01生物工艺过程控制.pptxVIP

发酵是一种很复杂的生产过程，其好坏涉及诸多因素，如菌种的生产性能、培养基的配比、原料质量、灭菌条件、种子质量、发酵条件和过程控制等。 不论是老或新品种，都必须经过发酵研究这一阶段，以考察其代谢规律、影响产物合成的因素，优化发酵工艺条件。 高产菌种对工艺条件的波动比低产菌种更敏感，故掌握生产菌种的代谢规律和发酵调控的基本知识对生产的稳定和提高具有重要的意义。;6.1 发酵过程的操作类型;6.1.1 分批发酵;分批发酵过程一般可粗分为四期，即适应（停滞）期、对数生长期、生长稳定期和死亡期；也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静止期和死亡期。;　一、初级代谢的代谢变化：; 初级代谢没有明显的产物形成期，产物随着菌体生长在不断的进行合成，有的与菌体的生长呈平行关系。如乳酸、醋酸，?与Ｑp顶峰几乎在同一时期出现，而氨基酸、酶、核酸的发酵过程比前者复杂，它的?与Ｑp的大小则随培养基成分、碳源、温度、菌株等不同而变化。 ;二、次级代谢产物变化; 菌体生长阶段： 接种后，菌体开始生长，直达到菌体的临界浓度。同时，营养物质进行分解代谢，不断的消耗，浓度明显减少，溶氧浓度逐渐降低到一定的水平，其中某一参数可能成为菌体生长的限制因素，使菌体生长速度减慢，积累了相当量的某些代谢中间体，原有的酶活力下降，出现了与次级代谢有关的酶，其酶解除了控制等原因，导致菌体的生理状况发生改变，菌体就从生长阶段转入产物合成阶段。 这一阶段又称为菌体的生长期或发酵前期。　　;　　 产物合成阶段： 产物数量逐渐增多，直至达到高峰，生产速率也达到最大，直至产物合成能力衰减。此阶段，营养物质不断被消耗，产物不断被合成。环境因素很重要，发酵条件应严格控制，方有利于产物合成。 　　营养物质过多，菌体就进行生长繁殖，抑制产物合成，使产物量降低；如果过少，菌体就衰老，产物合成能力就下降，产量减少。 这一阶段又称为产物分泌期或发酵中期。 　　; 菌体自溶阶段： 菌体衰老，细胞开始自溶，氨氮含量增加，pＨ上升，产物合成能力衰退，生产速率下降，此时应必须结束发酵，否则，影响产品的提取。　 这一阶段又称为菌体的自溶期或发酵后期。;分批发酵的优缺点：;6.1.2 补料分批发酵;补料分批发酵与传统分批发酵相比，其优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点： 1）可解除底物抑制，产物的反馈抑制和快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不致于加剧供氧的矛盾； 2）可降低培养基的黏度，并尽可能地延长产物的形成时间。 3）避免培养基积累有毒代谢物。 与连续发酵相比，补料分批发酵不需要严格的无菌条件，也不会产生菌种老化和变异等问题。;半连续发酵的不足：;6.1.3 连续发酵;连续发酵的优缺点：;6.2 发酵条件的影响及其控制;常规的发酵条件：; 基质是产生菌代谢的物质基础，既涉及菌体的生长繁殖，又涉及代谢产物的形成。;　 　 在分批发酵中，当基质过量时，菌体的生长速率与营养成分的浓度无关。 μ：菌体的生长比速Ks：半饱和常数 S：限制性基质浓度μmax: 最大比生长速度 在S?? ks的情况下，比生长速率与基质浓度呈线性关系。;　　在S 10ks时，比生长速率就接近最大值。 所以营养物质均存在一个上限浓度，在此浓度以内，菌体的比生长速率随浓度增加而增加，但超过此限，浓度继续增加，反而会引起生长速率下降，这种效应称基质的抑制作用。;; 就产物 的形成来说，培养基过于丰富，有时会使菌体生长过旺，黏度增大，传质差，菌体不得不花费较多的能量来维持其生存环境，即用 于非生产的能量大大增加，这对产物合成不利。 ; （1） 碳源的种类和浓度的影响和控制 碳源分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源。迅速利用的碳源能较迅速地参与代谢、合成菌体和产生能量，并分解产物（如丙酮酸），有利于菌体的生长。但有的分解代谢产物对产物的合成可能产生阻遏作用。 　　 慢速利用的碳源为菌体缓慢利用，有利于延长代谢 产物的合成（如抗生素），许多药物发酵采用。例如乳糖、蔗糖、麦芽糖、玉米油分别是青霉素、头孢菌素C 、盐霉素、核黄素及生物碱发酵的最适碳源。因此选择最适碳源对提高代谢产物产量是很重要的。 在工业上，发酵培养基中常采用迅速和缓慢利用的混合碳