5第七章+发酵工艺控制.ppt

四、 pH的控制 1、在基础培养基配方中考虑到维持pH的需要 例如加入CaCO3，使用缓冲液等 2、通过补加酸、碱来调节控制 3、通过中间补料来控制 例如可以根据生产菌的代谢需要用改变加糖速率来控制pH, 也可通过中间补加尿素或硫酸铵等调节。 第三节 溶氧浓度对发酵的影响及控制 一、溶氧测定的意义 1、溶氧作为发酵中氧是否足够的度量，了解菌对氧利用的规律。 2、溶氧作为发酵异常情况的指示 ? 溶氧一反往常，在较短的时间内跌到零附近，且跌零后长时间不回升，这很可能说明污染了好气菌 ? 如发酵过程中溶氧迅速回升，发酵液变稀，则很可能是污染了噬菌体 3、溶氧作为发酵中间控制的手段之一 ? 补糖后，溶氧出现明显下降的趋势 ? 因此可利用溶氧作为参数来控制加料的次数、流加速度和加入量 4、溶氧作为考查设备、工艺条件对氧供需与产物形成影响的指标之一 二、适当溶解氧的选择 ◆ 在好氧微生物反应中，一般取 [DO] ＞[DO]cri 以保证反应的正常进行。 临界氧浓度是不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。 ◆ 氧的满足度 —— 实际溶解氧浓度与临界氧浓度之比。 合适溶解氧选择的原则： 如果要使菌体快速生长繁殖（如发酵前期），则应达到临界氧浓度；如果要促进产物的合成，则应根据生产的目的不同，使溶解氧控制在最适浓度（不同的满足度） 例如： 黄色短杆菌可生产多种氨基酸 ，但要求的氧浓度可能不同 ? 对谷氨酸和天门冬氨酸的生产，当溶解氧浓度低于临界氧浓度时，氨基酸产量下降，也就是说要求氧的满足度 = 1 ? 但对于苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸的生产，则在低于临界氧浓度时获得最大生产能力，它们的最佳氧浓度分别为临界氧浓度的 0.55、0.66、0.85。 三、发酵液中溶解氧的控制 培养液中溶解氧浓度的任何变化都是供需平衡的结果，因此调节发酵液中溶氧量不外乎从供、需两方面考虑、着手。 1、供氧方面 1）增加空气中氧的含量，使氧分压增加，进行富氧通气 富氧空气制备： 深冷分离法 （可得99.9%) 吸附分离法 （吸去N2和CO2) 膜分离法 （有机物高分子膜；30%） 成本高，易爆炸 ；但关键时期使用也是明智的 2）提高罐压 ? 但同时会增加CO2的溶解度（比氧气高30倍），影响pH、可能会影响菌的代谢。 ? 一般0.3～1kg /cm2 3）改变通气速率 4）增加搅拌速度 2、需氧方面 rO2=QO2·X 1）调整养料的浓度 2）调节控制温度 Note ： 溶氧浓度必须与其它参数配合起来分析 rO2：摄氧率 QO2：呼吸强度 X：细胞浓度 第四节 二氧化碳对发酵的影响及控制 * 第七章 发 酵 工 艺 控 制 微生物发酵生产水平的决定因素： 生产菌种性能 发酵条件 发酵条件 温度 pH 溶氧 二氧化碳 泡沫 第一节 温度对发酵的影响及其控制 一、 发酵热 ------ 发酵过程中释放出的净热量。[ J / m3 · h ] 或 ------ 单位体积的发酵液在单位时间内释放出来的净热量。 Q发酵 = Q生物 + Q搅拌 - Q蒸发 - Q显 – Q辐射 1、生物热 （Q生物） ◇ 产生菌在生长繁殖过程中本身会产生大量的热，此为 生物热。 ◇ 这种热的主要来源是培养基中的碳水化合物、脂肪和 蛋白质等的分解。 ◇ 释放出的能量部分用来合成高能化合物(ATP)，部分用 来合成产物，其余的则以热的形式散发出来 影响生物热的因素： 菌株特性 培养基成分和浓度 发酵时期 ◇ 菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富，生 物热也就越大。 ◇ 发酵旺盛期的生物热大于其它时间的生物热 2、搅拌热 （Q搅拌） 搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间、液体和设备之间的摩擦，产生数量可观的热。 搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算： Q = （P/V）×3600 P/V －通气条件下，单位体积发酵液所消耗的功率（kW/m3） 3600 －热功当量[ kJ/(kW·h) ] 影响因素： 搅拌器的类型及搅拌速度 3、蒸发热 （Q蒸发) 空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换，同时必然会引起水分的蒸发，蒸发所需的热量即为蒸发热。 4、显热 （Q显） 排出气体所带的热。 5、辐射热 （Q辐射） ◇ 因罐内外的温度不同，发酵液中有部分热通过罐体 向外辐射。 ◇ 辐射热的大小决定于罐内外的温差。 1）菌种特性 2）培养基 （成分及配比）