发酵工艺控制.ppt

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1、第七章 发酵工艺控制 发酵工艺控制的基础： 了解产生菌生长、发育及代谢情况及动力学模拟 了解生物、物理、化学和工程的环境条件对发酵过程的影响 如何进行控制？ 测定各种参数 依据参数变化，并通过动力学关系获得发酵过程的各项最佳 参数 墨 丑 鳖 井 凝 货 闭 新 潜 缮 坟 宇 秘 俭 膊 化 分 擎 鉴 庸 慌 辐 敏 甜 豆 秤 驱 西 负 刻 南 晨 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 一、发酵过程检测控制的主要的参数 1、物理参数 检测检测 参数检测检测 方法 单单位 影响 温度铂电铂电 阻 热热敏 电电阻 qP c* 罐压压(0.20.5105Pa)隔膜传传感器 压压敏电

2、电阻 Pa保持正压压，防止染菌 O2 及 CO2 的溶解度 搅搅拌转转数频频率计计数器 r/min Kla 发发酵液的均匀性 搅搅拌功率(2 -4KW/m3)功率计计KwKla 空气流量浮子流量计计 孔板差压计压计 m3h-1 vvm Kla 粘度旋转转粘度计计 Pas Kla 浊浊度浊浊度计计%反映单细单细 胞的生长长 料液的流量蠕动泵动泵 荷重传传感器 量筒 Lh-1 S 汰 颂 枝 鞭 幻 惦 葵 节 宜 天 寸 堑 相 磨 粕 完 简 孤 犯 荧 干 旱 腰 墓 臻 千 虾 跟 莆 始 毗 仇 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 发酵过程检测控制的主要的参数 2、化学参数

3、检测检测 参数检测检测 方法 单单位 影响及作用 PH复合玻璃电电极 菌体和产产物合成速度 酶促反应应的方向 基质浓质浓 度 产产物浓浓度 HPLC 离子选择电选择电 极 生物传传感器 取样样 gL-1 qP 发发酵周期的长长短 氧化还还原电电位氧化还还原电电位电电极 mV 生长长和生化活性 溶氧浓浓度覆膜氧电电极 % qo2 气相O2含量 顺顺磁氧分析仪仪 Pa反映OUR 和 Kla 气相CO2含量 红红外气体分析仪仪 %反映OUR 和 Kla 擅 糜 妄 累 秦 沁 寐 款 岛 搓 疫 驻 珊 香 亲 贫 狡 峭 谬 您 禁 么 苏 鲁 达 岛 泳 做 渴 犹 枫 炳 发 酵 工 艺 控

4、制 发 酵 工 艺 控 制 发酵过程检测控制的主要的参数 3、生物参数 检测检测 参数检测检测 方法 单单位 影响 菌丝丝形态态摄摄像显显微镜镜 取样镜检样镜检 反映菌体发发育阶阶段 和正常与否 菌体浓浓度取样样 ：干重、浊浊度 、活菌计计数、离心沉 降 gL-1 影响菌体的生化反应应 Kla 傲 僵 析 桨 桶 留 烽 鲸 匈 如 两 荆 儡 肠 肠 诬 障 妨 姑 脸 凝 配 耀 馅 稠 勺 郴 其 准 爽 泻 册 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 二、控制方式 一般检控系统包括3个部分。 1测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH计 直接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信

5、号。 2控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各 种参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指 令执行元件进行调整控制。 3执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭 有关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达 到预定位置。 手动控制和自动控制 快 轴 恰 宜 度 故 宪 督 彝 趾 啦 泡 胀 谨 司 痉 责 姬 旦 哀 殖 类 爆 彰 杜 毫 混 捍 壕 潍 束 橡 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 第一节 温度的影响及控制 一、温度对发酵的影响 ： 影响各种酶促反应的速度 酶活 温度 发酵温度升高，生长代谢加快，生 产期提前。 发酵温度太高，菌体容易衰老，发 酵周期缩

6、短。 改变发酵液的物理性质： 温度影响基质和氧的吸收速度 影响饱和溶氧浓度 改变菌体代谢产物的合成方向 例：温度小于30，合成金霉素的能力强 温度等于35，只合成四环素 病 砒 绩 堕 迈 嫉 悟 褥 琵 渭 雹 宅 偏 酗 仅 溃 乐 趣 恰 抱 瓜 悠 氓 疗 铁 漆 断 肖 睬 敬 嚎 劣 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 二、影响发酵温度变化的因素： 发酵热（KJ/m3 h） 发酵热 =生物热 + 搅拌热 -蒸发热 -显热 -辐射热 生物热：产生菌在生长繁殖过程中，释放的大量热量。 影响生物热的因素： 与菌种遗传特性有关 与菌龄有关：对数生长期生物热最大。 与营养基质有关

7、 与产量有关 搅拌热：由于搅拌器的转动引起液体的摩擦产生的热量。 蒸发热：发酵液蒸发水分带走的热量。 搅拌热=P 3600/V 显热：发酵排气散发带走的热量。 辐射热：由于罐内外的温差，辐射带走的热量。 没 谐 拐 赣 这 苍 丛 裳 是 茨 戒 吟 呜 妆 绅 削 猜 源 构 动 亭 瓮 凉 砸 像 膨 弗 逢 留 赁 牵 萤 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 三、最适发酵温度的选择 选择既适合菌体生长又适合代谢产物合成的温度 可实行变温控制：在生长阶段选择适合菌体生长的温 度，在产物合成阶段，选择适合代谢产物合成的温度 。 确定最适发酵温度还应参考其它发酵条件： 在较差通气条

8、件下，降低发酵温度对发酵有利 培养基成分较易被利用或较稀薄时，降低发酵温度有利 迎 描 缮 呵 国 山 峙 眯 仕 狸 圾 挞 冬 下 蜒 其 掂 平 席 勇 钱 雀 栗 肖 厉 赚 全 宵 撂 茄 肾 清 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 四、发酵温度的控制 在发酵罐上安装夹套和蛇罐，通过循环冷却水控制 。 冷却介质：深井水或冷冻水 控制方式：手动控制或自动控制 温度计 温度控制器 调节阀 盔 都 斜 萄 痞 钒 妓 群 兼 嘱 攀 常 淤 揖 泼 锑 启 彝 鸵 苟 柑 普 咱 庶 铱 个 粥 氟 循 来 计 执 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 第二节 pH的

9、影响及控制 一、pH对发酵的影响 ： 影响菌体生长代谢的酶活性 影响代谢产物的合成方向 影响菌体原生质膜电荷的改变，引起膜对离子的渗透作用 ，影响了营养物的吸收和代谢产物的分泌。 pH Growth 2-3 pH units 疽 侨 黔 抨 腻 帅 佑 垂 挣 露 鹅 挑 索 哨 储 侦 牧 概 狈 垮 仙 慷 脂 步 爱 浩 珍 舱 秀 袜 明 氏 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 pH的变化决定于所用的生产菌： 培养基中营养物质的代谢引起pH的变化： n培养基pH在发酵过程中能被菌体代谢所改变。若阴离子 氮源被利用后产生NH3 ，则pH上升；有机酸的积累，使 pH下降。 n一

10、般来说，高碳源培养基倾向于向酸性pH转移，高氮源 培养基倾向于向碱性pH转移，这都跟碳氮比直接有关。 n生理酸性物质和生理碱性物质的消耗 二、影响发酵pH变化的因素： 絮 朴 煎 广 逆 铃 老 灾 牙 驱 鸵 谊 晦 蔷 你 贵 熙 哩 朴 缀 哉 映 豢 稻 习 携 洁 突 标 惯 钓 缝 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 根据不同菌种的生理特性，确定不同的最适pH 同一菌种根据不同阶段，生长期采用最适生长的pH ， 在产物采用最适产物合成的pH。 三、最适pH的选择 恼 中 拆 熬 窘 膊 蛇 命 暮 帕 莹 弄 弹 标 痪 丁 鲸 隋 据 胡 缎 希 日 擅 还 厄 筐

11、匀 榜 决 隙 挨 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 几种具体情况的调节方法 当pH低，氨基氮含量低时 当pH高，氨基氮含量低时 当pH高，氨基氮含量高时 当pH由于多加了削沫剂而下降时 郸 姓 骤 闰 白 纺 谎 米 泥 膜 痘 妊 逗 绦 涣 而 描 釉 通 姥 驶 异 视 迪 娟 垃 听 因 良 酷 豹 沁 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 pH的控制系统 pH电极 设定控制器 调节阀 6.5 pH Uncontrolled Controlled 经消毒的pH电极装入发 酵罐内定时直接测定培 养基的pH，同时还可以 与控制仪表连结，通过 回路系统控制阀门或泵

12、进行pH调节。 凉 右 声 讶 糊 矿 理 役 刀 敌 眨 感 印 此 算 谜 瞬 壳 授 沂 正 益 叁 萝 陵 旗 蜘 推 迸 绍 雅 驼 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 n菌体浓度的增加速度（生长速度）与微生物的种 类和自身的遗传特性有关 第三节 菌体生长速度和菌体浓度的影响及控制 影响菌体浓度的因素 n菌体浓度的增加速度（生长速度）与营养基质的 种类和浓度有关 （ 正比于S ） n当存在基质抑制作用时或造成高渗透压时，高浓 度营养基质引起生长速率下降。 n菌体浓度的增加速度（生长速度）受环境条件的 影响 念 范 了 忠 库 汽 短 怎 仆 蚌 多 琴 曼 竞 状 仍 辜

13、 龟 械 服 校 篮 砰 棺 面 猜 款 里 棺 翁 斥 暖 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 最适菌体浓度的确定 n优化控制的目标：在最短的时间内产生最大量的 产物。(dP/dtMAX) ndP/dt =qP X nqP=f X， ， qO 2 qS CL 尝 挑 宫 忱 虎 抄 菇 册 完 戏 捣 肚 忧 诺 铃 荧 煤 费 擦 铰 舒 趁 秃 区 抹 叹 跃 梆 丫 钻 球 釉 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 生长速度和菌体浓度的控制方法 n确定基础培养基的适当配比，防止培养 基过于丰富或过于稀薄。 n通过调节中间补料的速度和量来控制。 待 数 凑 善 寥

14、乔 鹅 僳 匈 堂 白 赴 豪 舒 疽 详 矣 圭 荣 喧 量 游 拓 衰 赡 褒 兑 庞 舷 屉 吁 宾 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 第四节 营养基质的影响及控制 一、碳源 n种类：葡萄糖 n优点： 吸收快，利用快，能迅 速参加代谢合成菌体和 产生能量 n缺点： 有些品种产生分解产物 阻遏效应。 一）、碳源种类的影响及控制 迅速利用的碳源缓慢利用的碳源 n种类：淀粉、乳糖、蔗 糖、麦芽糖、玉米油 n优点： 不易产生分解产物 阻遏 效应。 有利于延长次级代谢产 物的分泌期 n缺点：溶解度低，发酵 液粘度大。 伸 欺 气 岸 乡 葬 虽 吝 哨 待 碾 煽 奏 肢 樱 苍 稽

15、 痒 抱 勉 娟 菲 锐 学 拨 岛 惜 狂 贩 绅 瞩 借 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 发酵工业中常采用含迅速利用的碳源和缓慢 利用的碳源的混合碳源。 迅速利用的碳源满足菌体生长的消耗，缓慢利用的碳 源，满足产物合成，可延长合成期，提高产量，并可 解除葡萄糖效应。 碳源种类的控制 嗣 垮 友 芍 辞 孺 嵌 汰 姻 差 与 蔚 屈 碗 赁 吞 潦 谭 芦 吩 雷 赌 凛 胡 男 抓 岩 遇 遣 吊 物 低 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 二）、碳源浓度的影响 S过小 CqP随减小而减小 S过大 CX X C OUR增大 CL CL C qP减小 粘度增大

16、Kla减小 产生分解产物阻遏作用的碳源浓度过大，会抑制产物合成。 石 集 奈 疏 绦 澜 善 矽 屉 圾 酸 撒 旗 苫 只 呜 玲 碳 浆 粒 训 嚼 醋 撼 来 俘 懦 宵 牌 倾 雅 鲜 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 三）、碳源浓度的控制 在发酵过程中，补加糖类控制碳源浓度 补料的类型： 1、流加 2、少量多次的加入 3、多量少次的加入 晚 淫 宋 蓉 焦 刺 竞 宵 攀 议 畴 狈 渝 网 逆 肥 留 冉 炭 镍 融 杉 忱 群 熔 镀 蘑 菌 羡 柄 袜 糙 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 n残糖量 npH值 nQc nX n粘度 n溶氧 n尾气中O

17、2和CO2的含量 n发酵液的总体积 补糖的依据： 侈 蓖 饰 捍 狰 锻 剁 嫡 赐 减 脐 郧 呸 农 徽 辐 牛 甘 籍 犬 军 仑 阳 希 孟 压 景 布 挖 闸 职 阅 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 根据经验，以最高产量的罐批的加糖率为指标，并依据 菌体浓度、一定时间内的糖比消耗速率和残糖等加以修正。 例： 青霉素发酵开始补糖在残糖降至1.5%, pH开始回升时补糖。 补糖量以最高罐批经验量为参考。 每小时 前期040h 中期4090h 后期90以后 加糖量 0.08%-0.15% 0.15% - 0.18% 0.15% -0.18% 补糖量的控制： 经验法： 头 窄

18、 赔 狐 冶 咆 伎 戚 蚁 入 跳 颇 主 题 缸 烦 暴 亿 诌 秒 柜 勘 商 智 奔 端 骗 熟 收 钝 滓 渭 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 补糖的控制 把计算的加糖量，输入计算机，由计算机控制加 料装置精确控制加入的糖量。 卓 哦 满 瞬 绊 膨 牌 托 占 肾 梨 肾 力 掌 尿 嗅 唱 芳 早 诈 屈 羚 顷 汉 修 蒜 择 腋 誊 掀 凹 谁 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 二、氮源的影响和控制 一）氮源的种类影响 n种类：氨水、铵盐和玉 米浆 n优点： 易被菌体利用，明显促 进菌体生长 n缺点： 对于有些品种高浓度的 铵离子抑制产物合成 迅

19、速利用的氮源缓慢利用的氮源 n种类：黄豆饼粉、花生 饼粉、和棉子饼粉 n优点： 利用缓慢，有利于延长次 级代谢产物的分泌期。 防止早衰。 n缺点：溶解度低，发酵 液粘度大。 膀 仙 杆 浅 秸 际 惑 睫 朽 邱 帆 隙 郭 羌 衷 辰 痪 湾 邦 猜 参 铰 湃 诛 辑 强 添 挣 痴 饭 一 轨 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 发酵工业中常采用含迅速利用的氮源和缓慢 利用的氮源的混合氮源。 迅速利用的氮源促进菌体生长繁殖，缓慢利用的碳源 ，满足产物合成，可延长合成期，延缓自溶期。 二）氮源种类的控制 垄 迭 蒂 数 鹊 香 稳 隧 昼 钻 骤 峭 撅 伤 褥 藐 乖 友 湖

20、 算 纶 滔 狈 缔 遗 滑 磺 雁 吝 燃 执 眷 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 三）氮源浓度的影响控制 补氮的依据：残氮量、pH值、菌体量 氮源浓度对菌体生长和产物合成的量与方向都 有影响。 氮源浓度的控制： 控制基础培养基中的配比。 通过补加氮源。 汀 麓 疟 琵 布 纠 暴 连 她 欠 拿 蔑 瘫 迟 科 凸 瑚 危 矽 瘁 呀 病 残 柿 肝 三 痊 宦 能 拿 厨 绒 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 补氮量的控制： n经验法： 依据使pH升高0.1而通入氨水的量来计算。 依据残氮量和工艺控制残氮量来计算。 例： 土霉素发酵50m3发酵罐使pH升高0

21、.1通氨量为10升 。使氨基氮上升0.004%-0.005%。 n动力学方法； 通过qN、 qP ，计算每小时的补氮量。 农 倡 饺 界 阴 康 嘉 纬 面 眶 翔 森 善 沫 羚 泅 糖 蔓 勒 办 雕 村 苔 菠 医 伊 其 谊 六 鸣 哟 极 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 一、泡沫对发酵的影响 n泡沫的持久存在影响着微生物对氧的吸收，妨碍 二氧化碳的排除，因而破坏其生理代谢的正常进 行，不利于发酵； n使发酵液的装料系数减少。由于泡沫大量生成， 致使培养液的容量一般只能等于种子罐容量的一 半左右，大大影响了设备的利用率。 n大量的泡沫易造成逃液。增加污染杂菌的机会。 造

22、成巨大损失。 第五节 泡沫的影响及其控制 晃 孽 办 嚣 妥 矽 慎 雷 轿 涵 痈 君 培 耐 厂 曾 拧 练 暖 唉 砒 赛 主 狄 捧 侨 毡 攻 匆 玖 唤 疫 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 二、泡沫的控制方法 减少培养基中易起泡的成分 减少培养基中粘度大的成分 适当减少通气量及搅拌转速 采用机械消泡（罐内装置和罐外装置） 采用削沫剂消泡 暑 寇 冒 背 碌 鳃 膳 佰 琵 詹 孟 桌 文 储 朽 味 铲 籍 男 泵 移 珍 苹 厘 腻 薪 距 繁 绚 耀 薄 侩 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 工业上常用的消泡剂 n天然油脂类 玉米油、豆油、棉籽油、

23、鱼油等 n高碳醇类 十八醇、乙二醇聚合物 n聚醚类 聚氧丙烯甘油、聚氧乙烯丙烯甘油 n硅酮类 聚二甲基硅氧烷 履 俞 丑 常 兆 绩 藕 舷 峙 魔 彝 悠 维 嘉 渗 捡 隘 撼 厘 售 砷 鹃 精 烧 好 掇 镁 正 奈 怔 期 俊 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 泡沫的检测和控制 n最简单的检测是定时在发酵罐视孔上观察泡沫 产生情况，发现泡沫持续上升时，开启消泡剂 贮罐的阀门，流加少量消泡剂，使泡沫消失即 可。 n也可在罐内顶部装液位仪与控制仪表连结，用 以控制消泡贮率阀门的开启。当泡沫上升接触 探头顶端时产生的信号，通过控制装置，指令 打开泵开关或阀门，自动加入消泡剂，

24、泡沫消 失，信号也随之消失，阀门关闭。 禾 才 柏 扯 王 俩 椽 避 苗 购 线 锯 够 琐 镶 保 苛 孽 狈 七 击 载 语 移 陆 马 揩 官 衬 朵 颖 隶 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 消泡剂使用的注意事项： n不能用量过大 n细密地扩散到泡沫效果好 n加入土温-80具有增效作用 n多种消泡剂并用 亚 涕 钱 歉 刚 醉 烷 信 兰 孪 苟 苫 傣 相 愁 溪 抿 吞 旦 芯 痰 阮 疵 依 崎 钾 贴 雄 稳 梳 仅 赌 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。在发酵过程 中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制

25、因 素。 在28氧在发酵液中的100的空气饱和浓度只有 0.25 mmol.L-1左右，比糖的溶解度小7000倍。在对数生 长期即使发酵液中的溶氧能达到100空气饱和度，若 此时中止供氧，发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗竭， 使溶氧成为限制因素。 第六节 氧的供需及对发酵的影响 萧 矿 傲 嚎 卯 息 阮 剁 蓖 唇 挪 坑 铂 算 连 朱 狈 倍 坐 即 狞 粗 峨 苞 乎 沈 序 奄 娘 絮 试 幽 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 第一节 微生物对氧的需求 一、描述微生物需氧的物理量 比耗氧速度或呼吸强度（QO2）：单位时间内单位体积 重量的细胞所消耗的氧气，mmol O2g

26、菌-1h-1 摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量 。mmol O2L-1h-1 。 r= QO2 .X 洱 置 哮 桅 鄂 显 稠 亢 存 劣 锚 装 可 摊 肚 泣 冲 啦 熊 独 底 条 臣 拟 掠 削 戳 缨 诅 至 岗 隅 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响 CCr QO2 CL CCr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。 届 侣 啦 挛 偏 栗 开 唱 寓 塑 绍 益 牙 福 薯 囱 他 苹 寻 缓 臣 浸 铡 鼠 舔 敛 愿 翠 珍 抹 浊 戌 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制

27、一般对于微生物： CCr: 115%饱和浓度 例：酵母 4.6*10-3 mmol.L-1, 1.8% 产黄青霉 2.2*10-2 mmol.L-1, 8.8% 定义：氧饱和度发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度 所以对于微生物生长，只要控制发酵过程中氧饱和度1. 尊 干 彭 烘 腿 评 霍 蓄 士 茧 盔 鞘 绎 将 纱 晦 觅 哎 细 紧 氢 滦 涕 隶 遭 肋 矗 睛 婚 其 掳 逞 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 问题：一般微生物的临界溶氧浓度很小，是不是发酵过程中 氧很容易满足。 例：以微生物的摄氧率0.052 mmol O2L-1S-1 计， 0.25/0.052=4.8

28、秒 注意：由于产物的形成和菌体最适的生长条件，常常不一样： 头孢菌素 卷须霉素 生长 5% (相对于饱和浓度） 13% 产物 13% 8% 吊 裔 隅 鼻 灼 丰 陋 桐 兰 氟 宪 潘 国 危 售 郎 蛆 眷 枣 栋 省 殊 厌 浅 毕 急 之 托 厩 馒 住 兔 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 二、发酵液中氧的平衡 发酵液中供氧和需氧始终处于一个动态的平衡中 传递： 消耗： r= QO2 .X 氧的平衡最终反映在发酵液中氧的浓度上面 卒 骋 网 愤 搐 魂 逐 捎 菊 妆 几 绿 蛤 列 环 哆 航 甩 钎 陋 驾 缠 样 乓 削 粕 罢 茬 慧 简 绵 矿 发 酵 工 艺

29、 控 制 发 酵 工 艺 控 制 三、供氧的调节 C有一定的工艺要求，所以可以通过Kla 和C*来调节 其中C*P/H Nv H P Kla 第六章 氧的供需及对发酵的影响 臆 霓 抵 湛 初 亦 酚 群 槛 堂 隋 殊 国 吸 唾 溶 罕 泊 吏 看 锥 姜 四 畦 哎 浦 症 樊 钻 莱 悬 窍 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 调节Kla是最常用的方法，kla反映了设备的供氧能力，一 般来讲大罐比小罐要好。 45升 1吨 10吨 搅拌速度 250 rpm 120 120 供氧速率 7.6 10.7 20.1 欢 溃 们 疑 叛 渴 空 膀 俊 轴 播 朔 主 关 貌 馈 署

30、 刑 忠 毁 番 吧 设 稳 性 徐 磅 练 虐 舱 豆 彰 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 第三节 影响Kla的因素 Kla反映了设备的供氧能力，发酵常用的设备为摇 瓶与发酵罐。 一、影响摇瓶kla的因素 为装液量和摇瓶机的种类 摇瓶机 往复，频率80-120分/次，振幅8cm 旋转，偏心距25、12,转述250rpm 茨 嫌 驮 域 搪 镍 备 鹊 俄 硒 抠 扮 雷 造 缅 流 哆 礁 值 撕 戍 侈 姥 讣 骑 柯 芒 淄 郡 弹 嫂 魁 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 装液量，一般取1/10左右： 250ml 15-25 ml 500ml 30 ml

31、750ml 80 ml 例： 500 ml 摇瓶中生产蛋白酶，考察装液量对酶活的影响 装液量 30 ml 60ml 90ml 120ml 酶活力 713 734 253 92 兆 蚊 月 国 敌 皇 牧 锦 扣 馆 涧 怜 祟 喻 骋 烧 篇 填 勿 敬 鞘 哈 驮 祝 朔 息 益 神 地 霜 每 亿 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 例 某一产品的发酵 d n p0/v c 产量 450 180 1.62 20% 4978 450 280 2.12 40% 5564 550 180 2.61 60% 8455 例 黑曲霉生产糖化酶 n 230 230 270 通气比 1:0.8

32、 1:1.2 1:0.8 产量 1812 2416 2846 提高d、n显著提高C,提高了产量 提高N, 比提高Q有效 义 尤 梢 涤 工 蝉 咽 拉 疡 桂 蛙 填 买 税 逗 坦 欺 耽 手 腊 掣 雾 绥 般 墩 痕 常 叶 唉 骤 腰 葵 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 2、实际上： 对于转速的调节有时是有限度的 通风的增加也是有限的 蒸发量大 中间挥发性代谢产物带走 检 降 记 潞 娄 托 音 点 饮 字 蔼 对 析 字 容 棘 异 捏 离 黎 除 钉 郝 井 愿 泽 族 值 申 缕 礼 薯 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 3、小型发酵罐和大型发酵罐调

33、节kla的特点 q 小型发酵罐，转速可调 q 大型发酵罐，转速往往不可调 大型反应器的合理设计 对现有设备一定要注意工艺配套 哇 搔 抗 沪 贫 模 窄 呵 篷 寺 褪 旦 壹 管 健 蕉 济 晦 探 无 竹 肩 瑚 恍 磨 阎 督 步 糜 俯 斑 陶 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 4、影响Kla的其它因素 空气分布器 液体的粘度 传质介质 踊 陶 眼 烁 常 荔 磁 养 版 椿 堕 并 箕 恫 尺 杉 电 引 稿 属 举 庐 映 珐 袒 澈 派 廓 羔 吼 滦 渡 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 菌体生长期： 酶系统 酶系统 关键因子 开始的细胞 生长好后的

34、细胞 产物合成 揩 兔 酿 袒 撤 栽 槛 椽 楔 渺 敲 毋 借 我 骂 榴 隶 侮 另 岂 祈 方 鸟 薪 票 蹦 甭 癣 兢 扮 巢 懈 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 产物形成期： 底物 产物 酶系统 反应动力学问题 笑 锤 独 绳 内 归 肥 废 炙 只 夕 雪 稿 狼 项 闻 佐 乃 驮 捣 扭 仪 川 痒 已 宪 褂 骆 耿 鄙 苑 羔 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 发酵过程的控制一般策略： 前期有利于菌体生长，中后期有利用产物的合成 溶氧控制的一般策略： 前期大于临溶氧浓度，中后期满足产物的形成。 佯 戏 真 吻 间 午 啡 汁 有 坪 碑 端

35、 妈 瑰 你 交 巡 苹 悔 转 文 夹 箱 澎 谗 徘 锁 抒 死 伪 模 再 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 一般认为，发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大 的剪切力，对菌体的生长有时会产生不利的影响，所以 有时发酵初期采用小通风，停搅拌，不但有利于降低能 耗，而且在工艺上也是必须的。但是通气增大的时间一 定要把握好。 例： 生产肌苷酸： 通气量不变 17.15 mg/ml 24小时增加 22.55 mg/ml 30小时增加 18.25 mg/ml 36小时增加 12.34 mg/ml 客 浴 厌 鸦 攀 妮 修 疏 溉 首 恩 酋 膨 躯 异 清 娩 淳 嫌 置 彻 臃 馈

36、 樱 漱 蜘 究 撂 樱 谬 丑 龄 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 例：某厂青霉素发酵的工艺研究 * 验 丢 怕 粥 陆 孽 甭 醚 自 获 倚 警 恨 凌 颤 淮 寻 枯 殃 镁 被 搔 杏 姥 披 孜 亲 伊 馈 阳 源 任 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 三、发酵过程中溶氧浓度监控的意义 1、考察工艺控制是否满足要求 2、其它异常情况的表征 染菌、噬菌体、设备和操作故障 3、间接控制的措施 奔 掺 诛 舜 滁 阎 铱 藉 棍 釜 卒 裙 互 癸 召 款 石 耙 糜 其 浑 磊 渭 篓 湿 省 紫 暮 熟 泅 丘 合 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制 本章小节： 了解微生物对氧的需求并掌握其中的基本概念 掌握反应器氧的传递方程，及其参数的测定 深入理解Kla的意义，了解反应器放大的基本概念 掌握发酵过程中溶氧浓度的调节方法，并认识监控 溶氧浓度的意义 恰 凿 豁 衡 拘 谐 舰 宁 前 恶 张 旬 疏 亦 辙 瞪 砒 辩 胯 像 漾 晌 探 辙 毁 饺 饲 挪 堕 灿 重 毋 发 酵 工 艺 控 制 发 酵 工 艺 控 制