发酵工艺的过程控制课件.pptx

FSm1 V
dsn dt
Fsn
dsn dt
DSn Sn1 • • • • • •3 6
• Yx/s为以消耗基质基准的菌生长得率常数。
•
Yx / s
dx ds
•
dS n
dxn YX / S
将其代(3-6)
dxn Yx / s
D(sn sn1)
把 dxn dt
n sn 代入得
（2）发酵一次一次进行。
• 2、连续：（1）培养液加入到放出是连续的；
（2）培养罐中处于稳定状态。
• 3、半连续发酵：培养基连续加入发酵液分批或分别放出
I→II→III
整个系统培养液连续加入，但各罐的发酵液分别放出。
第二节 发酵过程的动力学类型
• 反应
化学因素 研究 则化学反应动力学
• 酶→酶反应动力学
nsn
YX / S
D(Sn
Sn1)
Sn
ห้องสมุดไป่ตู้
Sn1
1 D
•
n Xn
YX / S
式(3 7
• 对单级罐而言
则S
S0
X Yx / s
X
（S0
S）YX /（ S 3
xo 0,同理 D
（单罐：P X •YP/ X
S
S0
X YX / S
X
（S0
S）YX
/
）
S
根据Michadis--mentem公式
产物合成
菌
（三）类型Ⅲ 1.特点：
• ①分成两个时期，但产物形成比类型Ⅱ早，在菌体接近或达到最大值时，产 物开始生长。
• ②菌体生长和碳源利用没有第二个高峰。
• ③产物的形成和碳源利用无量上的关系，都是属于次级代谢产物，产物量占 发酵液中的0.1~2%。
• 链霉素发酵(用灰色链霉菌生产)
2、产物类型:分为三种类型，知道发酵的类型
发酵：1、速度：表征是什么？几个表征间关系；
2、影响因素：其如何影响，怎样控制这些因素
• 现主要讨论第1个问题
• 将培养基灭菌，加入菌种，在一定容器中发酵，将其动态变化 画成曲线，此为发酵曲线图
• 所以影响因素为：
a 基质中糖或碳源
b 菌种
c 产物
从此三个因素分析发酵速度。
发酵曲线图
浓 度
微生物量
（一）类型I
乳酸发酵
浓 度
菌体 乳酸 时间
（一）类型I
菌体
乳酸发酵
乳酸 时间
（一）类型I 杆菌肽发酵
比
速
度
杆菌肽
菌体
糖利用
时间
（二）类型II
产物
碳源利用 菌合成
时间
（二）类型II
1特点：
– ①分成两个时期：菌体生长和产物形成在不同时期，分别 在菌生长期产物形成期。
– ②碳源利用的比速度有两个高峰，分别在两个时期，第一 个高峰用于菌体生长，第二个高峰用于产物合成（在产物形 成期可能还有菌体第二次生长）。
• 后发酵：40~72h 菌体不增长，甚至有些下降，溶剂增长到最 大值，酸降低到最小值。
②无中间产物积累
• 如：延胡索酸发酵 用黑根霉 谷氨酸发酵 用棒状杆菌
柠檬酸发酵 用黑曲霉
土霉素发酵 金色链霉菌（四环类抗生等）
土霉素生产因其菌生长，C利用有两个高峰而划入Ⅱ型， 产物产量较高。
（三）类型Ⅲ
碳源利用
• 饱和常数 K,为S 1/2 m时基质浓度
（三）类型Ⅲ 链霉素发酵（用灰色链霉素生产）
• 浓度
链霉菌
比速度
菌体
链霉素
糖
菌
糖
第三节 连续发酵动力学
• 一、控制方法 • 1、恒浊法：根据培养液的浊度与菌的浓度成正，比通过一种
仪器（如光电效应）控制菌的流量，使菌的浓度保持一致，在 此培养基的各种养料是充足过量的，菌都在最大生长速度，菌 浓度被控制，适用于动力学类型Ⅰ。 • 2、恒化法：培养基中有一种可限制菌的生长速度，此为限制 性基质，如培养基中糖的含量很低，还可用氨基酸，无机氮等 而别的成分不是过量的，培养基的流量一定，这种方法，菌的 生长速度不是在最大生长速度，以此控制菌的浓度一定，采用 这种方法适于动力学Ⅱ、Ⅲ型。
二、动力学
• 下面以多罐，开放式（相对于菌体截留的密闭 式）混合均匀为例
• F 流量 L/h • X 菌浓度 g/L • S 基质浓度 g/L • P 产物浓度 g/L • 每一罐流量一样为F • 要保持连续发酵系统的稳定
1.菌的情况 流入量十生长菌量=流出菌量 即：
3、对基质情况
• 同理
• •
算。
2、产物类型 此一类型产物主要有两大类：
• ①菌体 产量常数在一定条件下，用一定菌体产量常数相对稳定。故知 产量常数可控制流加糖的量，还可利用产量常数检查，发酵条 件的控制是否合适。
• ②代谢产物：酵母的酒精发酵、乳酸发酵 另部分次级代谢产物也属此型，但大多数属类型III ③次级代谢产物，杆菌肽、氯霉素。
糖或碳原 耗量
产物量
糖减量
时间
• 从此三个因素分析发酵速度。
• 所以研究发酵速度就是研究
1．碳源利用速度
ds
dt
2．菌生长速度
dx
dt
3．产物形成速度
dp
dt
4．上述三者之间关系 • 根据以上四个条件将所有发酵过程分为三大类型
发酵过程分为三大类型
（一）类型I
菌生长 产物形成 碳源利用
（一）类型I 1、特点 • ①菌生长比速度µC、µP都有一个高峰 • ②三者的高峰同时出现，三者基本平行 • ③产物的量和碳源利用量有一定的化学剂量关系可进行理论计
第四章 发酵工艺控制
第一节 发酵生产方法的类型
厌气性固态
饲料酿酒
培养基状态固态是 厌否氧需氧好 酒气 精性 , 丙固酮态丁醇 浅 深,层 层啤酒
酒曲(5cm) 柠檬酸(原10 20cm
液态好气性浅 深盘 层((现 20主 cm要 以)下)
• 发酵过程状态：
• 1、间歇：（1）培养基加入和发酵液放出是一致的；
• ①将预知某个发酵将按什么情况进展
• ②可作为发酵的中间控制的理论基础，在实践上指导生产监督生产，如控制 流加糖。根据菌体生产和产物形成是否同步的，可控制不同的发酵条件，如 Ⅱ、Ⅲ型可在不同时期，为不同目的（菌体或产物），控制不同发酵条件， 从营养上说，生长的营养条件和产物的营养条件有区别。
• ③在连续发酵的设计上，类型Ⅰ可用单级，如为类型Ⅱ、Ⅲ就要采用二级以 上的连续发酵，使菌体生长和产物形成都得到保证。
– ③碳源利用和产物形成无明确的化学剂量关系，但还是有一 定关系的。
2、产物类型
• ①有中间产物积累：产物在合成过程中先积累一定产物，再由 中间产物转化为最终产物。如丙酮丁醇发醇，丙酮丁醇发酵分 为三个时期。
• 增酸期：0~18h 有机酸大量积累，菌体大量生长 产物溶剂形 成少
• 减酸期：18~40h菌体长到最大期，溶剂就大量形成，培养液中 pH值上升