发酵工艺控制
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• ⑷ 基质含量：定时测定糖(还原糖和总糖)、氮(氨基氮或铵 氮)等基质的浓度。
• ⑸ 空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积， 也叫通风比。一般控制在0.5～1.0 L／(L·min)。
• ⑹ 压力：罐压一般维持在0.02～0.05 MPa。
• ⑺ 搅拌转速：控制搅拌转速以调节溶氧。以每分钟的转数 表示。
第一节 温度控制
发酵过程中，伴随着细胞的生长代谢、机械搅拌会产生一定 的热量，而由于发酵罐壁散热和水分蒸发，又会带走部分热量， 因此，发酵罐的温度是不断变化的，必须加以控制，才能满足微 生物生长代谢的需要，从而达到高效生产的目的。
一.发酵热及其测定 二.温度对微生物生长的影响 三.温度对发酵的影响 四.最适温度的控制
经实测，抗生素发酵的最大发酵热均为3000~50000 kJ／(m3·h)；谷氨 酸发酵的最大发酵热约为7000~8000 kJ／(m3·h)。
（3）热力学方法：
根据盖斯定律：“在恒压和恒容条件下，一个反应不论是一步完 成或几步完成，其反应热是相同的”。这实际上是热力学第一定 律的必然推论，因为焓（H）是状态函数，过程的焓变与途径无 关，只决定于过程的始态和终态。发酵热可根据标准燃烧热或标 准生成热来计算。
三种测算方法：
（1）利用热交换原理：通过测量一定时间内冷却水的流量
和冷却水进出口的温度，用下式计算：
式中:
Q发酵=qvC(t2-t1)/V
C为水的比热，[kJ/（kg ·℃）]
t1、t2为进、出的冷却水温度，（ ℃）
qv为冷却水的流量，（L/h） V为发酵罐体积，（m3）
如果需要求生物热时：
Q生物= Q发酵- Q搅拌+ Q蒸发+ Q辐射
• ⑻ 搅拌功率：常指每立方米发酵液所消耗的功率(kW／ m3)。
• ⑼ 黏度：细胞生长或细胞形态的一项标志，也能反映发酵 罐中菌丝分裂过程的情况，通常用表观黏度表示之。
• ⑽ 浊度：澄清培养液中低浓度非丝状菌的OD值与细胞浓 度成线性关系。一般采用分光光度计的波长420～660 nm 测量，要求吸光率0.3～0.5。波长600～700 nm间，一个吸 光率单位大约相当于1.5 g细胞干重／L。浊度对氨基酸、 核苷酸等产品的生产是极其重要的。
• (11) 料液流量
• (12) 产物的浓度：
• (13) 氧化还原电位：限氧条件发酵用氧化还原电位参数控 制则较理想。
• (14) 废气中的氧含量：从废气中的氧和CO2的含量可以算 出产生菌的摄氧率、呼吸熵和发酵罐的供氧能力。
• (15) 废气中的CO2含量：揭示产生菌的呼吸代谢规律。 • (16) 菌丝形态：衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵
（2）利用温度变化率S（℃/h）：通过罐温的自动控制，
先使罐温达到恒定，再关闭自控装置，测量温度随时间上升的速 率，按下式求出发酵热：
式中:
Q发酵=（m1c1+m2c2）u
m1、 m2为发酵液、罐的质量，（kg）
c1为发酵液的比热， [kJ/（kg ·℃）] C2为发酵罐材料的比热， [kJ/（kg ·℃）] u为温度上升速率，（ ℃／h）
第八章 发酵工艺控制
1.温度控制 2.pH控制 3.溶氧控制 4.泡沫控制 5.补料控制
6.发酵终点的判断
发酵过程的主要控制参数
• ⑴ 温度：不同的菌种，不同产品，发酵不同阶段所维持的 温度亦不同。
• ⑵ pH值： 显示发酵过程中各种生化反应的综合结果。
• ⑶ 溶氧浓度（DO值，简称溶氧）：一般用绝对含量(mg／ L)来表示，有时也用在相同条件下氧在培养液中饱和度的 百分数(％)来表示。
（2）搅拌热（Q搅拌）
机械搅拌通气发酵罐，发酵液体之间，液体与搅拌器等设
备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关， 可用下式计算：
式中:
Q搅拌=P·3601 （kJ/h）
P为搅拌功率，（kW） 3601是机械能转变为热能的热功当量，[kJ/(kW·h)]
（3）蒸发热（Q蒸发）
散热的情况：
源自文库
通气时，引起发酵液水分的蒸发，被空气和蒸发水分带走 的热量叫做蒸发热或汽化热。
蒸发热可按下式计算：
式中:
Q蒸发=qm(H出-H进)
qm为干空气的重量流量，（kg空气/h）
H出、H进为发酵罐排气和进气的热焓，（kJ/kg干空气）
（4）辐射热（Q辐射）
通过罐体表面向环境中发射红外线而散失的热量。热量 的大小决定于罐内外温度差大小、罐的表面积等。
一.发酵热及其测定
1.发酵热
微生物在发酵过程中，由于生物氧化作用和机械搅拌 作用等产生的热量，称为发酵热。
发酵罐温的变化主要受以下几个因素的影响。 生物热 搅拌热 蒸发热 辐射热
则: Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
产热>散热 净热量堆积 发酵液的温度上升； 相反，产热小于耗热，温度下降。
辐射热的大小，取决于罐内外温差的大小。 冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的5％。
在发酵过程中，Q生物和Q蒸发随时间而变化，因此，发酵热 在整个发酵过程中，也随着时间而变化。为了使发酵维持在适 当的温度下进行，必须采取一定的保温措施：在夹套或蛇形管 内通入冷热水来控制发酵罐的温度。
2.发酵热的测定
具有时间性。 发酵初期 对数生长期 发酵后期
如四环素发酵的发酵热最大是在20~50h,最高可达29330KJ/(m3.h)， 其它时段最低约为8380
生物特异性。
与营养有关。 培养基成分愈丰富，营养被利用速度愈快，产生的生物热就 愈多。
如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发酵不正常。 如果发酵前期温度上升剧烈，有可能染菌，
过程的代谢变化和决定发酵周期长短的依据之一。 • (17) 菌体浓度：是控制微生物发酵的重要参数之一，特别
是对抗生素次级代谢产物的发酵。常根据菌浓来决定适合 的补料量和供氧量。
由以上参数计算得出的菌体生长比速、氧比消耗速率、 糖比消耗速率、氮比消耗速率和产物比生成速率也是控制 产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺条件的主要依据，多 用于发酵动力学的研究。
（1）生物热（Q生物）
产热的情况：
在微生物生长代谢过程中，由于生物氧化作用而释放出 的热量称为生物热。
营养物氧化分解释放出的能量，部分用于合成高能化合物， 并被消耗在各种代谢途径中，如合成新细胞组分，膜运输，鞭 毛运动，合成代谢产物等，其余部分则以热的形式散发出来。
微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。
• ⑸ 空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积， 也叫通风比。一般控制在0.5～1.0 L／(L·min)。
• ⑹ 压力：罐压一般维持在0.02～0.05 MPa。
• ⑺ 搅拌转速：控制搅拌转速以调节溶氧。以每分钟的转数 表示。
第一节 温度控制
发酵过程中，伴随着细胞的生长代谢、机械搅拌会产生一定 的热量，而由于发酵罐壁散热和水分蒸发，又会带走部分热量， 因此，发酵罐的温度是不断变化的，必须加以控制，才能满足微 生物生长代谢的需要，从而达到高效生产的目的。
一.发酵热及其测定 二.温度对微生物生长的影响 三.温度对发酵的影响 四.最适温度的控制
经实测，抗生素发酵的最大发酵热均为3000~50000 kJ／(m3·h)；谷氨 酸发酵的最大发酵热约为7000~8000 kJ／(m3·h)。
（3）热力学方法：
根据盖斯定律：“在恒压和恒容条件下，一个反应不论是一步完 成或几步完成，其反应热是相同的”。这实际上是热力学第一定 律的必然推论，因为焓（H）是状态函数，过程的焓变与途径无 关，只决定于过程的始态和终态。发酵热可根据标准燃烧热或标 准生成热来计算。
三种测算方法：
（1）利用热交换原理：通过测量一定时间内冷却水的流量
和冷却水进出口的温度，用下式计算：
式中:
Q发酵=qvC(t2-t1)/V
C为水的比热，[kJ/（kg ·℃）]
t1、t2为进、出的冷却水温度，（ ℃）
qv为冷却水的流量，（L/h） V为发酵罐体积，（m3）
如果需要求生物热时：
Q生物= Q发酵- Q搅拌+ Q蒸发+ Q辐射
• ⑻ 搅拌功率：常指每立方米发酵液所消耗的功率(kW／ m3)。
• ⑼ 黏度：细胞生长或细胞形态的一项标志，也能反映发酵 罐中菌丝分裂过程的情况，通常用表观黏度表示之。
• ⑽ 浊度：澄清培养液中低浓度非丝状菌的OD值与细胞浓 度成线性关系。一般采用分光光度计的波长420～660 nm 测量，要求吸光率0.3～0.5。波长600～700 nm间，一个吸 光率单位大约相当于1.5 g细胞干重／L。浊度对氨基酸、 核苷酸等产品的生产是极其重要的。
• (11) 料液流量
• (12) 产物的浓度：
• (13) 氧化还原电位：限氧条件发酵用氧化还原电位参数控 制则较理想。
• (14) 废气中的氧含量：从废气中的氧和CO2的含量可以算 出产生菌的摄氧率、呼吸熵和发酵罐的供氧能力。
• (15) 废气中的CO2含量：揭示产生菌的呼吸代谢规律。 • (16) 菌丝形态：衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵
（2）利用温度变化率S（℃/h）：通过罐温的自动控制，
先使罐温达到恒定，再关闭自控装置，测量温度随时间上升的速 率，按下式求出发酵热：
式中:
Q发酵=（m1c1+m2c2）u
m1、 m2为发酵液、罐的质量，（kg）
c1为发酵液的比热， [kJ/（kg ·℃）] C2为发酵罐材料的比热， [kJ/（kg ·℃）] u为温度上升速率，（ ℃／h）
第八章 发酵工艺控制
1.温度控制 2.pH控制 3.溶氧控制 4.泡沫控制 5.补料控制
6.发酵终点的判断
发酵过程的主要控制参数
• ⑴ 温度：不同的菌种，不同产品，发酵不同阶段所维持的 温度亦不同。
• ⑵ pH值： 显示发酵过程中各种生化反应的综合结果。
• ⑶ 溶氧浓度（DO值，简称溶氧）：一般用绝对含量(mg／ L)来表示，有时也用在相同条件下氧在培养液中饱和度的 百分数(％)来表示。
（2）搅拌热（Q搅拌）
机械搅拌通气发酵罐，发酵液体之间，液体与搅拌器等设
备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关， 可用下式计算：
式中:
Q搅拌=P·3601 （kJ/h）
P为搅拌功率，（kW） 3601是机械能转变为热能的热功当量，[kJ/(kW·h)]
（3）蒸发热（Q蒸发）
散热的情况：
源自文库
通气时，引起发酵液水分的蒸发，被空气和蒸发水分带走 的热量叫做蒸发热或汽化热。
蒸发热可按下式计算：
式中:
Q蒸发=qm(H出-H进)
qm为干空气的重量流量，（kg空气/h）
H出、H进为发酵罐排气和进气的热焓，（kJ/kg干空气）
（4）辐射热（Q辐射）
通过罐体表面向环境中发射红外线而散失的热量。热量 的大小决定于罐内外温度差大小、罐的表面积等。
一.发酵热及其测定
1.发酵热
微生物在发酵过程中，由于生物氧化作用和机械搅拌 作用等产生的热量，称为发酵热。
发酵罐温的变化主要受以下几个因素的影响。 生物热 搅拌热 蒸发热 辐射热
则: Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
产热>散热 净热量堆积 发酵液的温度上升； 相反，产热小于耗热，温度下降。
辐射热的大小，取决于罐内外温差的大小。 冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的5％。
在发酵过程中，Q生物和Q蒸发随时间而变化，因此，发酵热 在整个发酵过程中，也随着时间而变化。为了使发酵维持在适 当的温度下进行，必须采取一定的保温措施：在夹套或蛇形管 内通入冷热水来控制发酵罐的温度。
2.发酵热的测定
具有时间性。 发酵初期 对数生长期 发酵后期
如四环素发酵的发酵热最大是在20~50h,最高可达29330KJ/(m3.h)， 其它时段最低约为8380
生物特异性。
与营养有关。 培养基成分愈丰富，营养被利用速度愈快，产生的生物热就 愈多。
如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发酵不正常。 如果发酵前期温度上升剧烈，有可能染菌，
过程的代谢变化和决定发酵周期长短的依据之一。 • (17) 菌体浓度：是控制微生物发酵的重要参数之一，特别
是对抗生素次级代谢产物的发酵。常根据菌浓来决定适合 的补料量和供氧量。
由以上参数计算得出的菌体生长比速、氧比消耗速率、 糖比消耗速率、氮比消耗速率和产物比生成速率也是控制 产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺条件的主要依据，多 用于发酵动力学的研究。
（1）生物热（Q生物）
产热的情况：
在微生物生长代谢过程中，由于生物氧化作用而释放出 的热量称为生物热。
营养物氧化分解释放出的能量，部分用于合成高能化合物， 并被消耗在各种代谢途径中，如合成新细胞组分，膜运输，鞭 毛运动，合成代谢产物等，其余部分则以热的形式散发出来。
微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。