《发酵工艺的控制》PPT课件

（2）基质浓度（g/L）
发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的浓度，对菌 体的生长和代谢合成有重要影响，是产物代谢控制 的重要手段。
（3）溶解氧浓度（饱和度，％）
溶解氧是好氧发酵的必备条件，通常用饱和百分度
表示。
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（5）产物浓度（µg（u）/ml） 检验发酵是否正常与否的重要参数， 是决定发酵周期长短的根据.
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200~2000
10 50 200 10000 50000
150~1000 100~800 50~400 25~200 25~160
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备注 实验室研究
实验室，小试 中试
中试或生产 生产 生产
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（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
第五章
发酵工艺的控制
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第五章 发酵工艺的控制
1. 概述 ２. 温度的影响及其控制 ３. pH的影响及控制 ４. 溶氧的影响和控制 ５. 泡沫的作用和控制 ６. 补料的作用和控制 ７. 发酵终点的判断
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1. 概述
发酵过程控制是发酵的重要部分
控制难点：过程的不确定性和参数的非线性
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分批培养中微生物的生长规律
迟滞期
对数生长期
稳 定期
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死亡期
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迟滞期：菌体没有分裂只有生长，因为当菌种接种 入一个新的环境，细胞内的核酸、酶等稀释，这时 细胞不能分裂。
对数生长期：当细胞内的与细胞分裂相关的物质浓 度达到一定程度，细胞开始分裂，这时细胞生长很 快，对于初级代谢产物，在对数生长期初期就开始 合成并积累，
（2）压力（Pa）
影响发酵过程氧和CO2的溶解度，正压防止外
界杂菌污染。罐压一般控制在0.2×105～ 0.5×105 Pa。
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（3）搅拌速度（r/min） 搅拌器在发酵过程中的转动速度。 其大小影响发酵过程氧的传递速率，还受发酵罐的
容积限制（见下表）
发酵罐容积(L) 搅拌转速范（r/min）
一、温度对发酵的影响
（1）影响微生物各种酶催化反应的速度
微生物可生长的温度范围较广，总体说在-10—95℃。 在生物学范围内温度每升高10℃，生长速度通常就加快 一倍；温度每升高10℃酶反应速度增加2～3倍；
菌体生长的酶反应和产物合成酶反应温度往往是不同的， 因而发酵过程的温度直接影响产率；
（2）影响产物合成的方向 金霉素链霉菌四环素发酵时，30℃一下时金霉素增多，
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3. 生物参数 （1）菌丝形态 菌丝形态是衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发
酵过程的代谢变化和决定发酵周期的依据之一。 （2）菌体浓度 菌体浓度是控制微生物发酵的重要参数之一。生产
上，常常根据菌体浓度来决定补料量和供氧量，以 保证生产达到预期水平。
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2 . 温度的影响及其控制
整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产 物浓度等参数都随时间变化。
分批培养的优缺点：
优点： 操作简单，周期短，染菌机会少，生 产过程容易掌握
缺点 ： 产率低
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2、补料分批培养
在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不 足而导致的发酵过早结束的缺点。
在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，在工 厂的实际生产中采用这种方法很多。
半连续培养的特点 放掉部分发酵液，再补入部分料液，使代谢 有害物得以稀释有利于产物合成，提高了总 产量。
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4、连续培养
发酵过程中一边补入新鲜料液一边放出等量的发 酵液，使发酵罐内的体积维持恒定。
达到稳态后，整个过程中菌的浓度，产物浓度， 基质浓度都是恒定的。
连续培养的优缺点
优点：控制稀释速率可以使发酵过程最优化。发 酵周期长，得到高的产量。
般控制在0.5～1.0（m3空气/（m3发酵液·min）） （6）粘度（Pa·s） 细胞生长或细胞形态的一种标志，反映发酵罐中的
菌丝分裂情况，表示菌体的浓度。
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2. 化学参数
（1）pH （酸碱度）
发酵工艺重要的参数之一，与菌体生长和产物合成 有密切关系。包括起始pH ，发酵过程中的pH 。
稳定期：随着细胞生长，培养液中的营养物减少， 废物积累，导致细胞生长速率下降，进入减速期
死亡期：最后当细胞死亡速率大于生成速率，进入 死亡期，而次级代谢产物则在对数生长期后期和稳 定期大量合成。
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1、 分批发酵(间隙发酵)
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最简单的发酵过程，培养基灭菌后, 接入菌 种，进行发酵, 除了空气的通入和排气外, 没有物料的加入和取出。
缺点 ：菌种不稳定的话，长期连续培养会引起菌 种退化，降低产量。长时间补料染菌机会大大增 加。
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二、发酵过程的代谢参数
发酵过程的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。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。
代谢参数按性质分可分三类：
35℃时只生产四环素；
（3）影响发酵液的物理性质
补料分批培养的优缺点:
优点: 在这样一种系统中可以维持低的基质浓度， 避免快速利用碳源的阻遏效应；可以通过补料控制 达到最佳的生长和产物合成条件。
缺点: 由于没有物料取出，产物的积累最终导致比
生产速率的下降; 增加了染菌机会
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3、半连续培养
在补料分批培养的基础上间歇放掉部分发酵 液（带放）称为半连续培养。
物理参数：温度、转速、压力、空气流量、粘度等
化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、溶解氧、
pH、产物浓度等
生物参数：菌丝形态、菌浓度、呼吸强度、关键酶
活力等
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发酵过程的主要控制参数
1. 物理参数
（1）温度（℃）
直接影响发酵过程的酶反应速率，氧的溶解度 和传递速率，菌体生长速率和合成速率。
发酵过程的影响因素是复杂的，比如设备的差 别、水的差别、培养基灭菌的差别，菌种保藏 时间的长短，发酵过程的细微差别都会引起微 生物代谢的不同。了解和掌握分析发酵过程的 一般方法对于优化发酵是十分必要的
一、发酵过程的方式
二、发酵过程的代谢参数
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一、发酵过程的方式
分批培养 补料分批培养 半连续培养 连续培养