发酵工程课程总结.ppt

分批发酵动力学 分批培养： 是一次投料，一次接种，一次收获的间歇培养方式。 这种培养方式操作简单，发酵液中细胞浓度、基质浓度和产物浓度均随时间而不断变化。就细胞浓度变化而言，在分批培养中要经历延迟期、对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期（图4-2）。 连续培养动力学 连续培养或连续发酵是指在培养过程中，连续地向发酵罐中加人培养基，同时以相同流速从发酵罐中排出含有产品的培养基。一般连续培养方式可归纳为两种基本方式：一种是罐式或搅拌发酵罐，另一种是管式反应器。 微生物发酵营养基质控制 营养物质：能够满足微生物生长、繁殖和各种生理活动所需的物质。 生长因子种类： 维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶、卟啉及其衍生物、固醇、胺类、C2～C6直链或分支脂肪酸等，还有一些特殊的辅酶。 能提供生长因子的天然物质有酵母膏、蛋白胨、麦芽汁、玉米浆、动植物组织或细胞浸液以及微生物生长环境的提取液等。 微生物发酵pH控制 发酵液pH变化，与发酵关系极为密切，对菌体生长繁殖和产物积累影响极大，因此是一项重点检测的发酵参数。 pH影响结果 1.菌体大小、长度缩短、直径和数量。 2.pH影响细胞膜的电荷状态，进而引起膜的渗透性发生改变，再进而影响菌体对营养物质吸收和代谢产物的形成。对产物的稳定性同样有影响。 3.pH对某些生物合成途径有显著影响 引起pH变化原因： ①取决于微生物自身的代谢， ②还与培养基的成分有极大关系。 生理碱性物质: 某些物质被微生物利用、氧化还原后，可使pH上升，这些物质称为生理碱性物质。 如有机氮源、硝酸盐、有机酸等。 生理酸性物质: 某些物质被微生物利用、氧化还原后，使pH下降，这些物质称为生理酸性物质。 碳源代谢往往起到降低pH作用，例如，糖类氧化不完全时产生的有机酸；脂肪不完全氧化产生的脂肪酸、硅盐氧化后产生的硫酸等。 发酵过程pH控制方法 ①主要考虑培养基中生理酸性物质与生理碱性物质的配比； ②通过中间补料进一步加以控制。 生理酸性物质－－（NH4）2SO4； 生理碱性物质－－氨水。 当pH和氨氮含量均低时，补加氨水；若pH较高，而氨氮较低时，应该补加（NH4）2SO4 微生物发酵温度控制 温度是影响有机体生长繁殖最重要的因素之一。任何生物化学酶促反应都直接与温度变化有关的。 对微生物发酵来说，温度影响是多方面的，可以影响各种发酵条件，最终影响微生物生长和产物形成。 温度对发酵影响: 　酶反应看，温度上升→生长、繁殖、代谢。 　酶促反应动力学看，温度升高→反应速度加快→呼吸加强→细胞生长、繁殖加快。 但随着温度上升→酶失活速度加快→菌体衰老提前→发酵周期缩短→对发酵生产是极为不利。 最适发酵温度选择与控制 选择最适发酵温度应该考虑两个方面：①微生物生长最适温度，②产物合成最适温度。 不同菌种、菌种不同生长阶段以及不同培养条件，最适温度都不同。 微生物发酵时间控制 发酵时间： 是指菌种接入发酵基质起至发酵结束为止的时间间隔。 发酵时间尽可能短、考虑提高产物收得率、降低底物消耗率、提高经济效益、利于后序处理及产品质量等。 过度延长发酵时间缺点： ①生产效率降低； ②对后续提取工序不利，如菌体自溶释放出菌体蛋白或体内的酶，改变发酵液性质，使发酵液过滤困难，会使一些不稳定产物遭到破坏，降低不稳定发酵产物的产量。 过度缩短发酵时间： ①会减少产物产量，降低了生产效率； ②发酵液还残存较多的糖、氨基酸、消沫剂、无机盐离子等对发酵液过滤和产物提取时的树脂交换有影响。 微生物发酵溶氧控制 　　 氧是细胞呼吸底物。 溶氧量是指溶于培养液中的氧气量。 适宜溶氧量能保证菌体内正常氧化还原反应。 溶氧量少，导致能量供应不足，微生物将从有氧代谢转化为无氧代谢来供应能量；碳源物质不完全氧化产生乙醇、乳酸、短链脂肪酸等有机酸的积累，都将抑制菌体生长与代谢。 溶氧量高，导致培养基过度氧化；细胞成分由于氧化而分解，也不利于菌体生长。 溶解氧对产物形成影响是多样性： ①大量供氧才能高产，供氧不足，产量下降。如谷氨酸、精氨酸发酵。 ②对氧不敏感，虽然氧充足时高产，但限制供氧量对产量影响不明显，如赖氨酸、苏氨酸等发酵。 ③供氧