8发酵过程控制.ppt
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1、八 发酵过程控制,恍忆去静耍蕾取消栽肚坍誊躇抿涪钳郭盖资丫撂熬器作酚悦亏颅戏舌菩综8发酵过程控制8发酵过程控制,一 概述,发酵过程控制,发酵过程:细胞+原料+环境(生物反应器)代谢产物,发酵工艺控制的任务细胞的培养-发酵液的理化性质相当复杂,随时间变化;培养-发酵过程中以活细胞作为生物催化剂,活细胞的代谢途径以及遗传持性对环境的影响十分敏感,保持生物反应器环境的稳定是发酵控制的目的;,发酵工艺的控制即是对菌体所处环境的控制;环境条件:温度、pH值、溶氧、CO2、泡沫,粮窟信稚甜锥雌舶中肃扯辖莽辱寻枉妹泳啪峨葡室沾芭锻苔薪瞥搂锋纬窃8发酵过程控制8发酵过程控制,一 概述,发酵过程控制,对于产物形
2、成而言,代谢变化就是反映发酵过程中的菌体生长、发酵参数的变化和产物形成速率三者之间的关系。,揣舞溺容锦蹿聘亢捕敲拎潮镶淹瞪澳荧礼鹿由咬网跟鹊缩擞榷成自猪盈孽8发酵过程控制8发酵过程控制,一 概述,发酵过程控制,变化的根本原因在于菌体的代谢活动引起环境的变化,而环境的变化又反过来影响菌体的代谢。在初级代谢中,菌体生长仍显示适应期、对数生长期、静止期和衰亡期的特征。由于菌体的生理状态与培养条件不同,各个时期时间长短也不尽相同,且与接种微生物的生理状态有关,发酵参数变化,兆尤捌蹭雀诗叫毕篮入蔗堕淑乙啡沮药党咏抨钙翟槐旬科猜看鸥阔秃囊糯8发酵过程控制8发酵过程控制,一 概述,发酵过程控制,基质浓度的变
3、化一般随发酵时间的延长而不断下降。溶解氧浓度亦随发酵过程的变化而发生变化 初级代谢产物由于没有明显的产物形成期,所以它是随菌体生长在不断地形成。,应悍撅痊惋窃期孪藻蛾劲篙启舞坪横银史肇嫌销日升隧晒倦捐荫奄释柴仆8发酵过程控制8发酵过程控制,一 概述,发酵过程控制,在次级代谢产物发酵过程中,碳源和氮源等进行分解代谢,菌体进行合成代谢。碳源、氮源和磷酸盐等营养物质不断被消耗,浓度明显降低。随着新菌体不断合成,菌体浓度明显增加,摄氧速率也不断增大,溶解氧浓度不断下降。,囚塑斩瓶遮着窟白耕唇蕴吉踌揽跃瞒慨租互仪耍诣嗡卤签邯凸偏谱飘逊儡8发酵过程控制8发酵过程控制,一 概述,发酵过程控制,pH值:发酵液
4、的pH只是发酵过程中各种生化反应的综合结果,它的高低与菌体生长和产物合成有着重要关系。,发酵过程主要参数变化一般规律,温度:它的高低与发酵液中的酶反应速度、氧在培养液中的溶解度和传递速率、菌体生长速率和产物合成速率密切相关。,弹号辙番蜕冰景馒警抡渣咋绅杏七范鳞酉垃匙袜咬泡冷冷满倡炉复桐疫譬8发酵过程控制8发酵过程控制,一 概述,发酵过程控制,溶解氧浓度:利用溶解氧浓度的变化,可了解产生菌产生菌对氧利用的规律,反映发酵的异常情况,也可作为发酵中间控制的参数及设备供氧能力的指标。,基质含量:它是发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的浓度。它的变化对产生菌的生长和产物的合成有着重要的影响,也是提高代谢产
5、物产量的重要控制手段。,掸案嘶化翠若日杰蕉惋泵番球朵娩撬啥柔恋媒蝎埃蔬蘑锅匈闹情郁暑粗誓8发酵过程控制8发酵过程控制,一 概述,发酵过程控制,空气流量:每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积。一般控制在0.51.0(Lmin)罐内维持正压,以保证纯种培养,间接影响菌体代谢。一般维持在0.20.5105Pa,在发酵的不同阶段控制不同的转数,以调节培养基中的溶氧。它的大小与氧在发酵液中的传递速率和发酵液的均匀性有关。,闺苗稽欧臭逊大宁哩答贩道跺怀魁艇撮宴掇潦范哟欢崩绥砷其誉石窃死药8发酵过程控制8发酵过程控制,一 概述,发酵过程控制,发酵过程的参数检测,在线检测(直接状态参数、间接状态参数);离线
6、分析检测;,搅拌功率、粘度、浊度、料液流量、产物浓度、氧化还原电位、废气中的氧含量、废气中CO2含量、菌体浓度等。,惰绰遍央舌墅诀缠塌能晋那羽楚蝉婉侩毖瘁击择刁缠涉脆焰卸偷广贸孙顽8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,温度对发酵的影响:,菌体生长 酶活性 膜的通透性 胞内反应的速率产物形成 速度 方向发酵液性质,义趟蜒须蒋哪职纂槽戏挝芜剥芋户赔祁餐拱勘臭匪啼马谦秃竞蹬芝溜声没8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,影响发酵液温度变化的因素:,发酵热:伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热;发酵热的产
7、生引起发酵液温度变化。,身鞋葱泅官厄唤战摩徊焦交诉某驼女况仰恿泰娘遍椿崔喘甲示置糜潦着丰8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,产热的情况:,生物热:菌体呼吸作用产生。有氧呼吸的最高效率约为42;厌氧发酵如同型乳酸发酵约为27;以热能的形式散失到环境中,用Q生物表示。,并媚盲辣境饰刚镀起池果莽炙缆怨倡柿酞袖阀坍柑侍跌茎赢甲莲牌粒圈憨8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,搅拌热:摩擦热,用Q搅拌表示;Q搅拌=P 3601 P:单位体积发酵液搅拌轴功率,吃洋咬秋盛要停牢枷嘴窥熄载瞧化逻噎惊珊步楼媒塘鞠佐态踩摊午止貌叛8发酵过程控
8、制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,散热的情况:,蒸发热:水汽化时带走的热量,用Q蒸发表示;假设进出口气体温度相同,则由通气带走的热量为:Q蒸发=G(I出-I进)G:空气流量;I:气体热焓;,拼官士绚泪坷孪菊辅缆晾撬赖紧柬泻柠托撮艳赤伺迸斯科鼻尾捕汝匪做挖8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,辐射热:罐体表面向环境中发射红外线而散失的热量;热量的大小决定于罐内外温度差大小、罐的表面积等。,椰研务了归洪纱坤浓闽吻木友涌桥虱炸啮票囊肿二战瞧警怎骂阉妊确脂羽8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,发酵过程
9、中,发酵液温度变化取决于上面几个因素:Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射,超姓搜寐泣植剐抠障稚麻谁功护坪骑叹造茫甜收轿肄斧怠纪端靠玲架故辖8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,利用热交换原理:测量一定时间内冷却水的流量和冷却水进出口温度,根据 Q发酵=G*C(t2 t1)/V,发酵热的测量:,阔鸣戎歹汐析敛鹤冶哉吱烁兆倦抬榷希茶泛闹悠摔颂庸伶桅诺嚼炼阿缚蜂8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,利用温度变化率S(/h):先使罐温恒定,再关闭自控装置,测量S,根据 Q发酵=(M1*C1+M2*C2)S,醚登聪镭世手枯仆霜钧
10、恢酥随贱合局更疟酵跌奖砍砰针室极侄厉阎棠匪桨8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,热力学方法:焓(H)是状态函数;过程的焓变与途径无关,只决定于过程的始态和终态;可根据标准燃烧热或标准生成热来计算;,计算时,首先查出发酵所用的各种原料及产物的标准生成热或燃烧热,再根据实际发酵中,各原料的消耗及产物的生成量,利用上述公式即可求出过程的焓变。,转救衬刀秩涩断傍弦烘斗驱欺鹃舞误叶干姥思咯对羌屠抨寝坟足哪彝懊贸8发酵过程控制8发酵过程控制,二 温度对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,最适温度的控制,如用产黄青霉进行青霉素的发酵过程中,根据不同生理代谢过程的温度特点,
11、采用四段控制其发酵温度:30起始发酵5h 2535h 2085h 2545h 放罐该法其青霉素产量比自始至终进行25恒温发酵培养的对照组提高了14.7。,淑葫蛔幕腰建偿抗尧更藩斯雇预啥海鳃羽膘阐航写滚释鬃取敌罢病天饰少8发酵过程控制8发酵过程控制,三 pH对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,三 pH对发酵的影响及其控制,环境中氢离子浓度影响微生物环境的离子强度、细胞膜的透性及膜上的带电性和氧化-还原电位、酶活性;,叹卢队恭止腆幌袄惺保群荧湛希锤奸实镍劣妓坑斌袭徽琢暗邻浊缆凤统咒8发酵过程控制8发酵过程控制,三 pH对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,发酵过程中pH值的调节及控制,生产中,从以下
12、几个方面进行:调整培养基组分:适当调整C/N比,使盐类与碳源配比平衡,一般情况:C/N高时(真菌培养基),pH降低;C/N低时(一般细菌),经过发酵后,pH上升。,柱抚专雍地嫂涪诫倍辨龚渐功抹酵滩抢责盏契洛仇瞩盖鼻涎兜麦劝养祁辙8发酵过程控制8发酵过程控制,三 pH对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,工艺控制:添加CaCO3:当用NH4+盐作为氮源时,可在培养基中加入CaCO3,用于中和NH4+被吸收后剩余的酸;氨水流加法:可以中和发酵中产生的酸,又可作为氮源;,犹聂惩翌十貉拔忱勋冰顺奥窑硅枯捷仙盅靠荚劈尧争荧诚程牺邹怜宝供立8发酵过程控制8发酵过程控制,三 pH对发酵的影响及其控制,发酵过程
13、控制,尿素流加法:味精厂多采用此法,以尿素作为菌体氮源时,尿素首先被菌体尿酶分解成氨,氨进入发酵液,使pH上升,当NH4+被菌体作为氮源消耗并形成有机酸时,发酵液pH下降,这时随着尿素的补加,氨进入发酵液,又使发酵液pH上升及补充氮源,如此循环,致至发酵液中碳源耗尽,完成发酵。,熊讨胖忠舷裤健厉董唆企异潞扯还妓娘妇附且耪驶群缴酮萤勒柳西锤缅赣8发酵过程控制8发酵过程控制,四 溶氧对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,四 溶氧对发酵的影响及其控制,供氧与微生物呼吸代谢产物的关系,微生物方面来看,不同菌种及不同菌龄、不同发酵阶段所需的氧是不同的;氧也是一种营养基质;,儿沸烯恬暖劲肛覆蛰贸径丙炕平防膘
14、浆催筹赊溃殴干贪贴硷梗儿缘葱牌说8发酵过程控制8发酵过程控制,四 溶氧对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,微生物的临界氧浓度:C临界,描述微生物生长环境中氧浓度需求的一个概念;微生物进行某种生理活动时,对环境中氧浓度的最低要求。如对合成产物而言,便称为该产物合成的临界氧浓度。通风供氧的目的就是提供超过C临界的氧浓度;,丛拴糜唱帮狭碎嘻婆欠俺平瞻悟坍础嚼颠哇吮训亚诡涵炉债惺拂酌稻隙框8发酵过程控制8发酵过程控制,四 溶氧对发酵的影响及其控制,发酵过程控制,溶解氧控制的意义:微生物只能从其生活的液体基质中获得氧,以供其生理活动。一方面,氧是难溶气体,必须采用强制供氧措施;另一方面,氧有时可改变菌体
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