河南科技大学微生物工程学第四章发酵工艺的控制资料.ppt

发酵热 发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射 生物热：生物热是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。培养基中碳水化合物，脂肪，蛋白质等物质被分解为CO2,NH3时释放出的大量能量。 用途：合成高能化合物， 供微生物生命代谢活动 热能散发 影响生物热的因素：生物热随菌株，培养基，发酵时期的不同而不同。生物热的大小还与菌体的呼吸强度有对应关系。 搅拌热：通风发酵都有大功率搅拌，搅拌的机械运动造成液体之间，液体与设备之间的摩擦而产生的热 。 Q搅拌=3600（P/V） 3600：热功当量（kJ/（kW.h）） （P/V）：通气条件下单位体积发酵液所消耗的功率（ kW/m3） 蒸发热：通入发酵罐的空气，其温度和湿度随季节及控制条件的不同而有所变化。空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换。同时必然会引起水分的蒸发；蒸发所需的热量即为蒸发热。 蒸发热的计算： Q蒸发=G（I2-I1） G：空气流量，按干重计算，kg/h I1 、 I2 ：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg（干空气） 辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐体向外辐射的热量。 辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超过发酵热的5%。 影响各种酶的反应速率和蛋白质性质 影响产物质量 影响生物合成的方向 例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于30℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强。当温度提高，合成四环素的比例也提高。在温度达35℃则只产生四环素而金霉素合成几乎停止。 最适温度是一种相对概念，是指在该温度下最适于菌的生长或发酵产物的生成。 最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件和菌体生长阶段有关。 最适发酵温度的选择 在发酵的整个周期内仅选一个最适培养温度不一定好。 温度的选择要参考其它发酵条件。 温度的选择还应考虑培养基成分和浓度 发酵罐：夹套（10M3以下） 盘管（蛇管） （10M3以上） 二、 pH对发酵的影响及控制 发酵过程中培养液的pH值是微生物在一定环境条件下代谢活动的综合指标，是一项重要的发酵参数。它对菌体的生长和产品的积累有很大的影响。 尽管多数微生物能在3－4个pH单位的pH范围内生长，但是在发酵工艺中，为了达到高生长速率和最佳产物形成，必须使pH在很窄的范围内保持恒定。 1，pH值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响 pH影响酶的活性 pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态 pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解 pH影响菌体代谢过程，使代谢产物的质量和比例发生改变 2，发酵过程中pH的变化 生长阶段：pH有上升或下降趋势（相对于接种后起始 pH而言） 生成阶段：pH趋于稳定，维持在最适产物合成的范围。 自溶阶段：随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培 养液中氨基氮增加，致使pH上升，此时菌丝趋于自溶而代谢活动终止。 碳源过量，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累而pH下降。 消泡油添加过量 生理酸性物质的存在（NH2SO4），氨被利用，pH下降 氮源过多, 生理碱性物质的存在（NaNO3）， 中间补料，氨水或尿素等碱性物质的加入过多使pH上升。 原则：有利于菌体生长和产物的合成。一般根据实验结果确定。 最适pH与菌株，培养基组成，发酵工艺有关。应按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH范围。 最适pH与微生物生长、产物形成的四种类型： 菌体比生长速率μ和产物比生产速率QP的最适pH在一个相似的较宽的范围内（比较容易控制）； μ较宽， Qp范围较窄，或μ较窄， Qp范围较宽（难控制，应严格控制）； μ和 Qp对pH都很敏感，其最适pH相同（应严格控制）； 更复杂，μ和 Qp对pH都很敏感，并有各自的最适pH（难度最大）； 调节基础培养基的配方 调节碳氮比（C/N） 添加缓冲剂，例如加入轻质CaCO3 补料控制 直接加酸加碱 补加碳源或氮源，例如可以根据生产菌的代谢需要用改变加糖速率来控制pH, 也可通过中间补加尿素或硫酸铵等调节 但在实际生产过程中需注意： 溶解氧浓度过低（代谢异常，产量降低） 溶解氧浓度过高（代谢异常，菌体提前自溶） 四、发酵过程中的泡沫及其控制 1，泡沫的性质 泡沫是气体被分散在少量液体中的胶体体系。泡沫间被一层液膜隔开而彼此不相连通。发酵过程中所遇到的泡沫，其分散相是无菌空气和代谢气体，连续相是发酵液。 一类存在于发酵液的液面上，这类泡沫气相所占比例特别大，并且泡沫与它下面的液体之间有能分辫的界线。如在某些稀薄的前期发酵液或种子培养液中所见到的。 另一种泡沫