发酵工艺控制2.ppt

第三节pH值对发酵过程的影响及控制发酵过程中培养液的pH值是微生物在一定环境条件下代谢活动的综合指标，是一项重要的发酵参数。它对菌体的生长和产品的积累有很大的影响。2.发酵过程中pH的变化发酵过程中由于菌在一定温度及通气条件下对培养基中碳、氮源等的利用，随着有机酸或氨基氮的积累，会使pH产生一定的变化。一般情况下：（1）生长阶段pH上升：菌体蛋白酶分解蛋白胨而生成铵离子pH下降：葡萄糖分解产生的有机酸及铵离子利用（2）生产阶段在生产阶段，pH趋于稳定，维持在最适产物合成的范围（3）自溶阶段菌丝自溶阶段，随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中氨基氮增加，致使pH又上升，此时菌丝趋于自溶而代谢活动终止引起发酵液中pH下降的因素有：培养基中碳、氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累而PH下跌。消沫油加得过多。生理酸性物质（如：糖类氧化不完全时产生有机酸、脂肪不完全氧化后产生的脂肪酸）的存在，氨盐被氧化，PH下降。引起发酵液中pH上升的因素有：培养基中碳、氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放，使pH上升。生理碱性物质（有机氮源、硝酸盐、有机酸等）存在。中间补料中氨水或尿素等的碱性物质的加入过多。二.最适PH值的选择最适PH值的选择原则是既有利于菌体的生长繁殖，又可以最大限度地获得高的产量。一般都是根据实验结果来确定的。方法：通常将发酵培养基调节成不同的起始PH值，在发酵过程中定时测定、并不断调节PH，以维持其起始PH值，或者利用缓冲剂来维持发酵液的PH值。同时不断的观察菌体的生长情况，菌体生长达到最大值的PH值即为菌体生长的最适PH。产物形成的最适PH也可以这样测得。三.pH值的控制首先要在基础培养基配方中考虑到维持pH的需要，然后通过中间补料来控制pH培养基碳过多：pH下降培养基氮过多：pH上升2通过补加氨水、尿素或硫酸铵、碳酸钙来调节pH临界氧浓度一般指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。如对产物形成而言便称为产物合成的临界氧浓度。通过在各批发酵中维持不同氧浓度看其对摄氧率或产量的影响，可以求出菌呼吸或合成的临界氧浓度CO2会影响菌体的形态：例,产黄青霉菌：当CO2分压为0~8%，菌丝主要呈丝状；当CO2分压为15~22%，菌丝主要呈膨胀、粗短状当CO2分压为0.08×105时，则出现球状或酵母状，致使青霉素合成受阻呼吸商与发酵的关系呼吸商：CO2释放速率与耗氧速率之比。耗氧速率（OUR）与CO2的释放率（CER）成反向同步关系呼吸商RQ=CER/OURRQ值反应菌体的的代谢情况,以酵母发酵为例:RQ=1,糖代谢走有氧分解途径，仅生成菌体，无产物形成RQ1.1,走EMP途径，生成乙醇RQ=0.93,生成柠檬酸RQ0.7,生成的乙醇被当作基质利用菌在利用不同基质时,RQ值不同：以大肠杆菌为例延胡索酸为基质,RQ=1.44丙酮酸为基质,RQ=1.26琥珀酸为基质,RQ=1.12乳酸为基质,RQ=1.02葡萄糖为基质,RQ=1.00乙酸为基质,RQ=0.96甘油为基质,RQ=0.80在菌体生长、维持以及产物形成的不同阶段,其RQ值不同二.基质浓度对补料发酵的影响及补料控制１.基质浓度对发酵的影响低基质浓度对代谢有诱导作用高基质浓度对分解代谢有阻遏作用在葡萄糖浓度低于100~150g/L时,不会出现生长的抑制；但超过350~500g/L时,多数生物不能生长,这种浓度下会使细胞脱水。只有嗜渗性的生物能在这样高浓度的溶液中生长。基质浓度对发酵产物收率的影响２.补料控制为解除基质过浓的抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应，以及避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多而供氧不足的状况，采用中间补料的培养方法是较为有效的。补料方式：连续流加、变速流