发酵工业与发酵工程_06发酵过程控制1-3节讲义.ppt

第六章 发酵过程控制;1. 过程控制的重要性;2. 发酵过程控制的一般步骤 ;3. 参数检测;参数按获取方式可分为两类： 直接参数：如T、pH、罐压、空气流量、搅拌转速、溶氧浓度等 间接参数：将直接参数通过公式计算获得的参数，如摄氧率(γ)、呼吸强度(QO2)、比生长速率（μ)、体积溶氧系数(KLa)、呼吸商(RQ)等。;离线测量：基质（糖、脂类、无机盐等）、前体和代谢产物（抗生素、酶、有机酸、氨基酸等） 在线测量：如T、pH、DO、溶解CO2、尾气CO2、黏度、搅拌转速等; 伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热；发酵热的产生引起发酵液温度变化。在发酵过程中，某些因素导致热的产生，另外一些因素又导致热量散失。 产热散热 ? 净热量堆积 ? 发酵液的温度上升； 相反，产热小于耗热，温度下降。;生物热（Q生物）;具有时间性； 具有生物特异性； 与营养有关；;搅拌热（Q搅拌）;蒸发热：空气经发酵液时，发酵液中有部分水汽化，变成水蒸气，随空气一起排出罐外，这部分水汽化时带走的热量用Q蒸发表示，假设进出口气体温度相同，则由通气带走的热量为： Q蒸发=G（I出-I进），G：空气流量；I：气体热焓；;散热的情况：; 温度影响微生物生长的机理 (1)影响酶活性。 (2)影响细胞膜的流动性。 (3)影响物质的溶解度。;嗜冷菌适应于0～26℃生长，嗜温菌适应于15～43℃生长， 嗜热菌适应于37～65℃生长，嗜高温菌适应于65℃上生长 ;(1)有最适宜温度范围。 (2)高温使蛋白质凝固。耐热能力与pH值有关。;;不能低温合成蛋白质。 低温微生物可合成冷休克蛋白。 微生物受高温的伤害比低温的伤害大，低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡。这就是菌种保藏的原理。;（1）影响发酵过程中各种反应速率，从而影响微生物的生长代谢与产物生成。 （2）改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成。 （3）影响生物合成方向。 （4）温度对菌的调节机制关系密切。 （5）影响酶系组成及酶的特性。;5 . 温度的控制;前期菌量少，取稍高的温度，使菌生长迅速； 中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此温度要稍低一些； 后期产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成。;2）根据培养条件选择;菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。 总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。;第二节 pH对发酵的影响及其控制; （1）C/N过高，或中间补糖过多，溶氧不足，致使有机酸积累，pH下降； （2）消泡剂加得过多：脂肪酸增加； （3）生理酸性盐的利用； （4）酸性产物形成：如有机酸发酵。; （1）C/N过低（N源过多），氨基氮（NH4＋）释放； （2）中间补料中氨水或尿素等碱性物质加入过多； （3）生理碱性盐的利用； （4）碱性产物形成。 ;二、发酵过程中pH的变化规律;1. pH对微生物生长的影响;2. pH对产物合成的影响;pH影响代谢方向： pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。 e.g. 黑曲霉发酵：pH2~3, 柠檬酸；pH接近中性，草酸 酵母菌发酵：pH4.5~5.0，酒精；pH8.0，酒精、醋酸和甘油 谷氨酸发酵：pH7.0~8.0，谷氨酸；pH5.0~5.8, 谷酰胺和N-乙酰谷酰胺;影响酶的活性。 影响菌体细胞膜电荷状况，引起膜的渗透性的变化，因而影响菌体对营养的吸收和代谢产物的形成。 影响培养基某些重要的营养物质和中间代谢产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用。 影响代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生变化。;四、 最适pH的选择 ; 调节好基础料的pH。 在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等。 通过补料调节pH。; 在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH，如 （1）调节补糖速率，调节空气流量来调节pH （2）当NH2-N低，pH低时补氨水；当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4 当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH ;改变搅拌转速或通气量，以改变溶解氧浓度，控制有机酸的积累量及其代谢速度； 改变温度，以控制微生物代谢速度； 改变罐压及通气量，降低CO2的溶解量； 改变加油或加糖量等，调节有机酸的积累量；;1、泡沫的产生、性质及变