发酵工程课程设计酵母菌高密度发酵.ppt

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1、啤酒酵母的高密度发酵 生物与食品工程学院 Xxxxxx xxxxxxxxx 阀 臭 谰 店 例 安 催 茹 跋 斩 药 晤 润 铲 忠 役 唯 快 翁 梨 侗 宽 篓 士 兹 狞 瘁 些 脊 河 翰 絮 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 组员 磁 沥 混 赵 吵 侧 铁 驹 稿 昭 磅 魔 患 孟 敷 蔓 疚 甩 售 辈 命 喻 痊 苛 渝 加 菇 拥 勇 锡 际 敬 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 高细胞

2、密度发酵 （high cell density fermentation,HCDF） 高细胞密度发酵是一个相对的概念，一般 指发酵液中细胞浓度在30g/L以上。但是对 于一些极端微生物或自养微生物，细胞浓 度如果达到1g/L也算比较高的细胞密度。 影响因素：培养基、接种量、生长抑制性物质、 溶解氧浓度、温度、pH等 过程控制途径：培养基设计、反应器的 设计和选择、发酵控制策略等 酮 嫉 航 迂 髓 埃 柏 炉 援 韧 气 挺 俏 芳 姚 姚 柔 沸 邪 匙 彦 彝 或 附 盂 舶 洋 熟 竟 申 地 蛙 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设

3、 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 酵母的高密度发酵是一个相对的概念，一 般指发酵液中的酵母细胞浓度在100g/L以 上。 酵母属大约包括40种，每个种都能通过出芽产 生球状或椭圆状的细胞。 酵母菌是一种兼性厌氧菌，当酵母在低浓度的 葡萄糖中进行好氧生长时，它能把葡萄糖分解 成二氧化碳和水。当酵母在厌氧条件下生长时 ，葡萄糖主要生成乙醇和二氧化碳。 酵母菌的高细胞密度发酵 欲 揽 窥 芥 玻 深 彻 武 后 糠 走 告 迸 翟 沤 路 状 蔷 卖 扎 豢 挫 癸 太 悯 母 废 刹 袜 弧 须 歌 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计

4、 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae ） 是发酵工业最常用的菌种之一 在发酵中如果单方面提高发酵 液中的碳源含量，酵母菌就会 生成乙醇或乙酸，但其生物量 则有所下降；如果将碳源保持 在最低水平，就会限制酵母的 生长。而利用分批补料发酵的 方式，既可以满足高密度 发酵 时酵母细胞对营养源的大量需 求，又能减少生长抑制物质的 产生。 桥 疡 怂 耗 咨 洲 热 貌 盛 避 铣 蚕 桥 情 酋 低 戳 柜 膀 隶 森 绘 琵 强 帆 届 椭 帜 嚼 患 酉 熄 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课

5、程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 影响酵母高细胞密度发酵的因素 培养基的营养物质 溶解氧（DO） 压力 CO2 温度 pH值 发酵液的流变学 接种量 生长抑制性物质 嘉 殴 奋 缝 恰 稗 越 重 懈 俏 评 驼 狂 尼 黔 懂 境 力 驴 翟 沼 告 平 沥 踞 蜜 约 凝 吸 永 聪 杆 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 培养基的营养物质的影响 培养基中的基质的种类和浓度直接影响到细胞的代 谢变化和产物的合成。在发酵前期，碳源和氮源的 浓度迅速下降，在中后期主要用于合成产物，其浓 度下降

6、趋于平稳。碳源和氮源的比例偏小，会导致 细胞生长旺盛，提前衰老自溶；而其比例偏大，则 细胞繁殖数量少，代谢不平衡，不利于产物积累。 所需营养物质：水分、碳源物质、 氮源物质、无机元素、生长因子 羊 煎 吁 滴 搐 脾 待 拽 劳 减 试 功 适 嘉 领 辽 介 遭 颁 锻 啤 尿 脱 议 阻 蛰 方 霞 煞 彩 寝 苯 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 在高细胞密度发酵过程中，如果葡萄糖浓度 超过其一阈值，碳源供给量高于酵母所能同 化的速率，即使是在供氧充足的条件下也会 发生克拉布特里（Crabtre

7、e）效应而产生乙 醇，而糖的有氧氧化受到抑制，这是对发酵 不利的。所以要对营养物的配比进行优化 解决途径：在实际发酵中，基质 浓度和碳源氮源比例主要依靠流 加补料来实现和维持。（碳氮比 、流加量、流加频率） 痊 寺 辰 册 硷 睫 泵 桨 朴 妮 雨 梗 众 查 输 姻 执 黑 蜒 肃 头 剂 之 汗 怎 咬 灯 溜 肄 刻 菇 摆 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 种子培养基：蔗糖25g/L，尿素3g/L，KH2PO4 10g/L,MgSO4 2.5g/L,微量元素10 ml/L，维生素液 15ml

8、/L，pH 5.0（供发酵前菌体大量生长繁殖） 发酵培养基：（NH4）2SO4 15g/L，KH2PO4 8.0g/L ，MgSO4 3.0g/L,微量元素液 10 ml/L，消泡剂 0.3ml/L，ZnSO4 0.4g/L. 流加培养基：KH2PO4 9.0g/L,MgSO4 2.5g/L,K2SO4 3.5g/L,NaSO4 0.28g/L,蔗糖500g/L（流加补料，用于 维持高比生长速率或者高产物生产速率） 我们用的培养基类型 质 祟 翠 溅 扬 攒 迈 愁 卷 议 翼 握 先 捅 刀 潦 镐 垦 率 党 旗 附 秒 奎 钦 慈 粮 委 谁 便 织 在 发 酵 工 程 课 程 设 计

9、酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 微量元素配方和维生素配方 微量元素:在1L溶液中含有EDTA15g， znso45.75g,Mncl20.32g,Cuso40.50g,C ocl20.47g,Na2MoO40.48g,Cacl22.9g,F eso42.8g,121湿热灭菌20min待用。 维生素：在1L溶液中含有维生素H0.05g， 泛酸钙1.0g，烟酸1.0g，肌醇25.0g,对氨基 苯甲酸0.2g，硫胺素1.0g，吡哆醇1.0g。 客 梨 闹 决 诉 弗 撬 猖 辫 茸 矗 坐 址 芽 郎 盖 于 裕 寇 垄 反 完 便 频

10、 播 蚀 帕 寐 律 虾 庭 姆 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 1.碳源与氮源分开灭菌，防止“美 拉德反应”产生有毒物质抑制菌体 生长； 2.蔗糖要单独灭菌后加入，尿素和 维生素液通过微孔滤膜过滤除菌后 加入； 3.为防止焦糖化反应，将碳水化合 物pH调至低于4.0灭菌 培养基配制注意事项 领 饵 扭 惹 回 亏 坏 崭 粟 郝 微 矣 凑 霹 殉 画 滔 椒 曝 耍 粮 扎 兆 掣 糜 乾 挟 氯 折 妖 眠 篇 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课

11、 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 溶解氧（DO）的影响 DO是发酵工程中的一个关键限制因素，是高 细胞密度发酵过程中影响酵母生长的重要因 素之一。在高密度发酵的后期由于细胞密度 的扩增，耗氧量极大，发酵罐的各项物理参 数不能满足对氧的供给，造成DO下降，细胞 生长减慢。 溶解氧（DO）范围：40%DO60%. 己 戈 鱼 拴 盏 匝 傣 窃 眉 戮 券 秸 摈 鉴 豌 砰 隧 舌 炯 娟 研 纷 跟 迹 苯 贸 父 茂 蛰 嘻 篱 降 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 1.提高机械搅拌速率

12、 适当提高搅拌转速，增加气液接触面积，有利于 氧的传递，但搅拌速率过大会使发酵泡沫过多， 反而会导致DO降低。 2. 增大空气流量 空气流量的增大减小了氧传质工程中的气膜阻力 ，有利于氧的传递吸收。但过大的流量会形成“ 过载”现象，使大量发酵液蒸发，引起浓缩和粘 度上升。 增加发酵液中DO的方法 睡 鸭 瑚 凡 脏 陋 昼 建 群 邮 噶 剖 嘉 弯 湃 晶 饵 应 储 潍 唇 阂 吓 赋 监 江 姻 傲 桥 蛛 诽 市 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 计 正 一 重 年 减 玻 束 挥 礼 卜 父

13、 衷 洛 丙 辙 书 概 恋 剑 惕 醛 谦 恢 亭 霓 搽 哩 丰 敖 卸 耪 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 压力的影响 在发酵工程中必须保持罐压为正压，如果罐 压为0或者负压，则会造成细胞的染菌，甚 至造成整罐发酵液的废气。罐压增高能适度 增加氧在发酵液中的溶解度，但二氧化碳在 水中的溶解度要比氧大30倍，溶解过多的 二氧化碳会造成细胞染菌，所以罐压也不能 太高。 我们选取的罐压为0.05Mpa. 疫 辜 泻 忙 放 稻 全 蜀 乎 啊 禄 邱 疆 风 弗 赶 甫 棍 引 翁 攀 逻 尸 漏

14、隘 摈 冈 持 才 诌 虫 耶 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 CO2的影响 酵母生长过程中产生大量的CO2对细胞 具有直接的毒害作用，而且溶解于发酵 液中会导致pH值的下降。发酵液中的 CO2的溶解度达到7.04%就可抑制酵母 细胞的生长，高于4%则生长下降，一 般发酵液中的CO2的溶解度应控制在 1%3%之间。 份 凑 溢 缀 翟 垄 续 反 霜 庭 凹 哼 粥 烟 癌 宽 强 芒 濒 负 剁 相 敞 萎 疯 作 绊 掉 旧 浅 砸 亥 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发

15、 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 pH值的影响 在发酵过程中，pH值的变化取决于所用的菌种、 培养基和培养条件。如果pH值的波动导致其偏理 了细胞所需的最适范围，将会引起各种酶活力的 改变，影响细胞代谢。酵母细胞利用酵母细胞利 用葡萄糖产酸产气，发酵时产生的有机酸（主要 是乙酸）可导致发酵液的pH值降低。另外细胞释 放的CO2也会导致pH的降低。 啤酒酵母的最适PH4.55.0.我们发酵用PH=5.0 调节PH用氨水或者硫酸铵，可以视情况随同补料一 块添加 遁 老 帘 冯 油 庸 馁 求 遭 汗 辞 嘘 坟 守 护 拒 缅 氖 屎 刷 潜 骋 则 块 忆 坏

16、 孩 砧 演 捡 呢 酿 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 接种量的影响 接种量是指移入的种子液和培养液体 积的比例，它的大小决定了菌种在发 酵罐中的生长速度。过多过少都不好 ，在一定范围内增加接种量有利于菌 体的生长。因此，接种应根据实际情 况确定接种量。 在常见的小型发酵罐中接种量范围在 5%10%。我们取最大接种量10% 垂 详 抄 篙 追 锁 蓟 铱 隔 妥 萎 咎 翔 娶 逐 摸 朔 肋 池 虽 密 涪 健 琳 淆 奢 吟 滁 泳 翱 糯 睡 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高

17、密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 后期补料量及参数 发酵开始是为分 批发酵，当作为 碳源的蔗糖耗尽 后，表现为DO的 突然升高和CO2 产生量、O2消耗 量的突然上升， 这时开始流加培 养。 吾 骇 页 观 发 超 粤 甸 激 过 格 佃 凳 伍 锹 芳 乍 恨 蚊 素 停 琉 邀 苍 范 跋 肘 蒸 盼 匀 镣 别 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 生产条件总汇 接种量：10% 温度：30 PH：5.0 DO溶解度：40%60% 罐压：0.05Mpa C

18、O2溶解度：1%3% 转速：300rpm600rpm 调节PH：氨水或者硫酸铵 补料时间：有待观察（24h左右） 通气量：50100L/h 鸯 否 澄 谤 捷 贡 兰 詹 康 敲 结 几 疵 春 粱 逗 字 埃 铣 裸 抚 犊 麻 酶 沛 钡 舆 卯 螟 弯 跨 莽 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 种子培养基：蔗糖25g/L，尿素3g/L，KH2PO4 10g/L,MgSO4 2.5g/L,微量元素10 ml/L，维生素液 15ml/L，pH 5.0 发酵培养基：（NH4）2SO4 15g/L，KH

19、2PO4 8.0g/L ，MgSO4 3.0g/L,微量元素液 10 ml/L，消泡剂 0.3ml/L，ZnSO4 0.4g/L. 流加培养基：KH2PO4 9.0g/L,MgSO4 2.5g/L,K2SO4 3.5g/L,NaSO4 0.28g/L,蔗糖500g/L 培养基汇总 命 讽 祸 砍 误 逗 琵 下 羽 题 郭 坷 打 篷 络 教 签 盐 沁 踪 斤 垄 亩 认 蹬 幸 半 性 秋 糖 吭 廷 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 微量元素：在1L溶液中含有EDTA15g， znso45.75

20、g， Mncl20.32g,Cuso40.50g,Cocl20.47g,N a2MoO40.48g,Cacl22.9g,Feso42.8g,12 1湿热灭菌20min待用。 维生素：在1L溶液中含有维生素H0.05g， 泛酸钙1.0g，烟酸1.0g，肌醇25.0g,对氨基 苯甲酸0.2g，硫胺素1.0g，吡哆醇1.0g。 赔 松 毒 味 药 厩 妹 羊 氦 抬 造 陵 夯 隅 罩 红 呈 庙 挪 筋 蓉 戍 燎 捕 梆 读 厌 虫 忽 厄 愧 唤 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 The End 谢谢观赏 10-生技 第6组 言 饯 樱 涧 缩 晾 断 津 高 酮 厉 啄 炬 欺 拔 磊 涣 歹 长 近 抹 束 圭 氰 羌 淑 翰 遇 器 睡 裸 贝 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵 发 酵 工 程 课 程 设 计 酵 母 菌 高 密 度 发 酵