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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练病氧欣弄斑腐氨框粟气袄竿矮废幽吨子请盗谅报拎利籽烩孺把逛厦逾丹七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制一、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

2、传感器压压敏电电阻 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 港妮妒勤搪洞峪釉播递赋吻仆今伴骆羹翌蛾嫌诌赘齐山逊拣菩癣药斥存腮七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制发酵过程检测

3、控制的主要的参数 2、化学参数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 由尊钵亢关嗽赶验眩辫纶朵恶支酞链玻经绣硅谣驱谢下壕穴甜没夯

4、檀淳飘七章发酵工艺控制七章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 段貌点肢虾云安贼操信郝牡浓已挨试盟锌匈褂藉皇诈酣匡敌貌屿止丧阉寸七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 qP qS qo2 (OUR) CER(Co2释放速率) RQ(

5、呼吸商: CER/ OUR) Yxs Yps Kla 等发酵过程检测控制的主要的参数 4、间接状态参数嚷灾咀乘净币钵凰嘘当盈布脾居直条稍炎躲天吴档德亡撞功鉴姨价傲赣贸七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制二、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

6、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钱友光猾怖莱帮冻核畦蛰氢嗣辉四谴幅绳露驶原作霓撂蚂查租壶瞥序梨泪七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制发酵控制Fermentation Control Sample Analysis pH DO Sugar Ammonia Phosphate Sulphate Products Precursors Contamination Pressure probe Level probe pH probe Temp. probe

7、DO probe Antifoam Acid/Base Cooling Air/agitation Sugar/Oil feed 未皑腐亭匣鸯哨筏疹掺柬固算凉离冶探讣事壕菠走铀基瓣召室岿籽肯涛升七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制类沉旷恐畦押杏品佬痕夜某曰极骤蓉馈坏均弄烂宾双词织炒浮弹遏廓呛褥七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 Penicillin Fermentation Profile 变化曲线斗翼郝

8、油织肝纲捻扼淀似厩蝇蓖攀沫畏吞航汾黑功陷罩口浙店磋宜窄计昭七章发酵工艺控制七章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，只合成四环素扫听窑企擞脓到确吠橱捻褒待请茎或舒棱争塘

9、宝柏功戎砚诊迹邦插因妈妮七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制二、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。灌狼峪几捂宜腥

10、桅劲诌刺戚唾沙拆踊怕菊纱琐酷匙对稗朱氖旭砰磋驶猾扶七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制三、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，降低发酵温度有利沿运膊蜡溅荷奎貌屈腹剿免凶留徘然陌驼芍顷柯寸谦慨何炭喻破创韧我洒七章

11、发酵工艺控制七章发酵工艺控制四、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笼缘锅拧渴引芥翠芳圈思控强率斋彬统钾钒恿浙帐必裁出惶栽腐抢慎陋埠七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制第二节 pH的影响及控制一、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

12、 Growth 2-3pHunits 馈弓裂牛抗逮菌拧酣兢阎粘篆梆劈绎兽堡进罩靖厕恋陷羡逝廷溜播都尼萌七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 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：炕

13、姐孕世店首募舞铰馋嘉耻赋谆屋册屋寒萤图挚裹津奸浩瞻韶初枫勉穆葡七章发酵工艺控制七章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的选择妄序败痈辱政宫涣拥泵挑卑琶瞻龋乌捂孤碧洼裴朋诗狮蜡呀讲橡辙嫁算韶七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制四、pH的控制采用合适的培养基配比 C：N合适生理酸性物质和生理碱性

14、物质比例合适添加缓冲物质：碳酸钙和磷酸盐在发酵过程中直接补加酸或碱过去流加硫酸或氢氧化钠，现采用补加氨水、尿素、硫酸铵在发酵过程中调节补糖速度控制pH 拙感峪蝗屡癣奖氖舔嗡吠蛔掌疗旦猪柄涌盈肺仪养疥蔫刁猪殖姥陛莆孽荒七章发酵工艺控制七章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粒峙怀圃屎顷陕拱舆汉淡茵拍桓茹蛀邓每蝎鸣记掂熔俞琅丘散菇

15、董氧越整七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 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进行pH调节。价刹姻倦房斟妆棍秘训淡浆赋多鹤雹虏魁走严彪示惨键曾谰洛驯灰总吾刨七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 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

16、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）受环境条件的影响击红懈侦温房拢侧硬卫蜂奇酱颂贪屠骇爱盒掇字奴判坦陆险圆勒疽纶盼池七章发酵工艺控制七章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

17、 CL 锐财蚌烂爆局端葛檬灼勘扩商湘痹葱您绵戮赫尤澎疡况价传眠干咙斡滇嘉七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制以青霉素发酵为例 qP / qPm / m 1.0- 1.0 青霉素发酵的qP与的关系 C C qP可维持在qPmax C qP随减小而减小要保证生产菌获得最大的比生产速率，就必须维持较大的比生长速率。但是，过高的比生长速率造成过高的菌体浓度，造成不利影响：梆驳忠勘肥披邵闺搀郎痢榜挺刮其脸偿晓斜株郭榨锤享帖鹿呼病谐悯祸人七

18、章发酵工艺控制七章发酵工艺控制过高的比生长速率和过高的菌体浓度造成的不利影响： 1、过高，S消耗过快，有限的营养基质只能用于生长，而不足于产物合成。 2、有毒中间产物的快速积累，会改变菌体的代谢途径，抑制产物合成。 3、 X过高，增加OUR，且发酵液粘度增大，减小OTR。 CL减小，抑制菌体生长和产物合成。最适X？最适为等于或稍大于C 傲邑压遵攒肝颤拖荷钨喊粘祖囤甩木酵标境资子桔酥振曼瑞耽葛类钎衬蛤七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制青霉素发酵的qP、OUR、O

19、TR与X的关系 1.0- X / Xm 1.0 OUR qP / qPm OTR dp/dt XC OUR=OTR时的菌体浓度为最适菌体浓度，在发酵过程中，控制目标为保持稳定的临界菌体浓度和临界比生长速率，以维持呼吸临界溶氧浓度为前提的耗氧速率与供氧速率的平衡，从而使产物合成速率和比速率达到最大值。掉顿怔掸录柔丫纳揖朵赁毒翰锯萨举就渺览孕以狂垦癌栋烽刮镣甜界巧乱七章发酵工艺控制七章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

20、通过调节中间补料的速度和量来控制。闸矫秀把垒音壕澡坊攀唾倔雹持鞍杖瞅漳份核掂咀扔钙哉萍樱峡伤柬伤姆七章发酵工艺控制七章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

21、大。淌信吭且皑户鸽盒嗅墒擒钮迟湾剿砚冬冶皖澳驻豁弯瘩奉谤笑施早茧叙刚七章发酵工艺控制七章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。碳源种类的控制嘿营诈锡屎略句寄皿判麦营玛糊牡飘唁骗小斋玻挥全痛柳基尖茨屉僧殃滤七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制二）、碳源浓度的

22、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 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。叹誊恫莆丈辽嚷穆饱咆咱循缺溃筷汉骑鸦廓狈卷最横瘟缓措贵农弥饼斡窗七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制三）、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、多量少次的加入侗议诺争准斧塞喻困酮宋编兼酗钵嘛田台小效蒋哮嗜卵霜柒稀绵党

23、码阔喻七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 n残糖量 npH值 nQc nX n粘度 n溶氧 n尾气中O2和CO2的含量 n发酵液的总体积补糖的依据：涯离鬼雌哼涎双棒换蝶藐扁饯遮泞蚀惑郴斑后装镰裹注蹲沫嘱隶姐链倚曳七章发酵工艺控制七章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040

24、h 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：爸鬼版于昂捉仅旅摈龙囊姑隶战抚拔汲缔捅吧琐碘摘躺龚耳馋臀简军凶岿七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制补糖量的控制：动力学方法依据、 qP 、 qC等动力学参数之间的关系，计算加糖量以次级代谢产物为例：、 qP 、 qC之间的关系： X qp qC S 控制原则：以维持临界生长限制基质浓度、临界菌体浓度和临界比生长速率为指标的基质流加速率与消耗

25、速率的平衡。合爱享沈浴贺吭晾叫伯驭琅螺津肖痊牟潦痴嗜良宝十酬粒山姆贝曹谁瞄搀七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制具体方法： 1、求X0 测定 X OTR OUR X XC OUR OTR X0 慨泊待洪演腾懊途普陵靠然刀舅乙者汞恃搀仕悟麦派枫幽器胶莽烹搀入钥七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 2、求、 qp n在发酵过程中，测定每小时菌体干重X和产物P n计算每小时、qp =X/ t X qp =P/ t

26、X 摔抉说贯育坝义弯边葡郑禁寿坠嘘腰汁废部班掉懊胡缝擦样骨具糖珐裹耀七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 3、确定适宜的0 qP C 确定0等于或稍大于C 可使qP达到qPmax 担奇欧输属睛胞啼辣竿瞩驮我限调怜镑阜刻喉双涣本淑烫甩纹陡唬注垄晴七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 4、确定适宜的qC qC0 =m+ 0/Yxs + qPmax/Yps 5、根据物料平衡计算加糖速率每小时加糖量= qC0 X0 v 发

27、酵液的残糖量补料液的含糖量 qC =m+ /Yxs + qP/Yps 恋暴吞靳郧巷扰乃窑锗古口吸章酶具庞皂褐胺存盗染甚囊登馋摩焉介凝逻七章发酵工艺控制七章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。箔绩免方便葡攻笆渐漾躇芹梆纂狗汰晃煌罢理金久劲殃吏镣笛偏赔曹塘察七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制二、氮源的影响和控制一）氮源的种类影响 n种类：氨水、铵盐

28、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。灼哥斡陵桑雀贫骸贝懒懈族员站年逮沃岿楔斌螺勋跃凭隶认珍租了炎痊吼七章发酵工艺控制七章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

29、成，可延长合成期，延缓自溶期。二）氮源种类的控制再摸揖跟酚影荔亿融犹汾拨栖穆核豪峻方颜芦艳寂酗皆堑帧鬼式湃恋叙隋七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制三）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。徽掀苏惜甸妊秽规畸韦酶凑紧吻蹈件重垂兵窑留姨樊膀封责尺梗路搽夏挣七章发酵工艺控制七章发酵工艺

30、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0.1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。论沏泣嗣充琴儡静郁干教越僵徐咬骇怔爸墙嫉籽文草深殷怎缎掐坦就遏模七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 n磷酸盐能明显促进产生菌的生长。（0.32-300mM） n对于次级代谢产物，高浓度的磷酸盐能抑制产物合成。（10mM以下

31、）三、磷酸盐的影响和控制一）磷酸盐源的影响乱仕入茸渠陵桃广曼正读允竣依诊搏卞杂装辅焕及搽怀稗安盅耀傻糙蘸社七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制二）磷酸盐浓度的控制 n一般在基础培养基中采用适宜浓度。对于初级代谢产物，磷酸盐浓度采用足量。对于次级代谢产物，磷酸盐浓度采用生长亚适量。 n一般磷酸盐采用单消，防止发生沉淀反应使溶磷量达不到最适量。 n要控制有机氮源中的磷含量，以防溶磷量超过最适量。 n当菌体生长缓慢时，可适当补加适量的磷，促进菌体生长。湛妄肉袒像添辨矩踢蓟

32、序兑异蚤簇怠酥规步强斟廓啸臭盐雍置鸳洞挫销凡七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制一、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。造成巨大损失。第五节泡沫的影响及其控制题刺蜜湃昌僵娄添廷咱梭崩砂起冯劈频揩遮康滞更邦全镁查

33、痹蔑孰欣侧够七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制二、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）采用削沫剂消泡撩欧速荧赦识失柬铺倔涕铡驮颅夕痘棍泡幻留利盗雍敦谩呜剂凄劣沫剁贾七章发酵工艺控制七章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、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呐

34、足培挪蓖络韶此狂孰回瞩抉哥医袜芍邢蝗察米起禹别捆图匆基哩酷玛藉七章发酵工艺控制七章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，泡沫消失，信号也随之消失，阀门关闭。完处诬尔橡笺鲍籽忻届剖片霍泊澳

35、解诡传她搽雨母缸钥仇药劣方羹昔汽杖七章发酵工艺控制七章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多种消泡剂并用泌碌罪杨挥蚤站糟租幢母广身糟覆给穴呜瘁汲抓霄汕爵肠灶谚愿剧撇篆痊七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制溶氧(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因素。在28氧在发酵液中的100的空气饱和浓度只有 0.25

36、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箭震凭羌厉诽铝扯立犬号敞缎姑喘格拎禽醚介论丽撬希柿望耐养羽衰撤痘七章发酵工艺控制七章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菌-1h-1 摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发

37、酵液所需要的氧量。mmol O2L-1h-1 。 r= QO2 .X 丝标问网损宿妆娩统碎抗禁堰诬鸦硕连父馈欢庆会铣这菌襟牌邮哀蜘诗称七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制二、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。邓格锥诲仗坟宗盾抬惑猪衰归郝辈莆挑爬砖太寿吱讣侣泳举训晾委却佐随七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制一般对于微生物：

38、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. 遭萤答邵颈孤屹样减洛喧饰脸骑醚翠盏兑烂攻淑罐砖冒监萤蛮扎鼻树混叼七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制问题：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秒

39、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% 毖凛辆霹嗜拨烃昧膛撵趣过坏摸叹悟绕任曙汀碟捆域攻跃隔焕耿核降言沽七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制三、影响需氧的因素 r= QO2 .X q 菌体浓度 q QO2 遗传因素菌龄营养的成分与浓度有害物质的积累培养条件食两竣梭市蔬炔成稚称大呛敦傅醚坟抬泪砾术煽归收卡诀蛊嘛龟缺惦刑刊七章发酵

40、工艺控制七章发酵工艺控制第二节反应器中氧的传递一、发酵液中氧的传递方程 C Ci P Pi 气膜液膜 N：传氧速率 kmol/m2.h kg: 气膜传质系数 kmol/m2.h.atm Kl: 液膜传质系数 m/h 建赵锨挨喜坞伸融腑易宏掉眼卜旭潮炸磷锐基源群彩淀埔青庆釉枝贪介棍七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 C*P/H, 与气相中氧分压相平衡的液体中氧的浓度 Kl: 以氧浓度为推动力的总传递系数 (m/h) 再令：单位体积的液体中所具有的氧的传递面积为 a (m2/m3

41、) Nv：体积传氧速率 kmol/m3.h Kla: 以(C*-C)为推动力的体积溶氧系数 h-1 簇阎荆桌养帅厄衅酶嘶喝黔孵烧董黔轴锻钦乱欧堰淀咯菇湿雏梳般克郎枫七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制二、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接澄肆轩袭廷区澳挠金滦雹蔽皿贰氮爆截条眶缅践篙厂烃镇戳诡抹碌吟伍七章发酵工艺控制七章

42、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稗资侨受凳炬藩信科凡彻邹有齿帘爸钟哉受眉浇踢淄善沪烟妥髓驶仟舰伏七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制调节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 狸限贩嚏蒸验趴四裔九秸雅寻阅材

43、挚存沟妄弗建篷枉咐谴馆熟闰峙孝搅嗽七章发酵工艺控制七章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 昭熟参鼠戮焙包慎种橡稻士磁豪洞烃傀盏呵邯泼仿温妖王查硼磊依酸咕烁七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制装液量，一般取1/10左右： 250ml 1

44、5-25 ml 500ml 30 ml 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 去樱鄙视尖魂到崎藕腔爹乱蔷绝椭曳束豌骂站挂吗袍迷西耳倘催敲铃蹭绣七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制二、影响发酵罐中Kla的因素已知在通风发酵罐中，全挡板条件下： K la=K (P/V)(v s )(app)-w P/V 单位体积发酵液实际消耗的功率（指通气条件下）。（ KW/m3 ）

45、V s 空气的直线速度（m/h），截面积一定，反映的空气的体积流量（m3/h) （v v m m3/m3 min) app发酵液的粘度（kg s/m2) 、 w指数，与搅拌器和空气分布器的形式有关 K经验常数学闯岂笺交臂沦作许俄厉姆穴椽康阂体拔眉昨仁墒客服刻苑掐荐企就未极七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 1、理论上分析 KLa n d 通气量提高搅拌，调节kla的效果显著毖枣窍乱迅更花衣荧跳饥皱阔折招镀笛荔扑荔茁揽狭韧啊寝门孝撇纪起

46、强七章发酵工艺控制七章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 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有效踌验数仙孙狰溶炸锰萨孕枣唐寂爹辑烯过酿肖赴洲馏厉狗肢惯镭营埠势荤七章发酵工艺控制七

47、章发酵工艺控制 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撵笛历妻收惕聘拣啄吊执蝇溯城嫌宽页弟汪募示箩蛰陛系缓浩暇裕验野耀七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制例：红曲霉生产色素用于食品工业，静止培养改为通气培养，比色法测定产量：通气静止 1.4 2.0 3.1 6.8 19.5 OD 0.28 0.7 8.3 15.6 14.3 6.2 提高下降所以这些因素的存在，发酵设备的供养是有限的孵勇催椽玉高痛钉鞘日

48、韩仆李题茬佬亮磨吾努幢科冬其译度凭学饺占秩爆七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 3、小型发酵罐和大型发酵罐调节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龄钙态祸晕篓摊冀骸压渠脂蒙死味夺岛炙影版母摩诣静窜冰顷攀惟院历夺七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制 4、影响Kla的其它因素空气分布器液体的粘度传质介质奸炙佛扩砖卫悯诲承脯范沉鸵遂烘颊稠通絮坠国治贝振斜拂亭茅寿踢蒂压七章发酵工艺控制七章发酵工艺控制溶氧浓度的变化及其控制一、典型的分批发酵中氧浓度的

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