食品发酵工艺学-微生物发酵过程控制-液态发酵.ppt

谷氨酸发酵的中间代谢控制适应期：0-3hr,个体长大，无分裂，不耗糖或耗糖极低,最适生长温度30-34℃对数生长期：3-8hr或4-10hr,代谢旺盛，大量繁殖、OD值直线上升，菌体呈V形分裂，氮源大量消耗、pH下降，应及时流加尿素；温度上升（一般5hr），应及时降温；耗氧增加，产生的二氧化碳增加，应根据情况提高风量。对数生长末期为了促进增殖型菌体向生产型转化，更需充足的风量和尿素。转化期：细胞开始伸长、膨胀、耗糖最快、耗氧最多、产热最多、泡沫显著增加。此阶段的控制是发酵成败的关键。受生物素和风量的影响最为明显。产酸期：菌体呈花生形。大量积累谷氨酸，应保证充足的N源，温度控制在36-37℃，pH7.0-7.2，继续通风。末期：减小通风量，少量流加尿素，残糖降到1%以下停止通风。泡沫控制泡沫产生的原因培养基中糖,蛋白质,代谢物等稳定泡沫表面的活性物质的存在通气、搅拌：外界引进的气流被机械分散形成泡沫。代谢气体的逸出：产生的气体凝集形成泡沫。培养液黏度、细菌体对泡沫有稳定作用。所以，当感染杂菌、噬菌体、菌体自溶时泡沫特别多。泡沫对发酵的危害降低了发酵罐的装料系数,设备利用率降低增加了菌群的非均一性,微生物随泡沫漂浮泡沫大量产生,造成“逃液”现象，导致产物的损失发酵液从轴封渗出，造成染菌影响通风搅拌正常进行，影响氧的传递，并且，产生的废气不能及时排除，会妨碍菌的呼吸，甚至会造成菌体的自溶。加入消泡剂给提取工序带来困难一个发酵周期内泡沫消长的基本规律长菌期：糖、蛋白质浓度高，对数生长期需氧量大，是产泡高峰期，泡沫的稳定性也最强。产物合成期：C、N源逐渐被利用，培养基表观黏度下降，促使泡沫表面张力上升，泡沫寿命会逐渐缩短，泡沫高度会逐渐下降。发酵后期:菌体自溶，可溶性蛋白质的浓度增加，又促使泡沫的稳定性增加。泡沫虽然不多，但难以彻底消失。泡沫的防止和消除减少起泡的措施：（1）减少起泡物质和产泡外力（2）选育生长期不产泡的突变菌株。（SCP生产中已经初见成效）。化学消泡法化学消沫作用——当消泡剂加入到发泡体系中，由于消泡剂的表面张力低（相对于发泡体系），在消泡剂接触液膜面时，成为泡膜的一部分，使液膜面扩大，变薄，同时使泡膜局部表面张力降低，力的平衡被破坏，在力的作用下气泡破裂、合并，最后导致泡沫破灭。化学消泡法的优缺点优点：来源广泛、效果好、作用迅速、用量少、不需改造设备，便于实现自动化。缺点：降低氧的吸收率约1/5-1/3。添加时增加了染菌的可能性；增加下游提取分离的困难。消泡剂选用原则消泡剂必须是表面活性剂，具有较低的表面张力对气液界面的铺展系数必须足够大，以便能迅速发挥其消泡活性，这就要求消泡剂具有一定的亲水性在水中的溶液解度极小，保持持久的消泡或抑泡作用无毒，不影响发酵化学消泡剂的种类天然油脂类：包括豆油、菜子油、花生油、玉米油等。由于油脂分子中无亲水基团，在发酵液中难铺展，所以消泡活性差，用量大，一般为发酵液的0.1-0.2%。聚醚类：GP亲水性差，溶液解度小，抑泡性能比消泡性能好；GPE10亲水性好，易铺展，消泡性能强；但相应溶解度大，消泡活性维持时间短。用量一般为发酵液的0.01-0.03%，消泡能力比植物油大10倍以上。硅酮：主要是聚二甲基硅氧烷及衍生物是无色液体，不溶于水，表面张力低达21dyn/cm（泡敌为33，向日葵油40，青霉素发酵液60-68dyn/cm）。纯的聚二甲基硅氧烷的消泡能力低，因此常加分散剂来提高消泡活性，或加乳化剂成乳状液。硅酮消泡剂适用于微碱性发酵，对于微酸性发酵消泡效果较差。醇类：聚二醇消泡效果持久，尤其适合霉菌发酵。十八醇，与冷榨猪油一起用于青霉素发酵效果很好。GP（由甘油和氧化乙烯聚合）GPE10泡敌（继续与环氧乙烷加成）聚二甲基硅氧烷消泡器好氧发酵的消泡方法：化学消泡、机械消泡机械消泡的种类：罐内消泡、罐外消泡理想的机械消泡装置：动力小、结构简单、坚固耐用、清洗杀菌容易、维修保养费用少。常用的消泡器：耙式消泡器、旋转圆盘式、碟片式消泡器。直径小于0.3m的小罐常用超声波消泡。耙式消泡桨：耙式消泡桨,齿面略高于液面,直径约为罐径的0.8-0.9蝶片式消泡器构造：是一种较为新型的消泡装置，圆锥形的碟片象碟片式离心机一样迭合在一起，装于空心轴上，片间间隙与空心轴相连，碟片上有径向筋条。安装：装于发酵罐顶，碟片位于罐顶空间内，用固定法兰与排气口相连，空心轴有端面轴封。原理：高速旋转时进入碟片间的气泡被打碎，同时将液滴甩出返回发酵液中，气体则由空心轴经排气口排出。优缺点：消泡效果好，但结构复杂功率消耗大。机械消沫消沫浆罐外消泡