8第八章发酵过程控制.ppt

霉菌发酵过程中培养液的性质与泡沫的关系 3. 泡沫的控制 （1）机械消泡 （2）化学消泡 （3）从微生物本身特性着手，防止泡沫形成 筛选不产生泡沫的微生物突变株 几种微生物混合培养 （1）机械消泡 原理：靠机械力引起强烈振动或者压力变化，促使泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收。 优缺点 优点：不需引入外来物质，可节省原材料，减少 污染机会，并可减少培养液性质复杂化的程度。 缺点：不如化学消泡迅速可靠，需要一定的设备和消耗一定的动力；不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素 （1）机械消泡 机械消泡装置的选择依据 动力小 结构简单 坚固耐用 清洗、杀菌容易 维修保养费用少 机械消泡方法 罐内消泡：耙式消泡桨、旋转圆板式、气流吸入式、冲击反射板式、碟式及超声波等机械消泡装置。 罐外消泡：旋转叶片式、喷雾式、离心式及转向板式等机械消泡装置。 （1）机械消泡 （2）化学消泡 消泡机理 当泡沫的表层存在着极性的表面活性物质而形成双电层时，可以加入一种具有相反电荷的表面活性剂，以降低泡沫的机械强度；或加入某些具有强极性的物质与发泡剂争夺液膜上的空间，降低液膜强度，导致泡沫破裂。 当泡沫的液膜具有较大的表面粘度时，可以加入某些分子内聚力较小的物质，以降低液膜的表面粘度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂。 （2）化学消泡 化学消泡的优点 来源广泛 作用迅速可靠，消泡效率高 不需改造现有设备 容易实现自动控制 消泡剂选择的依据 必须是表面活性剂，且具有较低的表面张力，消泡作用 迅速，效率高。 对气液界面的散布系数足够大，具有一定的亲水性。 在水中的溶解度较小，以保持其持久的消泡或抑泡性能。 对发酵过程无毒，对人、畜无害，不被微生物同化，对菌 体生长和代谢无影响，不影响产物的提取和产品质量。 不干扰溶解氧、pH等测定仪表使用，最好不影响氧的传递。 能耐高压蒸气灭菌而不变性，对设备无腐蚀性影响 来源方便，价格便宜。 常用的消泡剂种类 天然油脂类:玉米油、米糠油、豆油、棉子油、鱼油及猪油 高碳醇、脂肪酸和酯类:如十八醇、聚二醇 聚醚类:聚氧丙烯甘油,聚氧乙烯氧丙烯甘油（又称泡敌） 硅酮类（聚硅油类） 聚二甲基硅氧烷及其衍生物 ：适用于放线菌和细菌发酵 羟基聚二甲基硅氧烷 ：曾用于青霉素和土霉素发酵 氟化烷烃: 具有极其小的表面能 消泡剂的应用 消泡剂的消泡效果与使用方式密切相关 消泡剂的分散可借助于机械方法，也可加入某种称为载体或分散剂的物质，将消泡剂乳化成细小液滴 消泡作用的持久性：本身性能，加入量及时机 使用天然油脂时应注意一次不能加得太多 消泡剂对细胞的生理有重要的影响 在应用消泡剂之前需作比较性试验 消泡剂应制成乳浊液，并且不被同化，消耗最少 计算机在发酵过程控制中的应用 参数巡回采集和综合处理 程序控制 直接数字控制 优化控制或自适应控制 本章小结 掌握代谢调控在发酵过程控制中的应用 了解发酵过程中需检测的参数类型，了解基本的参数检 测方法 掌握温度、pH、溶解氧、CO2和呼吸商、基质浓度等对 发酵的影响及其控制 掌握发酵过程补料控制的意义、原则和方法 了解高密度发酵及过程控制 了解泡沫对发酵的影响及其控制 了解计算机自动控制技术在发酵过程控制中的应用 ∫[CER]dt，菌体干重的时间曲线 1- [CER]dt；2-菌量 （3）CER的测量与计算 测量方法：热导、红外分析仪、质谱仪 计算 （1）研究参数CO2的意义 作为代谢产物或中间前体，尾气中CO2积累与生物量 成正比，通过C质量平衡估算生长速率和细胞量。 高浓度CO2对发酵多表现为抑制作用，应实施测量与 控制； 尾气CO2不仅直接反映代谢情况，而且和其它参数及补料操作密切相关，可作为工艺优化的指标。 （2）CO2对细胞的作用机制 “麻醉”作用 CO2及HCO3-都会影响细胞膜的结构，使膜的流动性及表面电荷密度发生变化，导致许多基质的跨膜运输受阻，影响了细胞膜的运输效率，使细胞处于“麻醉”状态，细胞生长受到抑制，形态发生改变。 （3）CO2对菌体生长及产物形成的影响 CO2↑, 基质分解速率↓，ATP ↓ ，中间产物↓或形态变异导致产量↓ 高浓度CO2抑制作用的独立性: 只要CO2在培养液中浓度过量，即使供氧充足（CLCCr），CO2的抑制作用不能解除，这种负作用在放大过程更明显。 正确评价通气的作用： 供氧： 排废气： 水分及挥发性组分的散失 （4）CO2释放与发酵过程参数pH及操作参数补糖速率的关系 在青霉素发酵中补糖将引起排气CO2增加，同时pH