第七章发酵过程控1制175页PPT.ppt

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第7章发酵工艺控制;发酵工艺控制最优化;如何实施最佳工艺?;第一节温度变化及其控制;每种微生物对温度的要求可用最适温度、最高温度、最低温度来表征。在最适温度下,微生物生长迅速;超过最高温度微生物即受到抑制或死亡;在最低温度范围内微生物尚能生长,但生长速度非常缓慢,世代时间无限延长。在最低和最高温度之间,微生物的生长速率随温度升高而增加,超过最适温度后,随温度升高,生长速率下降,最后停止生长,引起死亡。

;微生物受高温的伤害比低温的伤害大,即超过最高温度,微生物很快死亡;低于最低温度,微生物代谢受到很大抑制,并不马上死亡。这就是菌种保藏的原理。;;什么是液晶状态?

液晶状态是指某些有机物在发生固相到液相转变时的过渡状态称为液晶态。

由固态转变为液晶态的温度称为熔点,以T1表示;

由液晶态转变为液态的温度称为清亮点,以T2表示。

T1与T2之间的温度称为液晶温度范围。

那么为什么不同微生物对温度的要求不同呢?根据细胞膜脂质成分分析表明,不同最适温度生长的微生物,其膜内磷脂组成有很大区别。嗜热菌只含饱和脂肪酸,而嗜冷菌含有较高的不饱和脂肪酸。;2、蛋白质结构;嗜冷菌具有在0oC合成蛋白质的能力。这是由于其核糖体、酶类以及细胞中的可溶性因子等对低温的适应,蛋白质翻译的错误率最低。许多中温菌不能在OoC合成蛋白质,一方面是由于其核糖体对低温的不适应,翻译过程中不能形成有效的起始复合物,另一方面是由于低温下细胞膜的破坏导致氨基酸等内容物的泄露。;4、合成冷休克蛋白

低温微生物适应低温的另一机制是合成冷休克蛋白。将大肠杆菌从37oC突然转移到10oC条件时细胞中会诱导合成一组冷休克蛋白,它们对低温的生理适应过程中发挥着重要作用,检测嗜冷酵母的冷休克反应,发现冷刺激后冷休克蛋白在很短时间内大量产生。

耐冷菌由于生活在温度波动的环境中,它们必须忍受温度的快速降低,这与它们产生的冷休克蛋白是密切相关的。;二、温度的影响与控制;K与温度有关

E越大温度变化对K的影响越大;温度对细菌的生长、产物合成的影响可能是不同的;3.???度影响发酵液的物理性质

温度还可以通过改变发酵液的物理性质,间接影响微生物的生物合成。如:温度对氧在发酵液中的溶解度就有很大的影响。;4、温度影响生物合成的方向;三、发酵过程引起温度变化的因素;1、生物热Q生物;生物热与发酵类型有关;培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。

生物热的大小与呼吸作用强弱有关

在培养初期,菌体处于适应期,菌数少,呼吸作用缓慢,产生热量较少。

菌体在对数生长期时,菌体繁殖迅速,呼吸作用激烈,菌体也较多,所以产生的热量多,温度上升快,必须注意控制温度。

培养后期,菌体已基本上停止繁殖,主要靠菌体内的酶系进行代谢作用,产生热量不多,温度变化不大,且逐渐减弱。

如果培养前期温度上升缓慢,说明菌体代谢缓慢,发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈,有可能染菌,此外培养基营养越丰富,生物热也越大。;2、搅拌热Q搅拌;3、蒸发热Q蒸发;(二)发酵热的测定;根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物热的近似值。

因为热效应决定于系统的初态和终态,而与变化途径无关,反应的热效应可以用燃烧值来计算,特别是有机化合物,燃烧热可以直接测定。反应热效应等于反应物的燃烧热总和减去生成物的燃烧热的总和。;可根据实测发酵过程中物质平衡计算生物热。例如某味精厂50M3发酵罐发酵过程测定结果的主要物质变化如表:;发酵12~18小时的生物热为:

Q生物=24×159555.9+0.6×12309.2+6×10634.5-1.2×20934-15.4×15449.3=191098.1KJ/M3

191098.1÷6=31849.7

每小时的生物热为31849.7KJ/M3;四、最适温度的选择;在发酵前期由于菌量少,发酵目的是要尽快达到大量的菌体,取稍高的温度,促使菌的呼吸与代谢,使菌生长迅速;

在中期菌量已达到合成产物的最适量,发酵需要延长中期,从而提高产量,因此中期温度要稍低一些,可以延緩衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。

发酵后期,产物合成能力降低,延长发酵周期没有必要,就又提高温度,刺激产物合成到放罐。如四环素生长阶段28oC,合成期26oC后期再升温;黑曲霉生长37oC,产糖化酶32~34oC。但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌生长30~32oC,产酸34~37oC。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。;例:林可霉素发酵的变温培养;变温培养的正交设计;结论:前60h按31℃控制,缩短了适应期使发酵提前转入生产阶段,同时菌丝体已有

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