发酵工艺过程控制PPT.ppt

第六节 补料的控制 补料分批培养（fed-batch culture，简称FBC），是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法，是分批培养和连续培养之间的一种过渡培养方式，是一种控制发酵的好方法，现已广泛用于发酵工业。 可以解除底物抑制、产物反馈抑制和分解代谢物的阻遏； 可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成细胞大量生长所引起的影响，改善发酵流变学的性质； 可用作控制细胞质量的手段，以提高发芽孢子的比例； 可作为理论研究的手段，为自动控制和最优控制提供实验基础。 一、补料分批培养（FBC）的优点 二、补料方式及控制 连续流加、不连续流加、多周期流加 快速流加、恒速流加、指数速率流加、变速流加 单组分流加、多组分流加 补料方式 流加操作控制系统 反馈控制 无反馈控制 直接方法 间接方法 以溶氧、pH值、呼吸商、排气中CO2分压及代谢产物浓度等作为控制参数 直接以限制性营养物浓度作为反馈参数，如控制氮源、碳源、C/N比等，由于目前缺乏能直接测量重要参数的传感器，因此直接方法的使用受到了限制。 第七节 泡沫对发酵的影响及其控制 一、泡沫的形成及其对发酵的影响 在大多数微生物发酵过程中，通气、搅拌以及代谢气体的逸出，再加上培养基中糖、蛋白质、代谢物等表面活性剂的 存在，培养液中就形成了泡沫。 泡沫的多少与搅拌、通风、培养基性质有关。 蛋白质原料如蛋白胨、玉米浆、黄豆粉、酵母粉等是主要的发泡剂。 糊精含量多也引起泡沫的形成。 当发酵感染杂菌和噬菌体时，泡沫异常多。 少量泡沫的作用： 一定数量的泡沫是正常现象，可以增加气液接触面积，导致氧传递速率增加； 大量的泡沫引起许多负作用： 发酵罐的装料系数减少、氧传递系统减小； 增加了菌群的非均一性； 造成大量逃液，增加染菌机会； 严重时通气搅拌无法进行，菌体呼吸受到阻碍，导致代谢异常或菌体自溶； 消泡剂的添加将给提取工序带来困难。 二、泡沫的消除 调整培养基中的成分（如少加或缓加易起泡的原料）或改变某些物理化学参数（如pH值、温度、通气和搅拌）或者改变发酵工艺（如采用分次投料）来控制，以减少泡沫形成的机会。 采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素。 采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫。 * 第七章 发酵工艺过程控制 微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的性能，而且要赋以合适的环境条件才能使它的生产能力充分表达出来； 必须了解有关生产菌种对环境条件的要求，如培养基、培养温度、pH、氧的需求等，并深入了解生产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢途径，为设计合理的生产工艺提供理论基础； 通过各种监测手段如取样测定随时间变化的菌体浓度，糖、氮消耗及产物，以及采用传感器测定发酵罐中的培养温度、pH、溶解氧等参数情况，并予以有效地控制，使生产菌种处于产物合成的优化环境中。 第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数 一、发酵工艺过程控制的重要性 从产物形成来说，代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化（培养基和培养条件）和产物形成速率这三者之间的关系。 二、发酵过程的代谢变化规律 这里介绍分批发酵、补料分批发酵、半连续发酵及连续发酵四种类型的操作方式下的代谢特征。 1、分批发酵 指在一个封闭的培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。即一次性投料，一次性收获产品的发酵方式。 延滞期 指数期 稳定期 衰亡期 时间（t） 菌体浓度 分批培养条件下的典型生长曲线 在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系，将微生物产物形成动力学分为① 生长关联型 和② 非生长关联型。 A（葡萄糖异构酶） B（菌体浓度） B（菌体浓度） A（杀念珠菌素） 生长关联型 非生长关联型 产物的生成速率与菌体生长速率成正比。这种产物通常是微生物分解基质的直接产物，如酒精，但也有某些酶类，如脂肪酶和葡萄糖异构酶 产物的生成速率与菌体生长速率成无关，而与菌体量的多少有关。 对于生长关联型产品，可采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长期。 对于非生长关联型产品，则宜缩短菌体的对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后，延长稳定期，从而提高产量。 ４、连续发酵 又称连续流动培养或开放型培养，即培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液的培养方法。在这样的环境中培养，所提供的基质对菌的生长就受到限制，培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态。 与传统的分批发酵相比，连续培养有以下优点： ① 维持低基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾； ② 避免培养基积累有毒代谢物； ③ 可以提高设备利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间； ④ 便于自动控制。 但连续培