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第四章 发酵工艺控制;第一节 发酵生产方法的类型;第二节 发酵过程的动力学类型;发酵曲线图;从此三个因素分析发酵速度。
所以研究发酵速度就是研究
1.碳源利用速度
2.菌生长速度
3.产物形成速度
4.上述三者之间关系
根据以上四个条件将所有发酵过程分为三大类型;发酵过程分为三大类型;(一)类型I;(一)类型I
1、特点
①菌生长比速度μC、μP都有一个高峰
②三者的高峰同时出现,三者基本平行
③产物的量和碳源利用量有一定的化学剂量关系可进行理论计算。
2、产物类型
此一类型产物主要有两大类:
①菌体
产量常数在一定条件下,用一定菌体产量常数相对稳定。故知产量常数可控制流加糖的量,还可利用产量常数检查,发酵条件的控制是否合适。
②代谢产物:酵母的酒精发酵、乳酸发酵
另部分次级代谢产物也属此型,但大多数属类型III
③次级代谢产物,杆菌肽、氯霉素。;(一)类型I 乳酸发酵;(一)类型I 乳酸发酵;(一)类型I 杆菌肽发酵; (二)类型II ; (二)类型II
1特点:
①分成两个时期:菌体生长和产物形成在不同时期,分别在菌生长期产物形成期。
②碳源利用的比速度有两个高峰,分别在两个时期,第一个高峰用于菌体生长,第二个高峰用于产物合成(在产物形成期可能还有菌体第二次生长)。
③碳源利用和产物形成无明确的化学剂量关系,但还是有一定关系的。
2、产物类型
①有中间产物积累:产物在合成过程中先积累一定产物,再由中间产物转化为最终产物。如丙酮丁醇发醇,丙酮丁醇发酵分为三个时期。;增酸期:0~18h 有机酸大量积累,菌体大量生长 产物溶剂形成少
减酸期:18~40h菌体长到最大期,溶剂就大量形成,培养液中pH值上升
后发酵:40~72h 菌体不增长,甚至有些下降,溶剂增长到最大值,酸降低到最小值。
②无中间产物积累
如:延胡索酸发酵 用黑根霉
谷氨酸发酵 用棒状杆菌
柠檬酸发酵 用黑曲霉
土霉素发酵 金色链霉菌(四环类抗生等)
土霉素生产因其菌生长,C利用???两个高峰而划入Ⅱ型,产物产量较高。 ;(三)类型Ⅲ; (三)类型Ⅲ
1.特点:
①分成两个时期,但产物形成比类型Ⅱ早,在菌体接近或达到最大值时,产物开始生长。
②菌体生长和碳源利用没有第二个高峰。
③产物的形成和碳源利用无量上的关系,都是属于次级代谢产物,产物量占发酵液中的0.1~2%。
链霉素发酵(用灰色链霉菌生产)
2、产物类型:分为三种类型,知道发酵的类型
①将预知某个发酵将按什么情况进展
②可作为发酵的中间控制的理论基础,在实践上指导生产监督生产,如控制流加糖。根据菌体生产和产物形成是否同步的,可控制不同的发酵条件,如Ⅱ、Ⅲ型可在不同时期,为不同目的(菌体或产物),控制不同发酵条件,从营养上说,生长的营养条件和产物的营养条件有区别。
③在连续发酵的设计上,类型Ⅰ可用单级,如为类型Ⅱ、Ⅲ就要采用二级以上的连续发酵,使菌体生长和产物形成都得到保证。;(三)类型Ⅲ 链霉素发酵(用灰色链霉素生产);第三节 连续发酵动力学;二、动力学;1.菌的情况 流入量十生长菌量=流出菌量 即:;3、对基质情况; 对单级罐而言
根据Michadis--mentem公式; 饱和常数 ,为1/2 时基质浓度
为最大比生长速率
Monod公式;;;三、连续发酵优点:;四、存在的问题;第四节 温度对发酵的影响及其控制;①生物热:
定义:生物热是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。培养基中碳水化合物,脂肪,蛋白质等物质被分解为CO2,NH3时释放出的大量能量。
用途:合成高能化合物,供微生物生命代谢活动,热能散发。
影响生物热的因素:生物热随菌株,培养基,发酵时期的不同而不同。一般,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他时间的生物热。生物热的大小还与菌体的呼吸强度有对应关系。
实验发现抗生素高产量批号的生物热高于低产量批号的生物热。说明抗生素合成时微生物的新陈代谢十分旺盛。;; 发酵过程中生物热的变化
在四环素发酵中,还发现生物热和菌的呼吸强度的变化有对应关系,特别是在80小时以前。从此实验中还可看到,当产生的生物热达到高峰时,糖的利用速度也最大。另外也有人提出,可从菌体的耗氧率来衡量生物热的大小。
四环素生物合成过程中系列参
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