微生物发酵技术讲解.ppt

项目2 微生物发酵技术任务4：发酵过程控制技术 教学安排： 1. 员工培训 由老师讲解发酵过程的理论基础。 分配实操任务：发酵过程控制。 2. 学生模拟组建运营一个发酵车间，撰写计划书(在理论教学期间完成)。 市场部：当前发酵过程控制的技术进展。 技术部：确定pH、温度、溶O2、补料等关键参数的控制方法，撰写操作规程。 品控部：制定发酵过程控制的方案。 总经理：协调监督各部工作，最后拿出完整的计划书。 3. 计划书实施。 计划书要先经过老师的审核，然后实施。 实施过程中考核操作技能。 实施后及时进行实训报告的撰写也总结。 第一节 微生物发酵类型 一 分批发酵、补料分批发酵与连续发酵 二 需氧发酵与厌氧发酵 三 生长偶联型、部分生长偶联型和非生长偶联型 第二节 发酵过程工艺参数控制 一 物理参数 1 温度 2 压力： 内部压力高于外部压力。 3 搅拌转速： 转/分钟 4 搅拌功率：每立方米发酵液所消耗的功率，kw/m3 5 空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积，V/V.min 6 粘度：反映氧传递阻力和菌体浓度。 二 化学参数 1 pH 2 基质浓度：糖、氮、磷等。 3 溶解氧浓度 4 氧化还原电位 5 产物浓度 6 废气中氧的含量 7 废气中CO2的含量。 三 生物参数 1 菌体浓度 2 菌丝形态 第三节 发酵过程中的代谢变化 一 初级代谢产物发酵的代谢变化 1 菌体浓度的变化 延迟期、对数生长期、静止期和死亡期。 延迟期的长短与培养条件和菌种生理状态有关。 在未达死亡期之前放罐。 2 营养基质浓度的变化 随发酵时间的延长不断降低，用于菌体的生长和产物的形成。 溶氧的变化规律(后面讲)。 3 产物浓度的变化 (1) 与菌体浓度平行； (2) 与培养条件有关。 二 次级代谢产物发酵的代谢变化 次级代谢发酵的菌体生长(生长期)和产物合成期(生产期)是分开的。 发酵过程可分为：菌体生长、产物合成、菌体自溶三个阶段。 1 菌体生长阶段 (1) 营养成分的变化 碳源、氮源和磷酸盐等营养物质不断被消耗，浓度明显减少，而新菌体不断合成，菌浓明显增加。 (2) 摄氧率的变化 随菌浓增加，摄氧率不断增加，溶氧浓度下降，菌浓至临界，溶氧至最低。 (3) pH 先下降后下升：利用葡萄糖产生酸，而后再被利用。 先上升后下降：利用氨基酸的碳骨架，剩下氨，而后氨又被利用。 限制性因素的出现，使菌体由生长向生产转化。 2 产物合成阶段 产物产量不断增多，起至达到最大值，生产速率也达最大，直至产物合成能力衰退。 该阶段要严格控制发酵条件，对产物的合成最为关键。例如营养浓度。 3 菌体自溶阶段 菌体衰老、开始自溶，氨氮含量升高，pH上升，产物合成能力衰退，生产速率下降。此时结束发酵。 第四节 菌体浓度影响及其控制 菌体浓度：单位体积培养液中菌体的含量。 一 影响菌体生长的因素 1 比生长速率：越大，菌体生长越快；决定于细胞的复杂性(越复杂越慢)； 2 营养物质和环境条件： 营养物质浓度在一定限度内，浓度与菌体生长成正比。 其它环境条件越适合，生长越快。 二 菌浓对初级代谢和次级代谢的影响 产物的产率： Rp = Qp · X 其中： Qp 为比生产速率； X 为菌体浓度。 X太大的负面影响： 1 营养物质消耗太快； 2 生产毒素； 3 溶氧供应不上。 发酵过程中菌浓度的控制 通过调节生长速率实现，而这又要通过调节培养基的营养基质浓度。 第五节 营养基质影响及其控制 一 碳源的影响及其控制 1 碳源的种类影响代谢情况 迅速利用的碳源：迅速参与代谢，合成菌体和产生能量，并产生分解产物，因此有利于菌体生长，但对产物(特别是次级代谢)有抑制作用(例如葡萄糖)。 缓慢利用的碳源：可被菌体缓慢利用，有利于延长代谢产物的合成(例如乳糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、饴糖等)。 机理解释： 乳糖的利用速度刚好符合青霉素的合成速度。 控制方法：流加葡萄糖或采用混合碳源。 2 碳源浓度的影响 浓度合适。 控制方法：中间补料。 二 氮源