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1、单击此处编辑母版副标题样式-1单击此处编辑母版标题样式第九章 发酵工艺过程把握一， 发酵过程的测量参数通常把准备发酵过程状态的各种参数或变量分为物理参数，化学参数或生物参数；物理参数：参数名称 单位 测定方法 意义及主要作用温度 传感器 疼惜生长，合成罐压 pa 压力表 疼惜正压，增加溶氧空气流量 m/h 传感器 供氧，排出废气 搅拌转速 r/min 传感器 物料混合搅拌功率 kw 传感器 反映搅拌情形粘度 pa.s 粘度 反映菌体生长密度 g/cm 传感器 反映发酵液性质装量 m,L 传感器 反映发酵液数量浊度 透光度% 传感器 反映菌体生长情形泡沫 传感器 反映发酵代谢情形传质系数 1/h
2、 间接运算或在线检测 反映供氧情形加糖速度 kg/h 传感器 反映好氧情形加消泡剂速率 kg/h 传感器 反映泡沫情形加中间体或前体速率kg/h传感器 反映前体和基质利用情形加其它基质速率 kg/h 传感器 反映基质利用情形2-化学参数： 参数名称 单位及测定方法 意义及主要作用 酸碱度 pH 传感器 反映菌的代谢情形 溶氧 ppm 传感器 反映氧的供应和消耗情形 排气氧浓度 pa 传感器 明白好氧情形 氧化仍原电位 mV 传感器 反映菌的代谢情形 溶解CO2浓度 %饱和度 传感器 明白CO2对发酵的影响 排气CO2浓度 % 传感器 明白菌的呼吸情形总糖，葡萄糖，蔗糖，淀粉 kg/m 取样 明
3、白在发酵过程 中的变化前体或中间体浓度 mg/ml 取样 产物合成情形氨基酸浓度 mg/ml 取样 明白氨基酸等含量变化情形矿物盐浓度 mol,% 取样 明白这些离子含量对发酵的影响3-生物参数：参数名称 单位及测定方法 意义及主要作用菌体浓度 g(DCW)/L 取样 明白生长情形菌体中RNA,DNA 含量 mg(DCW)/g 取样 明白生长情形菌体中ATP,ADP,AMP量 mg(DCW)/g 取样 明白菌的能 量代谢情形菌体中NADH量 mg(DCW)/g 在线荧光法 明白菌的合 成才能菌体中蛋白质量 mg(DCW)/g 取样 明白生长和产物 情形效价或产物浓度 g/mL 取样（传感器）
4、产物合成情形细胞外形 取样，离线 明白生长情形4-发酵过程的主要把握参数1. 1. pHpH值（酸碱度）值（酸碱度）2. 2. 温度（温度（）3. 3. 溶解氧浓度溶解氧浓度4. 4. 基质含量基质含量5. 5. 空气流量空气流量6. 6. 压力压力7. 7. 搅拌转速搅拌转速8. 搅拌功率9. 粘度10. 浊度11. 料液流量12. 产物浓度13. 氧化仍原电位14. 废气中的氧含量15. 废气中的CO2含量16. 菌丝外形17. 菌体浓度5-二，二， 温度对发酵的影响及其把握温度对发酵的影响及其把握（一）温度对发酵的影响v微生物发酵所用的菌体绝大多数是中温菌，如霉菌，放线菌和一般细菌；它们
5、的最适生长温度一般在2040；v在发酵过程中，需要疼惜适当的温度，才能使菌体生长和代谢产物的合成顺当进行；v温度会影响各种酶反应的速率，转变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制；影响发酵液的理化性质(对氧的溶解)，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成；6-l四环素发酵中,l 35,只产生四环素温度上升，气体在溶液中的溶解度减小，氧传递速率转变，影响基质的分解速率.温度上升,生长快,反应速度快,酶失活快,菌体衰老快,发酵提前终止.7-（二）影响发酵温度变化的因素产热因素：生物热（Q生物），搅拌热（Q搅拌）散热因素：蒸发热（Q蒸发），辐射热（Q辐射）发酵热（Q发酵）是发酵温度变化的
6、主要因素,即发酵过程中释放出来的净热量,以J/(m3 h)为单位；QQ发酵发酵QQ生物生物QQ搅拌搅拌QQ蒸发蒸发QQ辐射辐射为了使发酵能在确定温度下进行，要设法进行把握；由于Q生物和Q蒸发，特殊是Q生物在发酵过程中随时间变化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化，引起发酵温度发生波动；8-l生物热-微生物在生长繁殖过程中,本身产生的大量热. 培育基成分越丰富,养分被利用的速度越快. 搅拌热搅拌热-机械搅拌机械搅拌( (增加溶解氧增加溶解氧) )的动能以摩擦放的动能以摩擦放热的方式热的方式, ,使热量散发在发酵液中使热量散发在发酵液中. . 蒸发热蒸发热-通气时，进入发酵罐的空气与发酵液可以
7、通气时，进入发酵罐的空气与发酵液可以进行热交换，使温度下降进行热交换，使温度下降. .并且空气带走了一部分水蒸并且空气带走了一部分水蒸气气, ,这些水蒸气由发酵液中蒸发时，带走发酵液中的热这些水蒸气由发酵液中蒸发时，带走发酵液中的热量量, ,也使温度下降；被排出的水蒸气和空气夹带着部分也使温度下降；被排出的水蒸气和空气夹带着部分显热显热(Q(Q显显) )散失到罐外的热量称为蒸发热散失到罐外的热量称为蒸发热. . 辐射热辐射热-因发酵罐温度与罐外温度不同，即存在着温因发酵罐温度与罐外温度不同，即存在着温差，发酵液中有部分热量通过罐壁向外辐射，这些热量差，发酵液中有部分热量通过罐壁向外辐射，这些热
8、量称为辐射热称为辐射热. .9-（三）温度的把握1. 最适温度的选择2. 温度的把握在生长阶段，应选择最适生长温度；在产物分泌阶段，应选择最适生产温度；例如:青霉素产生菌生长的最适温度为30,但产生青霉素的最适温度是20. 看生长与生物合成哪一个是主要方面.v工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因发酵中释放了大量的发酵热，需要冷却的情形较多；v利用自动把握或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇行管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵；v假如气温较高（特殊是我国南方的夏季气温），冷却水的温度又高，就可接受冷冻盐水进行循环式降温，以快速降到最适温度；因此大工厂需要建立冷冻站
9、，提高冷却才能，以保证在正常温度下进行发酵；10-三，三， pH pH值对发酵的影响及其把握值对发酵的影响及其把握（一）pH值对发酵的影响1，影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢；11-2，影响微生物细胞膜所带电荷的状态，转变细胞膜的通透性，影响微生物对养分物的吸取和代谢产物的排泄3，pH影响培育基中某些组分的解离，进而微生物对这些成分的吸取，利用12-4，pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生转变；13-黑曲霉在pH=2-3 时产生柠檬酸，近中性时，积存草酸和葡萄糖酸；谷氨酸发酵中，微碱时形成谷氨酸，酸性时产生N-乙酰谷酰胺；14-
10、pH对生物合成途径影响：例如：丙酮丁醇发酵中，细菌增殖的pH范畴是5.5-7.0 为好，发酵后期pH4.3 5.3时积存丙酮丁醇，pH上升就丙酮丁醇产量削减，而丁酸，乙酸含量增加；乙酰乙酸15- 5， pH影响菌体的外形：产黄青霉细胞壁的厚度随pH的增加而减小；pH，菌丝的长度缩短；16-（二）发酵过程pH值的变化在发酵过程中，pH值的变化准备于所用的菌种，培育基的成分和培育条件；17-（三）发酵pH值的确定和把握1. 发酵pH值的确定v微生物发酵的最适pH值范畴一般是在58之间；v最适pH值是依据试验结果来确定的；18-1）将发酵培育基调剂成不同的动身pH值，进行发酵，在发酵过程中，定时测定
11、和调剂pH值，以分别疼惜动身pH值，或者利用缓冲液来配制培育基来疼惜；2）到时观看菌体的生长情形，以菌体生长达到最高值的pH值为菌体生长的合适pH值；3）用同样的方法，可测得产物合成的合适pH值；19-在确定合适发酵pH值时，不定期要考虑培育温度的影响，如温度提高或降低，合适pH值也可能发生变动；20-2. pH2. pH值的把握值的把握1 1）第一考虑和试验发酵培育基的基础配方，使它）第一考虑和试验发酵培育基的基础配方，使它们有个适当的配比，使发酵过程中的们有个适当的配比，使发酵过程中的pHpH值变化值变化在合适的范畴内；在合适的范畴内；2 2）在发酵过程中直接补加酸或碱和补料的方式来）在发
12、酵过程中直接补加酸或碱和补料的方式来把握；补充生理酸性物质把握；补充生理酸性物质(NH4)2SO4(NH4)2SO4和生理碱性和生理碱性物质（氨水物质（氨水) )来把握；来把握；21-（六） 泡沫对发酵的影响及其把握1，泡沫的形成及其对发酵的影响在大多数微生物发酵过程中，由于培育基中有蛋白质类表面活性剂存在，在通气条件下，培育液中就形成了泡沫；22-起泡带来的不利影响：起泡带来的不利影响：发酵罐的装料系数削减，氧传递系数减小；发酵罐的装料系数削减，氧传递系数减小；造成大量逃液，增加染菌机会；造成大量逃液，增加染菌机会；庄重时通气搅拌无法进行，菌体呼吸受到阻碍，导致庄重时通气搅拌无法进行，菌体呼
13、吸受到阻碍，导致代谢反常或菌体自溶；代谢反常或菌体自溶；泡沫的多少与搅拌，通风，培育基性质有关；蛋白质原料如蛋白胨，玉米浆，黄豆粉，酵母粉等是主要的发泡剂；糊精含量多也引起泡沫的形成；当发酵感染杂菌和噬菌体时，泡沫反常多；23-2 2，泡沫的排除，泡沫的排除 调整培育基中的成分（如少加或缓加易起泡的原料）或转变某些物理化学参数（如pH值，温度，通气和搅拌）或者转变发酵工艺（如接受分次投料）来把握，以削减泡沫形成的机会； 接受机械消泡或消泡剂来排除已形成的泡沫； 接受菌种选育的方法，选择不产生流态泡沫的菌种，来排除起泡的内在因素；24-1）机械消泡物理消泡方法，利用机械猛烈振动或压力变化而使泡沫
14、破裂；优点：节约原料，削减染菌机会；优点：节约原料，削减染菌机会；缺点：消泡成效不抱负，仅可作为消泡的帮忙方法缺点：消泡成效不抱负，仅可作为消泡的帮忙方法；罐内消泡靠罐内消泡桨转动打碎泡沫。罐外消泡将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或离 心力来消除泡沫。25-26-2） 消泡剂消泡A.消泡剂的作用：降低泡沫液膜的机械强度；降低液膜的表面黏度；27-B.作为生物工业抱负的消泡剂，应具备以下条件：应当在气液界面上具有足够大的铺展系数，才能快速发挥消泡作用，这就要求消泡剂有确定的亲水性；应当在低浓度时具有消泡活性；应当具有长期的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；应当对微生物，人类和动物无毒性；应当
15、对产物的提取不产生影响；不会在使用，运输中引起任何危害；来源便利，成本低；应当对氧传递不产生影响；能耐高温灭菌；28-以自然油脂类和聚醚类在生物发酵中最为常用；豆油，玉米油，棉籽油，菜籽油和猪油等；油不仅用作消泡剂，仍可作为碳源和发酵把握的手段；在发酵中，要把握油的质量，新颖程度，并要进行发酵试验检验；C.常用的消泡剂种类发酵工业常用的消泡剂一般可分为有机消泡剂，有机硅消泡剂和聚醚型消泡剂等三类； 自然油脂类：29-聚醚类消泡剂品种很多，它们是氧化丙烯或氧化丙烯和环氧乙烷与甘油聚合而成的聚合物；聚氧丙烯甘油（GP型）氧化丙烯和甘油聚合；亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以用于淡薄发酵液中要比
16、用于粘稠发酵液中的成效好；抑泡性能比消泡性能好，相宜用于基础培育基中，以抑制泡沫的产生；聚氧乙烯氧丙烯甘油（GPE型，泡敌）氧化丙烯，环氧乙烷与甘油聚合；亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡才能强，作用快，溶解度大，消泡活性疼惜时间短，用于粘稠发酵液的成效比用于淡薄的好；聚醚类消泡剂30-l一般由二甲基硅油和SiO2按确定比例复合而成；难乳化，表面黏度低，消泡才能强有机硅消泡剂31-五，五， 菌体浓度和基质对发酵的影响及其把握菌体浓度和基质对发酵的影响及其把握(一)菌体浓度对发酵的影响及把握菌体（细胞）浓度（简称菌浓）是指单位体积培育液中菌体的含量；菌浓的大小，在确定条件下，不仅反映菌体细胞的多少，而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段；32-依靠调剂培育基的浓度来把握菌浓依靠调剂培育基的浓度来把握菌浓l第一确定基础培育基配方中有个适当的配比，防止产生过浓（或过稀）的菌体量；l然后通过中间补料来把握，如当菌体生长缓慢，菌浓太稀时，就可补加一部分磷酸盐，促进生长，提高菌浓；但补加过多，就会使菌体过分生长，超过临界浓度，对产物合成产生抑制作用；33-COCO2对菌体生长和产物形成的影响
