发酵工艺控制课件
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能是不同的； 发酵罐中氧的吸收率很低；（多数＜ 2%；通常＜ 1%） 加大通气量会引起过多泡沫； 消泡剂不利于氧的溶解。
3、最适pH的选择和调节
最适pH的选择和调节的原则： 既有利于菌体的生长繁殖，又可最大限度的获得高产。 根据不同微生物的特性，在发酵过程中随时检查pH
值的变化，选用适当的方法进行调节。 生长最适pH和产物形成最适pH的相互关系： ①两者相同，范围都宽；容易控制。 ②两者相同，范围都窄；必须严格控制。 ③两者相同，范围一宽一窄；必须严格控制。 ④两者不同，范围都窄；分别严格控制。
2、影响发酵温度的因素
发酵热的成分
生物热：微生物生长繁殖过程中的产热 搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热 蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量 辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量 显 热：空气流动过程夹带着的热量 Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发Q显-Q辐射
3、发酵热的测定
①通过冷却水进出口温度和流量测定：
冷却是主要的方法，通常是利用发酵罐的热 交换装置进行降温，如果气温较高，冷却水 温度也较高时，多采用冷媒(盐水)进行降温。
发酵罐的热交换装置：
罐外夹套 罐内蛇管、列管
二、pH值对发酵的影响及控制
发酵液pH对菌体生长、繁殖和产物积累影响较大。 生产前应进行试验和研究。 菌体生长、繁殖和产物积累的最适pH不一定相同。 整个发酵过程的pH是变化的。
接种后发酵温度有下降趋势，此时可适当升高温度， 以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖；
待发酵液温度开始上升后，应保持在菌体的最适生长 温度；
到主发酵旺盛阶段，温度应控制在比最适生长温度低 些，即代谢产物合成的最适温度；
到发酵后期，温度下降，此时适当升温可提高产量。 选择是相对的，要考虑培养基成分、浓度；溶氧（温
2、影响发酵pH的因素
生理碱性物质和生理酸性物质 生理碱性物质：经微生物代谢后，导致pH上升 （碱性物质生成或酸性物质消耗）的物质。
如：有机氮源，硝酸盐，有机酸。 （产NH3、NaOH）
生理酸性物质：经微生物代谢后，导致pH下降 （酸性物质生成或碱性物质消耗）的物质。
如：糖类（产有机酸），脂肪（产脂肪酸），铵盐 （氧化产硫酸）。
3、最适pH的选择和调节
选择pH值的方法：通过实验确定。 配制并始终调节控制不同pH，检出菌体或产物最大值。 调节pH值的方法： 主要考虑培养基中生理酸、碱性物质的配比； 补料调节：调节通气量、调整盐类、氮源、碳源的配
比平衡； 如：青霉素生产的葡萄糖补加控制pH。 （按需补糖比恒速补糖效果好。）
05
35 20 85
125
4、最适温度选择与发酵温度控制
—发酵温度控制
进行温度控制时应考虑的因素
不同菌种在不同生长阶段的生长和生产特性 参考其它发酵条件（通气、培养基成分和浓
度、pH值等），如通气条件差时，则最适 发酵温度比通气良好时低。
4、最适温度选择与发酵温度控制
—发酵温度控制
温度控制的方法
Q发酵=G·cw·(t1-t2)/V G—冷却水流量； Cw—水的比热； V—发酵液体积。 ②通过发酵液温度随时间ห้องสมุดไป่ตู้升的速率测定：
Q发酵=(M1c1+ M2c2)·S M1、c1 —发酵液质量、比热； M2、c2 —发酵罐质量、比热； S—温度上升速率。
4、最适温度选择与发酵温度控制
温度变化的一般规律与控制的一般原则
添加弱酸或弱碱、加缓冲剂。（一般效果不好）
三、氧对发酵的影响
氧是制约发酵进行的重要因素 氧难溶于水，培养基中贮存的氧量很少； 【纯氧溶纯水，1.26mmol/L；空气氧溶纯水，0.25；培养基更低】 高产株和加富培养基的采用以及发酵周期的缩短
加剧了对氧的需求； 形成产物的最佳氧浓度和生长的最佳氧浓度有可
2、影响发酵pH的因素
影响pH值的因素：培养基成份、微生物代谢特性决 定发酵过程的pH变化。（综合反映） 此外，通气状况的变化，菌体自溶和杂菌污染都可 能引起发酵液pH的变化。 微生物改变培养液pH以适合自身生长的能力很强。 发酵液的实际pH是“成分”和“途径”的统一。 确定和有效控制pH在菌体生长或产物积累的最适范 围是高产的保证。
升氧降）；生长阶段；培养条件等。
4、最适温度选择与发酵温度控制
—最适温度选择
最适温度分最适生长温度和最适产物合成温度，两者
往往不同，各阶段可用不同温度。
如：青霉素分别为： 30℃和 24.7 ℃。
青霉素发酵的温度控制
0-5h：30°C
30
6-35h：25°C
25
25
36-85h：20°C 86-125h：25°C
1、 pH对发酵的影响
pH对微生物生长和产物形成影响的原因： pH值影响菌体形态，如壁厚薄、长径比； pH值改变使原生质膜电荷发生改变，影响菌体对营养 物质的吸收和代谢产物的排出； pH值直接影响酶活性； pH值影响某些重要营养物质和中间代谢产物的离解， 从而影响微生物对这些物质的利用。 pH影响生物合成的途径。 如：黑曲霉pH=2-3时产柠檬酸；近中性时产草酸、 葡萄糖酸。
1、 pH对发酵的影响 2、影响发酵pH的因素 3、最适pH的选择和调节
1、 pH对发酵的影响
微生物生长最适pH值范围 不同的微生物具有不同的最适生长的pH值。 细菌6.5-7.5； 放线菌6.5-8.0； 霉菌4.0-5.8； 酵母菌3.8-6.0
产物形成最适pH值范围 微生物的生长和产物形成的最适pH值往往不同。 少数一致，大多不同； 有的偏高，有的偏低。
第七章 发酵工艺控制
发酵的一般流程
培养基配制
种子扩大培养
空气除菌 发酵设备
培养基灭菌
发酵生产
下游处理
提纲
温度控制 pH值控制 溶氧控制 二氧化碳控制 泡沫的控制
1、温度对发酵的影响
对细胞生长的影响：温度升高，从酶反应动力学来看，生 长代谢加快，但由于酶很容易热失活，所以高温时菌体易 于衰老； 对产物形成的影响：菌体生长速率、呼吸强度和代谢产物 形成速率的最适温度往往是不同的；温度升高，一般产物 生成提前； 对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而改变； 对发酵液物理性质及溶解氧的影响：影响氧的溶解和传递， 影响一些基质的分解，间接影响生物合成。
3、最适pH的选择和调节
最适pH的选择和调节的原则： 既有利于菌体的生长繁殖，又可最大限度的获得高产。 根据不同微生物的特性，在发酵过程中随时检查pH
值的变化，选用适当的方法进行调节。 生长最适pH和产物形成最适pH的相互关系： ①两者相同，范围都宽；容易控制。 ②两者相同，范围都窄；必须严格控制。 ③两者相同，范围一宽一窄；必须严格控制。 ④两者不同，范围都窄；分别严格控制。
2、影响发酵温度的因素
发酵热的成分
生物热：微生物生长繁殖过程中的产热 搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热 蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量 辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量 显 热：空气流动过程夹带着的热量 Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发Q显-Q辐射
3、发酵热的测定
①通过冷却水进出口温度和流量测定：
冷却是主要的方法，通常是利用发酵罐的热 交换装置进行降温，如果气温较高，冷却水 温度也较高时，多采用冷媒(盐水)进行降温。
发酵罐的热交换装置：
罐外夹套 罐内蛇管、列管
二、pH值对发酵的影响及控制
发酵液pH对菌体生长、繁殖和产物积累影响较大。 生产前应进行试验和研究。 菌体生长、繁殖和产物积累的最适pH不一定相同。 整个发酵过程的pH是变化的。
接种后发酵温度有下降趋势，此时可适当升高温度， 以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖；
待发酵液温度开始上升后，应保持在菌体的最适生长 温度；
到主发酵旺盛阶段，温度应控制在比最适生长温度低 些，即代谢产物合成的最适温度；
到发酵后期，温度下降，此时适当升温可提高产量。 选择是相对的，要考虑培养基成分、浓度；溶氧（温
2、影响发酵pH的因素
生理碱性物质和生理酸性物质 生理碱性物质：经微生物代谢后，导致pH上升 （碱性物质生成或酸性物质消耗）的物质。
如：有机氮源，硝酸盐，有机酸。 （产NH3、NaOH）
生理酸性物质：经微生物代谢后，导致pH下降 （酸性物质生成或碱性物质消耗）的物质。
如：糖类（产有机酸），脂肪（产脂肪酸），铵盐 （氧化产硫酸）。
3、最适pH的选择和调节
选择pH值的方法：通过实验确定。 配制并始终调节控制不同pH，检出菌体或产物最大值。 调节pH值的方法： 主要考虑培养基中生理酸、碱性物质的配比； 补料调节：调节通气量、调整盐类、氮源、碳源的配
比平衡； 如：青霉素生产的葡萄糖补加控制pH。 （按需补糖比恒速补糖效果好。）
05
35 20 85
125
4、最适温度选择与发酵温度控制
—发酵温度控制
进行温度控制时应考虑的因素
不同菌种在不同生长阶段的生长和生产特性 参考其它发酵条件（通气、培养基成分和浓
度、pH值等），如通气条件差时，则最适 发酵温度比通气良好时低。
4、最适温度选择与发酵温度控制
—发酵温度控制
温度控制的方法
Q发酵=G·cw·(t1-t2)/V G—冷却水流量； Cw—水的比热； V—发酵液体积。 ②通过发酵液温度随时间ห้องสมุดไป่ตู้升的速率测定：
Q发酵=(M1c1+ M2c2)·S M1、c1 —发酵液质量、比热； M2、c2 —发酵罐质量、比热； S—温度上升速率。
4、最适温度选择与发酵温度控制
温度变化的一般规律与控制的一般原则
添加弱酸或弱碱、加缓冲剂。（一般效果不好）
三、氧对发酵的影响
氧是制约发酵进行的重要因素 氧难溶于水，培养基中贮存的氧量很少； 【纯氧溶纯水，1.26mmol/L；空气氧溶纯水，0.25；培养基更低】 高产株和加富培养基的采用以及发酵周期的缩短
加剧了对氧的需求； 形成产物的最佳氧浓度和生长的最佳氧浓度有可
2、影响发酵pH的因素
影响pH值的因素：培养基成份、微生物代谢特性决 定发酵过程的pH变化。（综合反映） 此外，通气状况的变化，菌体自溶和杂菌污染都可 能引起发酵液pH的变化。 微生物改变培养液pH以适合自身生长的能力很强。 发酵液的实际pH是“成分”和“途径”的统一。 确定和有效控制pH在菌体生长或产物积累的最适范 围是高产的保证。
升氧降）；生长阶段；培养条件等。
4、最适温度选择与发酵温度控制
—最适温度选择
最适温度分最适生长温度和最适产物合成温度，两者
往往不同，各阶段可用不同温度。
如：青霉素分别为： 30℃和 24.7 ℃。
青霉素发酵的温度控制
0-5h：30°C
30
6-35h：25°C
25
25
36-85h：20°C 86-125h：25°C
1、 pH对发酵的影响
pH对微生物生长和产物形成影响的原因： pH值影响菌体形态，如壁厚薄、长径比； pH值改变使原生质膜电荷发生改变，影响菌体对营养 物质的吸收和代谢产物的排出； pH值直接影响酶活性； pH值影响某些重要营养物质和中间代谢产物的离解， 从而影响微生物对这些物质的利用。 pH影响生物合成的途径。 如：黑曲霉pH=2-3时产柠檬酸；近中性时产草酸、 葡萄糖酸。
1、 pH对发酵的影响 2、影响发酵pH的因素 3、最适pH的选择和调节
1、 pH对发酵的影响
微生物生长最适pH值范围 不同的微生物具有不同的最适生长的pH值。 细菌6.5-7.5； 放线菌6.5-8.0； 霉菌4.0-5.8； 酵母菌3.8-6.0
产物形成最适pH值范围 微生物的生长和产物形成的最适pH值往往不同。 少数一致，大多不同； 有的偏高，有的偏低。
第七章 发酵工艺控制
发酵的一般流程
培养基配制
种子扩大培养
空气除菌 发酵设备
培养基灭菌
发酵生产
下游处理
提纲
温度控制 pH值控制 溶氧控制 二氧化碳控制 泡沫的控制
1、温度对发酵的影响
对细胞生长的影响：温度升高，从酶反应动力学来看，生 长代谢加快，但由于酶很容易热失活，所以高温时菌体易 于衰老； 对产物形成的影响：菌体生长速率、呼吸强度和代谢产物 形成速率的最适温度往往是不同的；温度升高，一般产物 生成提前； 对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而改变； 对发酵液物理性质及溶解氧的影响：影响氧的溶解和传递， 影响一些基质的分解，间接影响生物合成。