生物工艺原理（ 第二版） 教学课件 作者 贺小贤 主编 课件 工艺原理（ 第七章）.ppt

尚辅网 尚辅网 第七章 生物工艺过程控制 传感器要求： 1、能经受高压蒸汽灭菌； 2、传感器及其它仪表具有长期稳定性； 3、最好能在过程中随时矫正； 4、探头材料不易老化，使用寿命长； 5、探头安装使用和维护方便； 6、探头安装敏感部位不易堵塞，不被物料粘住； 7、价格合理，便于推广应用。　 　一、初级代谢的代谢变化： 初级代谢没有明显的产物形成期，产物随着菌体生长在不断的进行合成，有的与菌体的生长呈平行关系。 如乳酸、醋酸，?与Ｑp顶峰几乎在同一时期出现，而氨基酸、酶、核酸的发酵过程比前者复杂，它的?与Ｑp的大小则随培养基成分、碳源、温度、菌株等不同而变化。 二、次级代谢产物变化 菌体生长阶段： 接种后，菌体开始生长，直达到菌体的临界浓度。同时，营养物质进行分解代谢，不断的消耗，浓度明显减少，溶氧浓度逐渐降低到一定的水平，其中某一参数可能成为菌体生长的限制因素，使菌体生长速度减慢，积累了相当量的某些代谢中间体，原有的酶活力下降，出现了与次级代谢有关的酶，其酶解除了控制等原因，导致菌体的生理状况发生改变，菌体就从生长阶段转入产物合成阶段。　　 最适发酵温度是既适合菌体生长，又适合代谢产物的合成的温度。 它随着菌种、培养基成分、培养条件和菌体生长阶段不同而改变。理论上，整个发酵过程中不应只选一个培养温度，而应根据发酵不同阶段，选择不同的培养温度。 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。 三、温度的控制 　　最适温度的选择 ：最适发酵温度是既适合菌体的生长、又适合代谢产物合成的温度。但最适生长温度与最适生产温度往往是不一致的。如乳酸发酵，乳链球菌最适生长温度是34?C，而产酸最多的温度是30 ?C ，但发酵速度最高的温度达40 ?C 。又如产黄青霉菌进行青霉素的发酵，菌体的最适生长温度为30 ?C ，而青霉素合成的最适温度又为24.7 ?C 。 3.影响培养基中某些组分的解离； 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改变。 另外，pH值还会影响某些霉菌的形态。 培养基中营养物质的代谢，是引起pH 值变化的重要原因，发酵液pH 值的变化乃是菌体代谢的综合结果。 大多数细菌生长的pH 值为6.3-7.5，霉菌和酵母菌为3-6，放线菌为7-8．而且，微生物生长阶段和产物形成阶段的PH往往不一样，需要根据实验结果来确定 pH的控制 考虑发酵培养基的基础配方，使之有适当的比例，使发酵过程pH 的变化在适合的范围内。 补酸/补碱：硫酸铵、氨水 补料：补加尿素，少量多次补加，即可以达到调节pH 的目的；又可以补充营养物质；调节培养液特征。 Q:菌体比生长速率与比产物形成速率对pH的依赖关系如何？ 第四节 溶解氧浓度的变化及控制 通风发酵中，微生物利用空气中的氧可分为两个过程： 空气中的氧溶解在液体中—— “供氧” 微生物利用液体中的溶解氧进行呼吸代谢活 动—— “耗氧” “供氧”与 “耗氧”整个过程要达到平衡。 　　一 、 微生物的“耗氧” 　微生物的“耗氧” 可用耗氧速率或呼吸强度来表示： 　 耗氧速率（oxygen uptake rate)：指单位体积的培养液在单位 时间的耗氧量。单位为 mmol O2/(L· h)，用　r表示 　 呼吸强度（respiratory strength)：单位质量的细胞干重在单 位时间的耗氧量。单位为 mmol O2/(g ·干细胞 ·h) ，用Ｑo2表示 　　两者的关系：　r =Ｑo2 · X 　　X-----发酵液中菌体的浓度g/ L 发酵过程中影响耗氧的因素 １．培养基成分和补料 培养基的成分和浓度显著影响耗氧；培养液营养丰富，菌体生长快，耗氧量大；发酵浓度高，耗氧量大；发酵过程补料或补糖，微生物对氧的摄取量随着增大。 ２．菌龄影响耗氧 呼吸旺盛，耗氧力强，发酵后期菌体处于衰老状态，耗氧能力自然减弱。 ３．发酵条件影响耗氧： 在最适条件下发酵，耗氧量大。发酵过程中，排除有毒代谢产物如二氧化碳、挥发性的有机酸和过量的氨，也有利于提高菌体的摄氧量。 在抗生素发酵过程中，菌体的生长阶段和产物合成阶段都有一个临界溶氧浓度，分别为Ｃ临‘和Ｃ临‘’ 　 两者的关系: １.大致相同。 　　 ２.Ｃ临‘Ｃ临’‘ 　　　３.Ｃ临’Ｃ临‘’ 当不存在其他限制性基质时，溶解氧