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1、第六章 发酵过程的检测与控制,第一节：检测与控制概论,发酵过程检测与控制的概念,为了更好的进行发酵生产， 人们选取了发酵过程中的某些变量， 依据一定的原理， 利用一定的方法 并借助相应的仪器设备 对其进行检测 或检查， 并在此基础上 通过一定的方法 和仪器设备 对发酵过程进行有目的的干预， 使其尽可能按照预定的方向进行。,问题：如何发酵生产更好的进行？,都有哪些变量可选？选取的原则是什么？,？,？,？,如何对参数进行判断？,？,？,检测,控制,一、发酵过程的检测检查变量,（参数）,1、检测的变量统计,问题：发酵过程中都有那些变量？,发 酵 罐,接种,压空,蒸汽,水,流加,取样,放罐,尾气,冷凝
2、,水,温度、PH、DO,2、检测变量选取原则,（1）实用原则（2）可行性原则,3、实际发酵生产和研究中主要检测的变量,（1）PH （2）DO （3）温度 （4）转速 （5）残糖 （6）其他,（1）流量 （2）温度,（1）流量 （2）温度,进罐,罐中,出罐,4、实际发酵生产和研究中主要的检查项目,（1）微生物形态的检查（2）无菌检查（3）泡沫检查,二、检测的原理和方法,1、PH,（1）仪器设备：PH电极,（3）方法：电位分析法,（2）原理：能斯特方程式，原电池工作原理,2、DO,（1）仪器方法：溶氧电极,（3）方法：极谱分析法,（2）原理：斐克扩散定律，法拉第电解定律,3、温度,（1）仪器设备：
3、温敏电极,（3）方法：利用温敏金属的电阻变化,（2）原理：温敏金属电阻与温度的关系,4、流量,（1）仪器设备：转子流量计,（3）方法：让气（水）流自下从一垂直管道中央契形塞子周围间隙通过，利用流体的速度、流量与塞子被冲起的高度的关系计算流量。,（2）原理：流体力学知识,5、转速,（2）原理：电磁感应原理,（3）方法：利用电磁感应将转速转换成感应电信号,（1）仪器设备：转速表,6、残糖,（3）原理：氧化还原电反应,（1）方法：斐林滴定法,（2）仪器设备：相应玻璃仪器发酵罐取样设备,7、其他,（1）氧气主要依据其高顺磁性以顺磁氧分析仪分析。,7.1、进出罐气体成分（主要为氧气和CO2）,（2） C
4、O2利用其红外吸收特性用红外CO2分析仪分析。,（1）重量法。,7.2、菌体浓度,（2）比例法。,（3）体积法。,（4）利用其他物理化学性质与质量的线形关系：如测黏度测吸光度测浊度测荧光强度,7.3、某些中间代谢产物和酶,（1）中间代谢物一般有三种方法：生物传感器气质联用（GC-MS）（复杂代谢物）高压液相色谱（HPLC）（复杂代谢物）,（2）酶常用活力测定表达结果。,7.4、终产物（并非控制依据）,（1）化学法，如滴定。,（2）物理法，如测比色、旋光度等。,（3）生物法，如杯碟法测抗生素效价。,例如,终产物的特殊表示方法,三、检查的原理和方法,1、微生物形态的观察,取样后显微镜下观察。,2、
5、无菌检查,取样后显微镜下观察，结合平板法。,3、泡沫检查,泡沫电极。,四、主要检测变量的控制,1、PH,方法：采用在发酵过程中向罐中流加酸碱物质来达到。,原理：酸碱中和反应,仪器设备：补料系统手动或自动电路,2、DO,（1）原理：氧气传递、消耗的动力学原理,（2）方法：改变搅拌与通气量等,（3）仪器设备：发酵罐配套电路,3、温度,（1）原理：关于传热和换热的恒算,（2）方法：以水、蒸汽为介质换热、维持发酵罐温度或进行灭菌。,（3）仪器设备：蛇管、夹套及其他发酵罐换热设备,4、流量,手动或自动阀门开度直接调节。,5、转速,发酵罐电动机或其他动力设备直接调节。,6、残糖,（1）升高浓度：一般采用流
6、加灭菌糖液的方法。,（2）降低浓度：一般不能直接调节，而是采用其他调节手段改变菌体代谢途径和强度，加速糖耗，间接调节残糖浓度。,7、其他,发酵过程中主要依据此二者间接估算呼吸商、摄氧率等生物参数，不是控制的对象。,7.1、进出罐气体成分（主要为氧气和CO2）,7.2、菌体浓度,是一个间接控制的参数，通过其他参数的控制而控制。,7.3、某些关键的中间代谢产物和酶,用于对发酵进程更精确的把握，一般不是直接控制的对象。,7.4、终产物,量度控制的效果。,五、主要检查变量的控制,1、微生物形态的控制,量度控制效果，不是直接控制对象。,2、无菌控制,提前放罐、加抗生素、设备灭菌、环境消毒等。,3、泡沫控
7、制,手动或自动流加消泡剂，或消泡浆自动打碎泡沫。,本节知识结构图,发酵过程检测与控制,检测参数种类,控制方法,更好发酵生产,备选变量,物理,化学,生物,流量,温度,PH,DO,残糖,转速,菌浓,尾气,中(终)产物,检测方法,直接控制对象,检查项目,一定原则,主要检测参数,形态、染菌、泡沫,流量,温度,PH,DO,残糖（升高）,转速,其他环节,其他环节,其他环节,间接控制,间接控制,间接控制,电极,电极,电极,转速表,氧还滴定,顺磁、红外,流量计,阀门,夹套、蛇管,电路,流加,转速、空气流量,流加*,* 残糖降低时是间接控制,HPLC等,重量法、比例法等,专门检查控制方法,本节结束,请预习下一节
8、：pH的检测与控制,课下阅读: 营养基质及菌体浓度的影响及其控制 发酵终点的判断 发酵的优化控制 发酵过程的计算机控制 发酵过程的精确控制,产物量的特殊表示法,1、抗生素效价的表示,抗生素效价表示抗生素的有效成分的多少，效价大小用单位（U）来表示,效价表示方法：重量折算法重量单位类似重量单位特殊单位,重量折算单位：以最低抑菌浓度为 一个单位，如青霉素0.6微克1U,重量单位：规定某些抗生素活性部 分1g=1u 如链霉素、卡那霉素、 红霉素等定义活性部分1g1u,类似重量单位：规定抗生素的某种盐 1mg=1000u如金霉素、四环素的盐酸盐定一为 1g1u,特殊单位：药检所制定某些抗生素的单位 制
9、霉菌素 1mg=3700u 多粘菌素B 1mg=10000u,2、酶活力的表示法,酶活力用单位来表示。 国际上作了统一规定，在250C下，以 最适的底物浓度，最适的缓冲液离子 强度，以及最适的pH诸条件下，每分 钟能转化一微克分子底物的酶定量为 一个活性单位。,青霉素在碱性条件下加入过量的I2，反应生成 青霉噻唑酸碘，用Na2S2O3滴定多余的碘，可 计算出青霉素的单位,再如柠檬酸可以用NaOH滴定来计算柠檬酸产量,（1）化学法,（2）物理法,淀粉酶活力测定：在1%可溶性淀粉溶液中加入淀粉酶，所释放出的麦芽糖与生色试剂（3，5-二硝基水杨酸与酒石酸钾钠的碱溶液）产生颜色，它在540nm处所得吸光度跟淀粉酶活力成正比。,（3）生物法,杯(管)碟法：“杯”是放被测抗生素的不锈钢小管，小管内径为6mm，高10mm的圆筒形管子，管子的重量尽可能相等。碟是摊布培养基的玻璃培养皿。 在培养皿中倾注2层培养基。加药品，培养，测抑菌圈。,谷氨酸,氨基丁酸CO2,鸟苷发酵过程曲线,参见多尺度微生物过程优化 张嗣良,
