发酵过程控制ppt课件

① 糖含量
微生物生长和产物合成与糖代谢有密切关 系。糖的消耗反映产生菌的生长繁殖情况、产 物合成的活力。
菌体生长旺盛糖耗一定快，残糖也就降低 得快。通过糖含量的测定，可以控制菌体生长 速率，可通过补糖来调节pH，促进产物合成。
糖含量测定包括总糖和还原糖。 总糖：指发酵液中残留的各种糖的总量。如发 酵中的淀粉、饴糖、单糖等各种糖。 还原糖：指含有自由醛基的单糖，通常指的是 葡萄糖。
（5） 空气流量
• 指单位时间内单位体积发酵液通入空气的 体积。
• 它的大小与氧的传递和其它控制参数有关。 • 一般控制在0.1~1.0vvm之间
（6） 黏度
• 粘度大小可作为细胞生长或细胞形态的标 志之一。
• 在发酵过程中通常用表观粘度表示。 • 粘度的大小可改变氧传递的阻力。 • 粘度的大小可表示相对菌体浓度。
② 氨基氮和氨氮
氨基氮指有机氮中的氮（NH2-N），如氨基酸 中的氮，黄豆饼粉、花生饼粉中都有有机氮。
氨氮指无机氨中的氮（NH3-N）。 氮利用快慢可分析出菌体生长情况、含氮产 物合成情况。
但是氮源太多会促使菌体大量生长。有些产 物合成受到过量铵离子的抑制，因此必须控制适 量的氮。通过氨基氮和氨氮的分析可控制发酵过 程，适时采取补氨措施。
6.1 概述
6.1.1 发酵过程的参数检测
发酵过程的中间分析是生产控制的眼睛，它显 示了发酵过程中微生物的主要代谢变化。因为 微生物个体极微小，肉眼无法看见，要了解它 的代谢状况，只能从分析一些参数来判断。
这些代谢参数又称为状态参数，因为它们反映 发酵过程中菌的生理代谢状况，如pH，溶氧， 尾气氧，尾气二氧化碳，粘度，菌浓度等
1、代谢参数按性质分可分三类： ①物理参数：如温度、搅拌转速、空气压力、空
气流量、表观粘度、排气氧（二氧 化碳）浓度等 ②化学参数：如基质浓度（包括糖、氮、磷）、 pH、溶解氧、产物浓度、核酸量 等 ③生物参数：如菌丝形态、菌浓度、菌体比生长 速率、呼吸强度、基质消耗速率、 关键酶活力等
2、从检测手段分可分为：直接参数、间接 参数 ①直接参数：通过仪器或其它分析手段可
发酵罐的容 搅拌转速范围
积(L)
(r/min)
3
200~2000
10
200~1200
30
150~1000
50
100~800
200
50~400
500
50~300
10000
25~200
50000
25~160
（4） 搅拌功率 指搅拌器搅拌时所消耗的功率，常指每立
方米发酵液所消耗的功率（kW/m3）。 它的大小与溶氧传递系数KLa有关。
（7） 排气氧、排气CO2
排气氧的浓度表征了进气的氧被微生物 利用以后还剩余的氧。
排气CO2反映了微生物代谢的情况，因为 微生物摄入的氧并不是全部变成CO2的，有的
进入代谢中间物分子，进入细胞或产物，因
此消耗的氧并不等于排出的CO2；此外，含氧 的有机物降解后会产生CO2，使排气CO2大于
消耗的氧。
发酵后期氨基氮回升，这时就要放罐，否则 影响提取过程。
③ 磷含量
微生物体内磷含量较高，培养基中以磷酸 盐为主，发酵中用来计算磷含量的是磷酸根。
磷是核酸的组成部分，是高能化合物ATP的 组成部分，磷还能促进糖代谢。因此磷在培养 基中具有非常重要的作用，如果磷缺乏就要采 取补磷措施。
但是在某些次生代谢产物发酵过程中，磷 浓度过高会抑制产物的合成。
程中菌体量的变化，一般前期菌浓增长很 快，中期菌浓基本恒定。补料会引起菌浓 的波动，这也是衡量补料量适合与否的一 个参数。
菌浓测定方法：
• 测粘度 • 压缩体积法（离心） • 静置沉降体积法 • 光密度测定法：OD600~660 适合于细菌、
2、 化学参数
（1）pH
发酵过程中各种产酸、产碱生化反 应的综合结果，与菌体生长和产物 合成有重要的关系 。
pH的高低与菌体生长和产物合成有 着重要的关系。
（2）基质浓度
指发酵液中糖、氮、磷与重要营养物质 的浓度。
基质浓度的变化对产生菌的生长和产物 的合成有重要影响，也是提高代谢产物 产量的重要控制手段。
（2） 罐压
• 指发酵罐维持的压力。 • 罐内维持正压，可防止外界空气中杂菌的
侵入，保证纯种培养。 • 罐压的高低与氧，CO2在培养液中的溶解度
有关，间接影响菌体代谢。 • 罐压一般维持在0.02~0.05MPa。
（3）搅拌转速
是指搅拌器在发酵 罐中转动速度。
搅拌转速大小与发 酵液的均匀性和氧 在发酵液中的传递Байду номын сангаас速率有关。
■ 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。
（3） DO浓度
氧是微生物体内一系列细胞色素氧化酶催化 产能反应的最终电子受体，也是合成某些产 物的基质。
利用DO浓度的变化，可以了解微生物对氧 利用的规律，反映发酵的异常情况，是一个 重要的控制参数。
3 、生物参数
（1）菌浓度和菌形态
菌形态和菌浓度直接反映菌生长的情况。 菌形态：显微镜观察 菌浓度：是衡量产生菌在整个培养过
第6章 发酵过程控制
我们必须通过各种研究方法了解有关生产 菌种对环境条件的要求，如培养基、培养温度、 pH、氧的需求等，并深入地了解生产菌在合成 产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢途 径，为设计合理的生产工艺提供理论基础。同 时，为了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规 律，可以通过各种监测手段如取样测定随时间 变化的菌体浓度，糖、氮消耗及产物浓度，以 及采用传感器测定发酵罐中的培养温度pH、溶 解氧等参数的情况，并予以有效地控制，使生 产菌种处于产物合成的优化环境之中。
以测得的参数，如温度、 pH、残糖等 ②间接参数：将直接参数经过计算得到的参 数，如摄氧率、KLa等
3、直接参数又可分为: 在线检测参数、离 线检测参数 ①在线检测参数： 指不经取样直接从发酵罐上
安装的仪表上得到的参数， 如温度、pH、搅拌转速； ②离线检测参数： 指取出样后测定得到的参 数，如残糖、残氮、菌体浓 度。