N与Vs，并协 调两者之间的关系，其他方法效果不大，且受限 制较多。
（3）改变发酵液理化性质
① 加消泡剂，消除泡沫，增加溶氧 ② 补加无菌水，降低粘度 ③ 改变培养基成分，降低粘度 ④ 改变温度，影响溶氧
溶解氧对发酵的影响及其控制
溶解氧在发酵过程控制中的重要作用 发酵过程溶解氧控制的策略与方法
（一）溶氧在发酵过程控制中的重要作用
（1）溶解氧判断发酵体系是否污染杂菌。
（2）溶解氧判断中间补料是否恰当。中问补料是否得当可 以从DO值的变化看出，如赤霉素发酵，有些批次的发酵罐 会出现"发酸。
（3）溶氧作为控制代谢方向的指标。在天冬氨酸发酵中前 期好氧培养，后期转为厌氧培养，酶活可大大提高。
2. 溶氧控制的方法：
溶氧浓度的控制从供给和消耗两方面考虑：
OTR KL (C * CL) 供给
QO2 X
消耗
（1）从供氧方面考虑
从氧传递动力学方程式，可以看出：在供氧方 面，主要是设法提高氧传递的推动力（c* - cL)和 体积氧传递系数KLα。 （1）提高 kLa kLa 反映了设备的供氧能力，不但与反应器的结构 参数有关，还与发酵液的性质有关（粘度、浓度 等）， kLa与操作参数之间的关系，可以使用下 式表示出来：
kLa = f(N Q μ Vs ……)
搅拌转速
kLa ∝ (Pg/V)α ×Vsв
Pg ∝ N2.46
可见，提高N可以有效的提高kLa，从而增加发 酵液中的溶氧浓度。
但是，高转速也有不利的方面（能耗 、菌体对 剪切力的要求）。
好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略
好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略作者：***单位：河北天俱时自动化科技有限公司2009年4月10日好氧发酵过程中溶氧的影响因素和控制策略刘伟河北天俱时自动化科技有限公司摘要：好氧发酵过程中溶氧检测值受多种参数的影响，包括生物代谢过程本身，也包括外部补料、通风量等，为了保证发酵过程中合适的溶解氧含量，对溶氧值进行控制，本文分析了溶氧检测值的影响因素，并指出溶氧控制的一般性控制策略。
关键词：好氧发酵，溶氧调节一、引言好氧发酵过程溶氧浓度（DO）是一个非常重要的发酵参数，它既影响细胞的生长，又影响产物的生成。
控制发酵液溶氧值一方面可以改善微生物的生长代谢环境，有效促进发酵单位的提高，另一方面还可以起到节能降耗的作用，对企业生产意义重大。
二、影响因素通常情况下，对发酵液溶氧参数影响较大的几个物理参数包括：通风量、搅拌转速、发酵罐温度、压力等。
通风量的影响通风量的影响是最直观的，溶氧值大小的影响最主要的是进入发酵罐的氧的量，因为在好氧发酵过程中，如果截断进风的补给发酵液中的氧很快将被微生物消耗掉，通常在进风管道上安装调节阀门进行进风流量的调节。
搅拌的影响由于溶氧电极在工作中存在明显的电流，自身消耗大量的氧。
电极的信号与氧向电极表面传递的速率成比例，而氧的传递速率则受氧跨膜扩散速率控制。
这一速率与发酵液的浓度成比例，其比值（以及电极的校准）取决于总的传质过程。
电极的一般工作条件是，氧向膜外表面的传递速率很快且不受限制。
因此整个过程受跨膜传递的限制，比例常数（传质系数）较易维持恒定。
发酵实验时搅拌操作可以获得满意的跨膜传递速率。
需要指出，在对电极进行最初校准的过程中，必须对发酵罐进行搅拌。
温度的影响溶氧电极的信号随温度的升高而显著增强，这主要是因为温度影响氧的扩散速率。
发酵实验过程中需控制发酵罐的温度，因为即使0.5℃左右的温度变化，也会使电极信号发生显著变化（超过1%）。
溶氧读数的周期性变化（每隔若干分钟观察1次）显示了温度波动的影响，而且较大的温度变化能引起校准的较大漂移。
工业微生物发酵过程的调控技术
工业微生物发酵过程的调控技术工业微生物发酵过程是指利用微生物进行生产的过程。
目前，微生物发酵生产已成为现代工业生产不可或缺的一部分。
工业微生物发酵过程的调控技术是指通过对发酵过程中微生物、培养基、酶、微生物生长条件等等的各种因素进行调控和控制，以保证发酵过程达到最优化的程度，生产出高质量的产物。
工业微生物发酵过程的调控技术主要包括以下几个方面：微生物的选择和改良、培养基的配方与优化、发酵参数的调控和控制、生物反应器的建设与管理等。
微生物的选择和改良在微生物发酵过程中，首先要选择合适的微生物。
合适的微生物具有生长速度快、耐受性好、产量高等特点。
对于已经选定的微生物，可以通过实验室的基因工程技术等手段来进行改良，以提高其生产能力。
培养基的配方与优化培养基是微生物发酵的营养基础，其优化对生产效率的提升起着关键的作用。
常用的培养基主要包括碳源、氮源、矿质盐、生长因子等。
在培养基中合理配置和控制以上各种物质的比例，可以使微生物在生长与代谢过程中的营养需要得到满足。
发酵参数的调控和控制发酵参数包括发酵温度、pH、溶氧量等。
发酵过程中，通过合理地调控和控制这些参数可以使微生物生长得到优化，并产生高质量的产物。
在发酵过程中，要对发酵温度、pH、溶氧量等进行实时监测和控制，以确保发酵过程处于最佳状态。
生物反应器的建设与管理生物反应器是微生物发酵过程中的核心设备。
生物反应器的建设和管理包括反应器种类的选择、设备的维护和维修、生物传质、保持反应器内气体的通风等等。
保证生物反应器的稳定运行是工业微生物发酵过程的关键之一。
综上所述，工业微生物发酵过程的调控技术是一个非常复杂和系统的问题，需要从微观层面到宏观层面综合考虑多种因素的作用和相互关系。
只有通过合理的调控和控制，才能生产出满足客户需求的高品质产物。
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。
生物发酵制药工艺过程中的控制策略分析
生物发酵制药工艺过程中的控制策略分析一、引言生物发酵制药是一种利用微生物代谢产生的药物或药物前体的制药技术，是现代制药工业的重要组成部分。
随着生物制药在医疗领域的广泛应用，对生物发酵制药工艺的控制和优化要求也越来越高。
因此，本文旨在对生物发酵制药工艺中的控制策略进行详细分析，以期提高制药过程的产量和质量。
二、生物发酵制药工艺中的控制策略1. 溶氧控制溶氧是微生物发酵过程中重要的物理化学参数之一，它影响酵母细胞的生长和代谢产物的合成。
如果溶氧不足，则会由于缺氧等原因使酵母细胞无法正常繁殖，同时也影响酵母的新陈代谢，导致产物的产量降低。
为了保证发酵过程中的溶氧浓度，需要控制通气速率和气体流量。
此外，还可以通过加压酵母罐，以提高罐内压强，从而增加氧气的溶解度，保持发酵过程中的溶氧浓度。
2. pH控制pH值是影响微生物代谢的另一个重要因素。
在生物发酵过程中，pH值的变化直接影响微生物生长速率、代谢产物的生成和酸碱度的平衡。
因此，pH值的控制在生物发酵制药过程中也非常重要。
为了保证适宜的pH值，需要根据不同微生物的酸碱度特征，通过控制发酵液中的酸碱度进行调节。
如果pH值偏高，可以添加稀硫酸或磷酸以降低pH值，否则可以加入氢氧化钠或碳酸钠等碱性物质来升高pH值。
3. 温度控制微生物代谢与生成产物的速率都受到环境温度的影响，因此温度的控制也是生物发酵制药的关键之一。
通常来说，细菌和酵母生长的最适温度在30℃左右，而放线菌等细菌的最适生长温度较高，一般在35～40℃。
因此，在发酵过程中需要对温度进行精确控制。
控制方法主要包括使发酵罐内温度保持在所需的温度范围内，并进行温度梯度分布分析。
可以通过传感器和调节器控制加热、降温和保温等附加设备来实现精确控制。
4. 细胞浓度控制细胞浓度是影响微生物代谢和产物合成的重要因素。
在生物发酵制药过程中，因为发酵溶液复杂成分，若无控制，可能出现不适当细胞浓度的情况，影响生产效果。
沼气发酵过程用控制条件的常用参数
沼气发酵过程用控制条件的常用参数沼气发酵是一种将有机废弃物通过微生物代谢转化为沼气的生物过程。
控制条件是指在沼气发酵过程中，通过调节一系列参数来优化产气效果。
以下是沼气发酵过程中常用的控制条件参数：1.温度：沼气发酵需要适宜的温度条件。
通常，沼气发酵的最适温度范围在25℃-40℃之间。
过低的温度会影响微生物活性，减少产气量，而过高的温度则会导致微生物死亡，影响发酵效果。
2.pH值：沼气发酵过程中的pH值也是一个重要的控制条件。
沼气发酵的最适pH范围在6-8之间。
酸性环境会抑制产气细菌的生长，碱性环境则会抑制甲烷菌的活性，因此需要保持适当的pH值来促进产气过程。
3.颗粒度：废弃物的颗粒度对沼气发酵过程也有影响。
碎颗粒化的废弃物表面积更大，微生物更容易附着并进行生化反应，利于产生沼气。
因此废弃物的颗粒度应控制在一定范围内。
4.助发酵剂：在沼气发酵过程中添加助发酵剂可以提高产气效果。
常用的助发酵剂有菌种、复合微生物菌剂、活性填料等。
这些助发酵剂可以增加沼气菌群，优化发酵环境，促进废弃物的降解和产气过程。
5.溶解氧：沼气发酵过程应保持适当的溶解氧水平。
过高的溶解氧会抑制产气细菌的生长，而适量的溶解氧有助于微生物的呼吸代谢，促进产气过程。
6.厌氧反应器类型：沼气发酵过程中使用的厌氧反应器类型也是一个重要的控制条件。
常见的厌氧反应器有连续搅拌反应器（CSTR）、上升式流化床反应器（UASB）、固定床反应器等。
不同类型的反应器在废弃物降解效率、产气速率等方面具有差异。
7.饲料比：沼气发酵过程中的饲料比也是一个重要的控制条件。
饲料比是指废弃物与水的比例。
适当的饲料比可以提供碳源和营养物质，促进微生物的生长和产气过程。
8.负荷：沼气发酵过程中的负荷也需要进行适当的控制。
负荷是指单位时间内进入反应器的废弃物量。
过高的负荷会导致反应器漂浮或堵塞，影响发酵效果，而过低的负荷则会导致反应器闲置浪费，影响产气效果。
总之，通过控制温度、pH值、颗粒度、助发酵剂、溶解氧、厌氧反应器类型、饲料比和负荷等参数，可以优化沼气发酵过程，提高产气效果，实现高效能源回收和废弃物处理的目标。
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。
发酵过程中ph的控制方法
发酵过程中ph的控制方法发酵过程中pH的控制方法引言：发酵是一种广泛应用于食品、饮料、药品等领域的生物技术。
在发酵过程中，pH的控制是非常重要的，它直接影响到微生物的生长和代谢，进而影响发酵的结果。
本文将介绍几种常见的发酵过程中pH 的控制方法。
一、选择合适的发酵菌种不同的微生物对pH的适应范围有所差异，因此选择合适的发酵菌种是pH控制的第一步。
一般来说，酸性发酵适合选择耐酸菌，碱性发酵适合选择耐碱菌，中性发酵适合选择耐中性菌。
这样可以使发酵过程中的pH变化幅度较小，有利于控制。
二、添加缓冲剂缓冲剂可以稳定发酵过程中的pH值，减少pH的波动。
常用的缓冲剂有磷酸盐、醋酸盐、碳酸盐等。
选择合适的缓冲剂需要考虑其溶解性、稳定性以及对微生物生长的影响。
三、调节进料pH在发酵过程中，可以通过调节进料的pH来控制整个发酵过程中的pH。
例如，当发酵过程中pH偏高时，可以将进料的pH调低；当pH偏低时，可以将进料的pH调高。
这样可以及时纠正发酵过程中的pH变化，保持其在适宜范围内。
四、加入酸碱调节剂当发酵过程中pH出现剧烈波动时，可以通过加入酸碱调节剂来控制pH的变化。
常用的酸碱调节剂有盐酸、氢氧化钠等。
需要注意的是，加入酸碱调节剂时应该适量，避免过量造成pH的剧烈变化。
五、使用自动控制系统为了更好地控制发酵过程中的pH，可以采用自动控制系统。
该系统可以通过传感器实时监测发酵液的pH值，然后根据设定值自动调节进料的pH或加入酸碱调节剂的量。
这样可以实现对pH的精确控制，提高发酵过程的稳定性和效率。
六、控制通气速率发酵过程中的通气速率对pH的控制也有一定影响。
当通气速率过高时，会导致发酵液中二氧化碳的积累，使pH下降；当通气速率过低时，会导致发酵液中氧气不足，使pH上升。
因此，需要根据具体的发酵过程调整通气速率，使其适合微生物的生长和代谢要求。
七、监测和调整发酵过程中的其他因素除了pH，发酵过程中还有其他因素也会对微生物的生长和代谢产生影响，进而影响pH的变化。
发酵过程与控制2
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发酵条件
温度、pH通过对酶活性的影响而影响菌体细胞 的耗氧
温度还影响发酵液中的溶氧浓度
有些有害物质的积累，如NH3、CO2会抑制微生 物的呼吸
返回
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三、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响
QO2
当溶解氧浓度高于临界值时， 微生物的呼吸强度保持恒定，与 培养液中的氧浓度无关；当低于 这个临界值时，微生物的呼吸强 度受到溶解氧浓度的影响，这时 细胞的代谢活动会因溶解氧浓度 的限制受到影响。p107
卷须霉素 CCr 为13% >8%
一般对于微生物： CCr: ＝1～25%饱和浓度
例：酵母 4.6×10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉 2.2×10-2 mmol.L-1, 8.8%
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溶解氧浓度对菌体生长和产物的形成会产生不同的影响。 对菌体生长的影响显而易见。 谷氨酸、精氨酸和脯氨酸发酵时，若供氧不足，其
物，溶氧也不断上升。
谷氨酸发酵的溶氧低峰约在6～20h，低峰出现的时间和 低峰溶氧随菌种、工艺条件和设备供氧能力不同而异。
15
在发酵过程中，有时出现溶氧明显降低或明显升高的异常变化，常 见的是溶氧下降。
引起溶氧异常下降，可能有下列几种原因：
①污染好气性杂菌，大量的溶氧被消耗掉，可能使溶氧在 较短时间内下降到零附近； ②菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧下降； ③某些设备或工艺控制发生故障或变化， 搅拌功率变小或搅拌速度变慢，影响供氧能力，使溶氧 降低。 消泡剂因自动加油器失灵或人为加量太多，也会引起溶氧 迅速下降。
r= QO2 .X
菌体浓度X：直接影响培养液的摄氧率。 QO2：呼吸强度又受到很多因素影响
4
二、影响需氧的因素
发酵过程的现代自动化控制技术
发酵过程的现代自动化控制技术引言发酵是一种生物化学过程，通过微生物的活动将有机物转化为有用的产物。
发酵广泛应用于食品工业、制药工业和生物燃料生产等领域。
随着科技的发展，现代自动化控制技术在发酵过程中得到了广泛应用。
本文将介绍发酵过程的现代自动化控制技术，包括控制方法、监测系统和控制器等方面。
开环控制开环控制是一种最基本的控制方法，通过设置系统的输入信号和操作变量，使得发酵过程达到预期的目标。
在发酵过程中，可以通过调节溶解氧、温度、pH值、浓度等参数来控制微生物的生长和产物生成。
开环控制通常使用事先确定的控制策略，不对实时的系统状态进行监测和反馈调整。
闭环控制是一种更高级的控制方法，通过实时监测系统的反馈信号，对控制器进行调整，以实现对发酵过程的更精确控制。
闭环控制可以根据实时的系统状态调整控制器的输出信号，以确保系统稳定运行并达到预期的控制目标。
常用的闭环控制方法包括比例控制、积分控制和微分控制。
模型预测控制模型预测控制是一种基于系统模型的控制方法，通过建立数学模型来描述发酵过程的动态行为，并根据模型预测的结果对控制器进行调整。
模型预测控制可以在系统出现偏差时及时进行补偿，以实现对发酵过程的优化控制。
模型预测控制需要对系统进行建模，并进行模型辨识和参数估计。
监测系统为了实现对发酵过程的自动化控制，需要使用各种监测系统对系统状态和参数进行实时监测。
下面介绍几种常见的监测系统。
溶解氧监测系统溶解氧是发酵过程中微生物生长和产物生成的重要因素之一。
溶解氧监测系统可以实时测量发酵液中的溶解氧含量，并通过反馈控制调整气体通量和搅拌速度，以保持溶解氧的适宜水平。
pH监测系统pH值是发酵过程中微生物生长和产物生成的另一个关键参数。
pH监测系统可以测量发酵液中的pH值，并通过添加酸碱溶液或自动调节搅拌速度等控制方式，来维持适宜的pH值范围。
温度监测系统在发酵过程中，温度是微生物生长和产物生成的重要影响因素之一。
温度监测系统可以实时测量发酵液的温度，并通过控制加热或冷却设备来维持恒定的温度，以促进发酵过程的进行。
5发酵过程控制(溶氧)
2012年9月7日星期五
长江大学生科院生物工程系
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2、影响发酵罐中kLa的因素
（1）设备参数：发酵罐的形 状结构、搅拌器（直径d）、 挡板、空气分布器等。 （2）操作条件：通气量Q、搅 拌转速N、搅拌功率PG、罐压、 发酵液体积V、液柱高度HL等。 （3）发酵液的性质：密度、 黏度、表面张力和扩散系数等。 （4）氧载体
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引起溶氧异常升高的原因
在供氧条件没有发生变化的情况下，主要是耗氧出现改变， 如菌体代谢出现异常，耗氧能力下降，使溶氧上升。特别是污 染烈性噬菌体，影响最为明显，产生菌尚未裂解前，呼吸已受 到抑制，溶氧有可能上升，直到菌体破裂后，完全失去呼吸能 力，溶氧就直线上升。 由上可知，从发酵液中的溶氧变化，就可以了解微生物生 长代谢是否正常，工艺控制是否合理，设备供氧能力是否充足 等问题，帮助我们查找发酵不正常的原因和控制好发酵生产。
（即低于13%时产物的形成会受到抑制）
卷须霉素 CCr 为13% >8%
一般对于微生物： CCr: ＝1～25%饱和浓度 表7-5 P107
例：酵母 4.6×10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉 2.2×10-2 mmol.L-1, 8.8%
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三、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响
QO2
当溶解氧浓度高于临界值时， 微生物的呼吸强度保持恒定，与 培养液中的氧浓度无关；当低于 这个临界值时，微生物的呼吸强 度受到溶解氧浓度的影响，这时 细胞的代谢活动会因溶解氧浓度 的限制受到影响。p107
CCr
发酵过程中与微生物相关工艺参数的调控方法资料
9、黏度 10、浊度 11、料液流量 12、产物的浓度 13、氧化还原电位 14、废气中的氧含量 15、废气中的CO 2含量 16、菌丝形态 17、菌体浓度
2.1 pH 值的控制
2.1.1 pH值对发酵的影响
1.影响培养基某些组分和中间产物的离解
2.影响酶的活性
3.影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜 的通透性
2.1.1 pH值对发酵的影响
4.pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代 谢产物的质量和比例发生改变。
例如：黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在 pH近中性时，则产生草酸。
2.1.2发酵过程pH值的变化
pH值
培养过程中 培养液pH值 的大致变化 趋势
培养时间
在发酵过程中，随着菌种对培养基种碳、氮 源的利用，随着有机酸和氨基酸的积累，会 使pH值产生一定的变化。
生物热：产生菌在生长繁殖过程中，释放的大量热量。 搅拌热：由于搅拌器的转动引起液体的摩擦产生的热量。 蒸发热：发酵液蒸发水分带走的热量。 显热：发酵排气散发带走的热量。
辐射热：由于罐内外的温差，辐射带走的热量。
2.2.2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。
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射－Q显
酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精 乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶 利用真菌生产青霉素 利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、
干扰素和生长激素
2.发酵工程的主要的控制参数
1、pH值（酸碱度） 2、温度 3、溶解氧浓度 4、基质含量 5、空气流量 6、压力 7、搅拌转速 8、搅拌功率
发酵过程中与微生物 相关工艺参数的调控方法
目录
1.发酵工程的定义及应用
发酵条件及过程控制资料
发酵条件及过程控制资料发酵是一种利用微生物代谢产生的酶来生产有机物的过程。
在发酵过程中，控制发酵条件和过程非常重要，这将直接影响到发酵产物的质量和产量。
以下是有关发酵条件及过程控制的资料。
一、发酵条件控制1.温度控制：不同的微生物对温度的需求有所不同，一般来说，适宜的温度可以提高发酵效率和发酵产物的质量。
常见的发酵温度范围为25-40摄氏度，需要根据具体的微生物进行调整。
2.pH值控制：微生物对pH值有不同的要求，有些微生物喜酸性环境，而有些则喜碱性环境。
根据不同的微生物和发酵产物的要求，调整发酵液的pH值，以保持适宜的生长和代谢环境。
3.氧气供应控制：有些微生物需要氧气来进行代谢活动，而有些则是厌氧微生物。
因此，在发酵过程中，需要根据微生物的特性来确定适宜的氧气供应方式，如空气曝气或搅拌曝气。
4.发酵液中的营养成分控制：发酵过程中，微生物需要适当的营养物质来进行生长和繁殖。
这些营养物质包括碳源、氮源、矿物盐等。
通过合理地调配和控制发酵液中的营养成分，可以提高微生物的生长速率和代谢效率。
二、发酵过程控制1.发酵菌种的筛选和培养：选择适合的发酵微生物菌种是保证发酵过程成功的关键。
有些菌种具有良好的发酵能力和产物选择性，而有些菌种则具有高生长速率和较高的产物产量。
通过对不同微生物菌种的筛选和培养，可以为发酵过程提供优质的起始菌群。
2.发酵容器和设备的选择：发酵容器的选择直接关系到发酵过程的高效性和安全性。
常见的发酵容器包括发酵罐、发酵塔、摇瓶等。
根据微生物的特性和发酵产物的需求，选择合适的发酵容器和设备，以提供良好的发酵环境和条件。
3.发酵条件的监测和控制：发酵过程中，需要对相关的物理化学参数进行监测和控制，以保持适宜的发酵条件。
常见的监测参数包括温度、pH 值、溶氧量、溶液浓度等。
通过合理地监测和控制这些参数，可以及时发现发酵过程中的异常情况，并及时采取措施进行调整和修正。
4.发酵产物的提取和纯化：发酵结束后，需要对发酵液中的产物进行提取和纯化。
生物发酵中的溶氧度控制
生物发酵中的溶氧度控制生物发酵是利用微生物在一定温度、pH值和溶氧度等条件下，将有机物质转化成有用的产物的一种生产工艺。
在生物发酵过程中，溶氧度是一个非常重要的因素，它直接影响着微生物的生长和代谢活动，进而影响着发酵产物的质量和产量。
因此，对生物发酵中的溶氧度进行控制，具有重要的意义。
一、溶氧度的概念溶氧度是指水或其他液体中氧气分子的含量，它通常用重量百分比（mg/L）或体积百分比（%）来表示。
在水中，氧气的最大溶解量随温度、压力和溶质种类而异，一般而言，水中氧气的溶解度在20℃时是9.1mg/L，而在10℃时是14.6mg/L。
微生物的生长和代谢需要一定的氧气，如果溶氧度太低，微生物将缺乏氧气而不能生长繁殖，如果溶氧度过高，则可能会导致微生物的代谢异常，甚至死亡。
二、生物发酵中溶氧度的影响因素生物发酵涉及很多因素，其中溶氧度是一个非常重要的因素，影响着微生物生长和代谢活动。
1. 发酵容器：发酵容器的形状、大小、搅拌方式等参数都会影响液体中氧气的分布和混合程度，从而影响溶氧度。
2. 发酵液的物理化学性质：发酵液的温度、pH值、盐度、浓度等参数都会影响氧气的溶解度和微生物的生长代谢，从而影响溶氧度。
3. 微生物：不同的微生物对溶氧度有不同的需求，有些微生物需要较高的溶氧度才能生长繁殖，而有些微生物则需要较低的溶氧度，这取决于微生物的生长特性和代谢途径。
三、生物发酵中溶氧度的控制方法为了达到预期的发酵效果，必须对发酵过程中的溶氧度进行合理的控制，通常有以下几种方法：1. 调节通气量：通气量的大小直接影响着溶氧度，通常可以通过调节发酵容器顶部的空气进出口大小、压力等参数来控制通气量，从而控制溶氧度。
2. 调节搅拌速度：搅拌速度可以影响液体中氧气的分布和混合程度，从而影响溶氧度，可以通过调节搅拌速度来控制溶氧度。
3. 添加氧气：如果通气量不足以满足微生物的需求，可以通过加压将氧气直接注入发酵容器中，从而提高溶氧度。
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（三）耗氧方面：
液体中的溶氧→微生物体内的氧
过程中需经过各种阻力：细胞周围的液膜阻力 菌团或菌丝间扩散阻力
细胞膜阻力
细胞内生化反应的阻力
六、 流加 H2O2对提高供氧及微生物代谢的影响
传统的方法是给发酵罐通入无菌空气，达到供氧的目的，近年来，加入氧载
体、流加H2O2 与藻类共培养以及通过基因克隆转入带氧的基因等方法。
采用H2O2供氧的优点：
H2O2与通气供氧结合，控制流加浓度和流加方式可提高发酵体系的细胞密
度；
H2O2可在过氧化酶的催化下分解放出氧气，在反应不是非常强烈的条件下， 氧气将直接以分子形式传给细胞，不会形成气液传质阻力，提高氧的传质速 率； 对剪切力敏感及非常粘稠的发酵体系提供了一种供氧手段； H2O2 供氧还可以改变菌体的代谢途径，促使菌体利用更有效的代谢途径来 合成产物。
例：培养基初始pH值对漆酶分泌的影响
pH在4～7范围内产酶最高
2、pH对菌体生长和产物合成的影响
1）pH影响酶的活性、酶促反应的速率 2）pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态 从而改变细胞膜的渗透性，影响微生物对营养物质的 吸收及代谢产物的排泄，因此影响代谢的正常进行。 3）影响培养基某些组分和中间产物的离解，从而影响微生 物对这些物质的利用。
utilization rate)还很低，只有40～
60％，抗生素发酵工业更低，只有2～8
％。
提高传质，提高溶氧速率非常重要。
三、溶氧测定的意义
2、溶氧作为发酵异常情况的指示；
1、溶氧作为发酵中氧是否足够的度量，了解菌对氧利用的规律；
3、溶氧作为发酵中间控制的手段之一； 溶氧一反往常，在较短的时间内跌到零附近，且跌零 后长时间不回升，这很可能说明污染了好气菌 补糖后，溶氧出现明显下降的趋势 4、溶氧作为考查设备、工艺条件对氧供需与产物形成影响 如发酵过程中溶氧迅速回升，发酵液变稀，则很可能 因此可利用溶氧作为参数来控制加料的次数、流加速 的指标之一。 是污染了噬菌体 度和加入量
4）pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产 物的质量和比例发生改变。
●如：酵母菌在pH4.5-5产乙醇，在
pH6.5以上产甘油、酸。
如： Aspergillus niger黑曲霉在pH2-3时，发酵产生柠檬酸， 在pH接近中性时，则产生草酸，只产少量柠檬酸。
又如：丙酮丁醇发酵中，丙酮丁醇梭菌在pH5.5~7.0范围 时，以菌体生长为主，发酵后期pH为4.3-5.3时积累丙酮丁 醇，pH升高则丙酮丁醇产量减少，而丁酸、乙酸含量增加。
合适溶解氧选择的原则：
如果要使菌体快速生长繁殖（如发酵前期），则应达 到临界氧浓度；如果要促进产物的合成，则应根据生产 的目的不同，使溶解氧控制在最适浓度（不同的满足度） 例如： 黄色短杆菌可生产多种氨基酸 ，但要求的氧浓度可能 不同 对谷氨酸和天门冬氨酸的生产，当溶解氧浓度低于临界 氧浓度时，氨基酸产量下降，也就是说要求氧的满足度 但对于苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸的生产，则在低于临 =1 界氧浓度时获得最大生产能力，它们的最佳氧浓度分别为 临界氧浓度的 0.55、0.66、0.85。
●பைடு நூலகம்
二、发酵过程中pH的变化及影响pH变化的因素 1、发酵过程中pH的变化
1）生长阶段 pH有上升或下降趋势（相对于接种后起始pH而言） 如：利福霉素B发酵起始pH为中性，但生长初期由于菌 体产生的蛋白酶水解蛋白胨而生成铵离子，使pH上升至 碱性；接着，随着铵离子的利用及葡萄糖利用过程中产 生的有机酸使pH下降到酸性范围。
第四章 发酵工艺过程控制
第三节 溶氧浓度对发酵的影响及控制
一、发酵过程供氧的重要性
好氧微生物的生长和代谢活动都需要消耗氧气，它们
只有在氧分子存在的情况下才能完成生物氧化作用。
在25℃ ，一个 atm下，空气中的氧在水中的溶解度为0.25 mmol/L，在发酵液中的溶解度只有
0.22mmol/L，而发酵液中的大量微生物耗氧迅速（耗氧速率大于25~100mmol/L· h），因此， 供氧对于好氧微生物来说是非常重要的。因此，供氧对于需氧微生物是必不可少的。
2、空气的流速
KLa 随空气速度的增加而增大，但空气速度过大，则可使叶轮 发生过载， 即叶轮不能分散空气，气体不经分散而沿搅拌器缓慢运动的中心迅速上升而 逸出。
（二）影响KL a的因素
3、培养液的物理性质
发酵液的表面张力、粘度、离子浓度等都会影响气体的溶解度，还影响液体
的湍动以及界面和液膜的阻力，因而影响传递效率。 发酵液中菌丝浓度增大，表观粘度增大，通气效率下降。
2）生产阶段
在生产阶段，pH趋于稳定，维持在最适 产物合成的范围。
3）自溶阶段 菌丝自溶阶段，随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活 跃，培养液中氨基氮增加，致使pH上升，此时菌 丝趋于自溶而代谢活动终止。
2、引起发酵液中pH变化的因素 发酵过程中pH的变化取决于微生物的种类、培养基的组 成和发酵条件。 在菌体代谢过程中，菌体本身有建成其生长最适pH的能 力，但外界条件发生较大变化时，pH将会不断波动。
（1）引起pH下降的因素：
（凡是导致酸性物质生成或释放及碱性物质消耗的发 酵，其pH都会下降） ①培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过量， 或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累 而pH下降。 ②消泡油加得过多 生成有机酸、消耗大量的氧。 ③生理酸性物质的存在，氨被利用，pH下降
两者的关系： r =Ｑo2 · X X-----发酵液中菌体的浓度g/L
在发酵工业中，耗氧与发酵产物之间的关系有三种
类型：
（1）产物生成期的耗氧与菌体生长期的耗氧一致。
（2）产物生成期的耗氧超过菌体生长期的耗氧量。
（3）产物生成期的最适耗氧量低于菌体生长期的
耗氧量。
目前，发酵工业中，氧的利用率(oxygen
微生物的“耗氧” 可用耗氧速率或呼吸强度来表示：
耗氧速率（oxygen uptake rate)：指单位体积的培养液在单位时
间的耗氧量。单位为 mmolO2/(L· h)，用r表示
呼吸强度（respiratory strength)：单位质量的细胞干重在单位时 间的耗氧量。单位为 mmol O2/(g · 干细胞 · h) ，用Ｑo2表示
四、适当溶解氧的选择
在好氧微生物反应中，一般取 [DO] ＞[DO]cri 以保证反应的正常进行。
◆
临界氧浓度是不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。
◆
氧的满足度
—— 实际溶解氧浓度与临界氧浓度之比。
一般好氧微生物临界溶解氧浓度很低，约为 0.003~0.05m mol/ L，需氧量一般为25.00mmol/(L· h) 。 临界溶解氧浓度大约是饱和浓度的１～２５％。
五、发酵过程中，影响耗氧的因素
培养基成分和补料
菌龄影响耗氧
发酵过程中，排出有毒代谢产物如二氧化碳、挥发性的
有机酸和过量的氨，也有利于提高菌体的摄氧量。
（一）供氧方面
气膜
空气中的氧→液体中的溶氧
过程中需经过各种阻力：气膜阻力
液膜
气 相 气液界面阻力 主 流
ci pi c
液膜阻力（控制因素）
采用H2O2 供氧存在的问题：
H2O2 对细胞有害， H2O2本身在一定浓度对细胞有损害作用，更
多的是由于H2O2在过氧化氢酶的催化作用下，可以分解形成一些自
由基、超氧阴离子，羟基自由基、原子氧等，它们会阻碍DNA、 RNA和蛋白质的生物合成。
解决方法：可通过优化H2O2的流加浓度、选择流加方式等手段
液 相 主 流
界面 传氧方向
单位时间体积中溶氧速率
G/ = KLa · V· (C* - CL)
G ---溶解于液体中的氧量，mmol --- 气-液接触时间，h V --- 培养液的体积，L
CL --- 液相中氧的浓度，mmol/L
C* --- 与气相中氧分压相平衡的液相中的氧饱和浓 度，mmol/L
来解决。
第四节 pH对发酵的影响及其控制
一、pH对发酵的影响
1、实例
例 pH对林可霉素发酵的影响 林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物， 发酵液pH下降，待有机酸被生产菌利用，pH上升。若不 及时补糖、 (NH4)2SO4 或酸，发酵液 pH 可迅速升到 8.0 以 上，阻碍或抑制某些酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至停 止。对照罐发酵 66 小时 pH 达 7.93，以后维持在 8.0 以上至 115小时，菌丝浓度降低，NH2-N升高，发酵不再继续。 发酵15小时左右，pH值可以从消后的6.5左右下降到5.3， 调节这一段的pH值至7.0左右，以后自控pH，可提高发酵 单位。
嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌 耐碱微生物：许多链霉菌 中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌 嗜酸微生物：硫杆菌属 耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌
一些微生物生长的pH值范围
微生物种类 大肠杆菌 枯草芽孢杆菌 金黄色葡萄球菌 黑曲霉 一般放线菌 一般酵母菌 最低pH 4.3 4.5 4.2 1.5 5.0 3.0 最适pH 6.0—8.0 6.0—7.5 7.0—7.5 5.0—6.0 7.0—8.0 5.0—6.0 最高pH 9.5 8.5 9.3 9.0 10 8.0
KL --- 以浓度差表示推动力的传质系数（氧传质系 数），m/h
a--- 比表面积（即单位体积的液体中所含的气-液 接触面积），m2/m3
（二）影响KL a的因素
1、搅拌
增加气液接触面积（打碎气泡），增加氧传递面积。 使液体形成涡流，从而延长气泡在液体中的停留时间。 增加液体的湍流程度，降低气泡周围的液膜阻力、液体主流中液体阻力、从 而增加KLa值。 减少菌丝结团，降低细胞壁表面的液膜阻力。改善细胞对氧和营养物质的吸 收，同时降低细胞周围的“废物”和“废气“的浓度，有利于微生物代谢。