【2017年整理】七发酵工艺控制.ppt

第七章 发酵过程控制;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.; 有一个好的菌种以后要有一个配合菌种生长的最佳条件，使菌种的潜能发挥出来。目标是得到最大的比生产速率和最大的生产率。 ; 发酵过程受到多因素又相互交叉的影响如菌本身的遗传特性、物质运输、能量平衡、工程因素、环境因素等等。因此发酵过程的控制具有不确定性和复杂性。 为了全面的认识发酵过程，本章首先要告诉大家分析发酵过程的基本方面，在此基础上再举一些例子，说明如何综合分析发酵过程及进行优化放大。;发酵过程控制是发酵的重要部分 控制难点：过程的不确定性和参数的非线性 同样的菌种，同样的培养基在不同工厂，不同批次会得到不同的结果，可见发酵过程的影响因素是复杂的，比如设备的差别、水的差别、培养基灭菌的差别，菌种保藏时间的长短，发酵过程的细微差别都会引起微生物代谢的不同。了解和掌握分析发酵过程的一般方法对于控制代谢是十分必要的;一 发酵过程的种类;1、 分批发酵 简单的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出，除了空气的通入和排气。整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。;分批培养中微生物的生长; 微生物生长分为：迟滞期、对数生长期、稳定期和死亡期; 随着细胞生长，培养液中的营养物减少，废物积累，导致细胞生长速率下降，进入减速期和稳定期。最后当细胞死亡速率大于生成速率，进入死亡期;分批培养的优缺点;2、补料分批培养 ;补料分批培养的优缺点;3、半连续培养;4、连续培养;连续培养的优缺点;二、发酵类型;三、发酵类型;■第一类型（生长关联型） ;■第二类型（部分生长关联型） ;■第三类型（非生长关联型） ; 产物形成与生长有关，如酒精、某些酶等。; 产物的形成速度与生长无关，只与细胞积累量有关。如，抗生素。; 发酵过程的中间分析是生产控制的眼睛，它显示了发酵过程中微生物的主要代谢变化。因为微生物个体极微小，肉眼无法看见，要了解它的代谢状况，只能从分析一些参数来判断，所以说中间分析是生产控制的眼睛。 这些代谢参数又称为状态参数，因为它们反映发酵过程中菌的生理代谢状况，如pH，溶氧，尾气氧，尾气二氧化碳，粘度，菌浓度等;代谢参数按性质分可分三类： 物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等 化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、产物浓度、、核酸量等 生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等 ;从检测手段分可分为：直接参数、间接参数 直接参数：通过仪器或其它分析手段可以测得的参数，如温度、pH、残糖等 间接参数：将直接参数经过计算得到的参数，如摄氧率、KLa等 ;直接参数又可分为: 在线检测参数和离线检测参数 在线检测参数指不经取样直接从发酵罐上安装的仪表上得到的参数，如温度、pH、搅拌转速； 离线检测参数指取出样后测定得到的参数，如残糖、NH2-N、菌体浓度。;发酵过程的代谢控制;一、物理参数; 搅拌功率 (kW) 是指搅拌器搅拌时所消耗的功率，常指每立方米发酵液所消耗的功率（它的大小与液相体积氧传递系数有关。 空气流量 (V/V.min) 是指每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积，它是需氧发酵中重要的控制参数之一。它的大小与氧的传递和其他控制参数有关。一般控制在范围内。 粘度 (Pa.s) 粘度大小可以作为细胞生长或细胞形态的一项标志，也能反映发酵罐中菌丝分裂过程的情况。通常用表观粘度表示。它的大小可影响氧传递的阻力，也可反映相对菌体浓度。 ;目前发酵过程主要分析项目如下;2、排气氧、排气CO2和呼吸熵;RQ值随微生物菌种的不同，培养基成分的不同，生长阶段的不同而不同。测定RQ值一方面可以了解微生物代谢的状况，另一方面也可以指导补料; 一般在发酵中后期为保证产生次级代谢产物，有意使菌体处于半饥饿状态，在营养限制的条件下，维持产生次级代谢产物的速率在较高水平。 对于这种工艺，后期的补料控制是关键。过程中发现，在补糖开始时，不但CER、OUR大幅度提高，连RQ也提高约10％，表明通过补糖不但提供了更多的碳源，而且随着体系内葡萄糖浓度提高，糖代谢相关