化学参数检测与控制 课件.ppt

发酵过程控制（Control of Fermentation Process)第三章 化学参数的检测与控制（四）;第三章 化学参数的检测与控制;C NO or O2 CO2 是生物发酵和生命活动的基本特征之一！ ;二氧化碳的来源： 1、微生物的代谢产物； 2、通过通气和补料等，溶解在发酵液中的二氧化碳。 ;二氧化碳对微生物的抑制作用主要是影响细胞膜的结构： CO2 ——作用于脂肪酸的核心部位。 HCO3―——影响磷脂、亲水头带电荷表面、细胞膜表面蛋白质。;;正常酵母细胞;3.4.1.1 CO2对生长的影响;　 当微生物生长受到抑制时，也阻碍了基质的异化（或分解代谢）和ATP的生成量，由此而影响产物的合成。 在小单孢菌产生紫苏霉素生产中，在300L发酵罐于空气进口通以1％CO2，发现微生物对基质的代谢极慢，菌丝增长速度降低，紫苏霉素的产量比对照组降低33％。 通入2％CO2，紫苏霉素的产量比对比照组降低85％， CO2的含量超过3％，则不产生紫苏霉素。　　;2.CO2对菌体生长有时具有刺激作用;3.4.1.2 CO2对产物形成的影响 ; （促进）如牛链球菌发酵生产多糖，最重要的发酵条件是提供的空气中要含有5％的CO2 （抑制） CO2对某些发酵还能产生抑制作用，如对肌苷、异亮氨酸、组氨酸、抗生素等的发酵，特别是抗生素发酵中。例如， CO2能够抑制紫苏霉素的合成，在通气中加入11％ CO2产生菌对基质的代谢极慢，菌丝生长速率降低，紫苏霉素产量比不加CO2时下降33％。; CO2影响发酵液的酸碱平衡，使发酵液的pH值下降，或与其他化学物质发生化学反应，或与生长必需金属离子形成碳酸盐沉淀，或氧的过分消耗引起溶氧浓度下降等原因，造成间接作用而影响菌体生长和产物合成。 ;3.4.1.3尾气中CO2 （1）尾气中CO2与菌体生长的关系;（2）尾气中CO2与pH的关系;3.4.1.4 CO2影响菌体形态：;CO2在发酵液中的浓度变化没有规律：它的大小受到许多因素的影响，如细胞的呼吸强度、发酵液的流变学特性、通气搅拌程度、罐压大小、设备规模等。 CO2 的溶解度大：比氧气大，所以随着发酵罐压力的增加，其含量比氧气增加的更快。如果当CO2浓度增大时，若通气搅拌不改变， CO2不易排出，在罐底形成碳酸，使pH下降，进而影响微生物细胞的呼吸和产物合成。 控制发酵工艺增加CO2浓度：有时为了防止“逃液”而采用增加罐压消泡的方法，会增加CO2的溶解度，不利于细胞的生长。; 对CO2浓度的控制主要看其对发酵的影响：如果对发酵有促进作用，应该提高其浓度；反之应设法降低其浓度;3.4.1.5 CO2的控制;研究参数CO2的意义 ;3.4.2 呼吸商与发酵的关系 ;式中：CER——CO2释放速率（molCO2/L·h） OUR——耗氧速率（molO2/L·h） QCO2——比CO2释放速率（molCO2/g·h） QO2——比呼吸速率（molO2/g·h） x——菌体干重（g/L） Q——通风量（mol/h） V——发酵液体积（L） c1、c2——进、出口气体中氧的体积百分比（%） c1′、c2′——进、出口气体中CO2的体积百分比（%） c0——进口气体中惰性气体的体积百分比（%）;3.4.2.1底物种类与RQ值的关系 ;3.4.2.2 产物与底物的氧化还 原性与RQ值的关系 ;3.4.2.3 不同发酵阶段的RQ值;3.4.2.4 代谢途径与RQ值;3.4.3 CER与RQ作为发酵的指标 ;3.4.3.3检测菌体生长与耗糖情况;细胞生长速率 ;计算：某微生物批式生长培养，采用通过检测CER的办法来计算菌体生长与耗糖情况。已知接种时糖浓度S0 = 80 g/L，细胞浓度X0 = 4 g/L，发酵开始时二氧化碳的释放速率CER0= 0.04 molCO2/L·h；且已知YX/S = 0.4g细胞/g糖，YX/CO2 = 20g细胞/molCO2。现测得发酵过程某一时刻的CER=0.20 molCO2/L·h，试问此时的菌体生长速率dX/dt、细胞浓度X、比生长速率μ、耗糖速率-dS/dt及发酵液中的残糖浓度S各是多少？;解：（1）求微生物的比CO2释放速率 ;（2）当CER=0.2 molCO2/L·h时，求 ;RQ的意义：;如在青霉素发酵中添加天然油脂作碳源，由于油具有不饱和性和还原性使RQ值大大低于葡萄糖为唯一碳源的RQ值。试验结果表明，RQ值在0.5～0.7范围，且随葡萄糖和油加入量的相对比例而波动。 如在发酵初期即菌体生长期，在碳源总量不变，提高油对葡萄糖的比例，结果OUR和CER