第七章 发酵过程控制-1.ppt

第六章 发酵条件及过程控制 第一节 营养基质和菌体浓度 第二节 温度的影响和控制 第三节 pH的影响和控制 第四节 通气和搅拌 第五节 泡沫的影响和控制 第六节 二氧化碳和呼吸熵 第七节 发酵终点的判断 第八节 发酵条件的优化控制 第九节 发酵的计算机控制 第十节 发酵过程的精确检测 第一节 营养基质和菌体浓度的影响及其控制 碳源种类对发酵影响及控制 氮源的种类和浓度的影响及控制 磷酸盐浓度的影响和控制 菌体浓度的影响及控制 碳源种类对发酵影响及控制 碳源种类 快速利用和缓慢利用碳源 有机和无机 碳酸气； 淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等 石油、正构石蜡，天然气 醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品 青霉素发酵（快速利用碳源，产量低，细胞生长快，缓慢利用碳源，产量高，细胞生长慢。 混合碳源 透明质酸（快速和缓慢利用碳源结合） 碳源浓度对发酵影响控制 培养基中碳源含量超过5%，细胞生长会因脱水而下降。 酵母的Crabtree效应：即Crabtree(1929)发现，当酵母在高糖浓度下，即时溶氧充足，它还会进行发酵，从葡萄糖生产乙醇。为获得最大酵母得率，不能用恒速流加的方法，而保持最大生长速率的补料分批培养或连续培养可以避免该现像的出现。 利用重组酵母毕赤酵母高密度发酵生产水蛭素，甲醇一方面作为碳源，同时也充当能源，提高甲醇的量可以促进产物的表达量提高，但是高浓度甲醇会拟制细胞生长。 氮源种类对发酵影响及控制 氮源种类 无机氮和有机氮；快速氮和慢速氮 豆饼或蚕蛹水解液，味精废液，玉米浆，酒糟水等有机氮 尿素，硫酸铵，氨水，硝酸盐等无机氮 气态氮 链霉菌的竹桃霉素发较中采用快速氮源（铵盐）可以刺激菌丝的生长，但是抗生素的降低。 氮源浓度对发酵影响及控制 氮源浓度过高会使细胞脱水死亡，浓度过低，细胞生长缓慢。 一般工业发酵的碳氮比为100/0.2-2.0;谷氨酸的发酵碳氮比为100：15-21；当其比为100：11才开始积累谷氨酸。 磷酸盐浓度的影响和控制 无机盐 磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等其他矿盐 铁、锰、钴等微量元素 其他 特殊生长因子 硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等 杆菌肽的发酵中无机磷酸盐浓度控制在0.1-1mmol.L-1,这时合成杆菌肽，但浓度高于1mmol.L-1其产生受抑制。 抗生素如链霉素，新霉素，四环素，万古霉素等对高浓度磷酸盐敏感，过高会抑制，但是太低菌体生长受影响。一般工业上采用生长亚适量（对菌体生长不是最适合，但不影响生长的量的磷酸盐浓度。 菌体浓度的影响及控制 菌体浓度（Cell concentration) 比生长速率：μ=(lgNt-lgNt0)*2.303/t-t0 营养基质浓度与细菌生长速率之间关系 莫诺公式 μ= μm(S/Ks+S) pH6.9时，菌体生长旺盛，pH7.15时，对菌体的产酸有利。因此，在发酵的产酸期产酸较高。采用阶段pH控制模式进行发酵，在发酵中前期控制pH6.9，到48 h后pH值为7.15，到80h后pH值为7.25。产率22．27g·/L，产酸率提高12．23％。 例：克拉维酸发酵中pH变换控制 问题的提出：在pH低时菌体生长受抑制，在高pH时克拉维酸要分解 用2.5升罐进行的不控制pH的发酵发现，前期由于微生物产生的酸性副产物和有机酸使pH降至6.5。在达到最高细胞浓度后，pH开始从6.5升至8.3。CA产量达最高水平时，pH不再升高。在发酵终止时，pH再次升至8.5。随着pH升高，CA迅速分解。 研究不同pH对发酵的影响 分别配置pH为6.0，7.0，8.0的培养基测定菌的生长和产物合成 pH6.0时，生长受抑制，产物降解少 克拉维酸量 ▲ PMV细胞量● pH8.0时生长良好 产量低，产物降解多 pH7.0时的状况 克拉维酸量 ● PMV细胞量 ▲ 克拉维酸量 ● PMV细胞量 ▲ 控制pH7.0和8.0时，最高细胞浓度接近相同(约16％PMV)，但控制pH6．0时细胞生长受抑制。 在2．5升生物反应器内， 不控制pH时2．47μg／(m1·h ) 控制pH7.0时的产率3．37μg／(m1·h) 最高 控制pH8.0时，产率2．02μg／(m1‘h) 在控制pH6．0时，CA产生被抑制,但降解少 因此对细胞生长和CA产生最好将pH控制于7.0，但在控制pH7.0时，仍出现CA的迅速分解。 由于CA生产的最适pH和减少CA分解的pH各不相同，因此在分批发酵中应用了pH变换策略，使发酵p