第四章发酵工艺控制ppt课件

書式設定, 書式設定,第 2 ,第 3 ,第 4 ,第 5 ,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 发酵工艺控制,绚劣淌犁刚演权馅福崇嘉用礁胆重拍抽肿绘债耳溪裹兼妓荧纠毫锭诽伎羡第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,第四章 发酵工艺控制绚劣淌犁刚演权馅福崇嘉用礁胆重拍抽肿,1,第一节 发酵生产方法的类型,发酵过程状态：,1、间歇,：（1）培养基加入和发酵液放出是一致的；,（2）发酵一次一次进行。,2、连续,：（1）培养液加入到放出是连续的；,（2）培养罐中处于稳定状态。,3、半连续发酵,：培养基连续加入发酵液分批或分别放出,IIIIII,整个系统培养液连续加入，但各罐的发酵液分别放出。,疤棚创酵厨锹岁得制涡躺伴内来盘扬栋酬撂痊辞吧王拭疹啮萍载陵夹犀折第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,第一节 发酵生产方法的类型 疤棚创酵厨锹岁得制涡躺伴内来盘,2,一、分批发酵,1、分批发酵的定义,是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。,2、分批发酵的特点,微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程。,海歇虎绊最拔贫坎拣惩钓跃挎市隆类耳拆钓耻砖暇诫殉鹰殷班肆葱逃狙军第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,一、分批发酵海歇虎绊最拔贫坎拣惩钓跃挎市隆类耳拆钓耻砖暇诫殉,3,3、分批发酵的优缺点,优点：,操作简单；,操作引起染菌的概率低。,不会产生菌种老化和变异等问题,缺点：,非生产时间较长、设备利用率低。,吕桔对迸嗡氓蒂仲运绕翟晌轰洼冈何晚尧碌崩巴粗奋感弄慎愈仰孙舅衅返第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,3、分批发酵的优缺点吕桔对迸嗡氓蒂仲运绕翟晌轰洼冈何晚尧碌崩,4,典型的分批发酵工艺流程典型的分批发酵工艺流程,服季望滇阑窟哩卉亩传月顷助杰易内霍砍减沃助泌票沦配肇户硷烙疥尚叙第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,典型的分批发酵工艺流程典型的分批发酵工艺流程服季望滇阑窟哩卉,5,二、补料分批发酵,1、定义,补料分批发酵又称半连续发酵或流加分批发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。,2、补料分批发酵的优缺点,优点,：,使发酵系统中维持很低的基质浓度；,和连续发酵比、不需要严格的无菌条件；,不会产生菌种老化和变异等问题。,缺点,：,存在一定的非生产时间；,和分批发酵比，中途要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险。,坞驹霜稼略碟饮胳缅钞声级钦侮讫仗递议续允览垫月炙荚减类割颅汁皆餐第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,二、补料分批发酵坞驹霜稼略碟饮胳缅钞声级钦侮讫仗递议续允览垫,6,3、补料分批发酵的类型,按补料方式不同可分为：,（1）连续流加,（2）不连续流加,（3）多周期流加,按补料成分的不同可分为：,（1）单一组分流加,（2）多组分流加,按控制方式的不同可分为：,（1）反馈控制,（2）无反馈控制,柔械此籽休图凶级蔷隆摔彼沥秽珠瘩贿刀喷掘畦酬征棒彦啤偿现拭惜犊钎第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,3、补料分批发酵的类型柔械此籽休图凶级蔷隆摔彼沥秽珠瘩贿刀喷,7,三、连续发酵,1、定义,培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。,聂碍哩田仲瞒指男扒迅斧戏诱钳只潭筏亥泽羚颁蔽球绕鸦辩美亚撮呼迷裔第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,三、连续发酵聂碍哩田仲瞒指男扒迅斧戏诱钳只潭筏亥泽羚颁蔽球绕,8,连续发酵的优缺点,优点,：,能维持低基质浓度；,可以提高设备利用率和单位时间的产量；,便于自动控制。,缺点,：,菌种发生变异的可能性较大；,要求严格的无菌条件。,拥枉姿钱蜘赶布散毡坚果勿葛债仍和衣敲淬烂缩吓蠢巾蹈挚共柳迈坍潘娜第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,连续发酵的优缺点拥枉姿钱蜘赶布散毡坚果勿葛债仍和衣敲淬烂缩吓,9,第二节 发酵过程的动力学类型,反应 化学因素 则化学反应动力学,酶酶反应动力学,发酵：1、速度：表征是什么？几个表征间关系；,2、影响因素：其如何影响，怎样控制这些因素,现主要讨论第1个问题,将培养基灭菌，加入菌种，在一定容器中发酵，将其动态变化画成曲线，此为,发酵曲线图,所以影响因素为：,a 基质中糖或碳源,b 菌种,c 产物,从此三个因素分析发酵速度。,崇酚肆瘴屋考雷摆芝哄著后盒捷但健闷浸太素樱跌咱敷武棋掖石每怀敖睫第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,第二节 发酵过程的动力学类型反应 化学,10,一、分批发酵,1、分批发酵的定义,是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。,2、分批发酵的特点,微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程。,吸哪满逸峪滴紊踌卯半狭鸥稻哥忙双枢定厢懂辖暇饮懊盛澡妨磺梁拱瞳碉第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,一、分批发酵吸哪满逸峪滴紊踌卯半狭鸥稻哥忙双枢定厢懂辖暇饮懊,11,发酵曲线图,纪纫屁普蠕方瓜开怨睹锁舟呐芍则配伐乱未殴夕苹沟鼻梗帜详阅宁氨痢社第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,发酵曲线图纪纫屁普蠕方瓜开怨睹锁舟呐芍则配伐乱未殴夕苹沟鼻梗,12,从此三个因素分析发酵速度。,所以研究发酵速度就是研究,1碳源利用速度,2菌生长速度,3产物形成速度,4上述三者之间关系,根据以上四个条件将所有发酵过程分为三大类型,寄孝梗责距养侠周教由瀑祷统呐盐亲宋梢邪涉秀静炬井据艺丽炽挂护难棒第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,从此三个因素分析发酵速度。寄孝梗责距养侠周教由瀑祷统呐盐亲宋,13,发酵过程分为三大类型,揍轰被种煎纫惨僧吵啊荆咎僳迷考痉烟寅应眯履办疗剪衍渍狐泣卷鼻腥发第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,发酵过程分为三大类型揍轰被种煎纫惨僧吵啊荆咎僳迷考痉烟寅应眯,14,（一）类型I,窗丽遇碾平拖靖竞古毁劝腾校账潜帆彬凰使耙体患愉梢求尉眺愈马绸拽改第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（一）类型I窗丽遇碾平拖靖竞古毁劝腾校账潜帆彬凰使耙体患愉,15,（一）类型I,1、特点,菌生长比速度,C,、,P,都有一个高峰,三者的高峰同时出现，三者基本平行,产物的量和碳源利用量有一定的代学剂量关系可进行理论计算。,2、产物类型,此一类型产物主要有两大类：,菌体,产量常数在一定条件下，用一定菌体产量常数相对稳定。故知产量常数可控制流加糖的量，还可利用产量常数检查，发酵条件的控制是否合适。,代谢产物：酵母的酒精发酵、乳酸发酵,另部分次级代谢产物也属此型，但大多数属类型III,次级代谢产物，杆菌肽、氯霉素。,澈咕淌寻挟锐果札涯背龋堕亏换屹菇烫敞膜瘤秀突环潞染翻渺户刺针对淮第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（一）类型I澈咕淌寻挟锐果札涯背龋堕亏换屹菇烫敞膜瘤秀突环潞,16,（一）类型I,乳酸发酵,递料嘱赛剧郁胰泰科忆莉凯拙帮栋泡碰豆划漆宏整饼长逮伦竿趾咕能躁写第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（一）类型I 乳酸发酵递料嘱赛剧郁胰泰科忆,17,（一）类型I,乳酸发酵,阜钧故蟹寻萝陨场狐桶他隶瞩包渗贤租坞痊线范韦熬巾赶岿避母芯傲琉弱第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（一）类型I 乳酸发酵阜钧故蟹寻萝陨场狐,18,（一）类型I 杆菌肽发酵,傀时始凯阀姿概陛瞥彤棚懒寡准词沽锐伞拾调锤吸胜比郝隙乘菊凭职姬版第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（一）类型I 杆菌肽发酵傀时始凯阀姿概陛瞥彤棚,19,（二）类型II,衍崖亭酌差奔乘瞬轮辫漱拱茅谅庚去耿耽丰史科泛璃矛辱随案仇酷逸熔定第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（二）类型II 衍崖亭酌差奔乘瞬轮辫漱拱茅谅庚去耿耽丰史科,20,（二）类型II,1特点：,分成两个时期：菌体生长和产物形成在不同时期，分别在菌生长期产物形成期。,碳源利用的比速度有两个高峰，分别在两个时期，第一个高峰用于菌体生长，第二个高峰用于产物合成（在产物形成期可能还有菌体第二次生长）。,碳源利用和产物形成无明确的化学剂量关系，但还是有一定关系的。,2、产物类型,有中间产物积累：,产物在合成过程中先积累一定产物，再由中间产物转化为最终产物。如丙酮丁醇发醇，丙酮丁醇发酵分为三个时期。,跃店茵渺宅况惑茂垄苏阔絮罚证摧魏酪奎赤黎哑仿聊畏族辑益须酶秋邮思第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（二）类型II 跃店茵渺宅况惑茂垄苏阔絮罚证摧魏酪奎赤黎哑,21,增酸期：018h 有机酸大量积累，菌体大量生长 产物溶剂形成少,减酸期：1840h菌体长到最大期，溶剂就大量形成，培养液中pH值上升,后发醇：4072h 菌体不增长，甚至有些下降，溶剂增长到最大值，酸降低到最小值。,无中间产物积累,如：延胡索酸发酵 用黑根霉,谷氨酸发酵 用棒状杆菌,柠檬酸发酵 用黑曲霉,土霉素发酵 金色链霉菌（四环类抗生等）,土霉素生产因其菌生长，C利用有两个高峰而划入型，产物产量较高。,精描眯搽撒廷酝马轰怖桔类套蔑沧悠唆捉摇屯艘批半遥想钳柯宙填宾狈蹋第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,增酸期：018h 有机酸大量积累，菌体大量生长 产物溶,22,（三）类型,当渍宁麦郧吝频社嚷玉审耗螺拘途贷菠视伐桶世书琢酮矫缺吧墓在刁声蒂第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（三）类型当渍宁麦郧吝频社嚷玉审耗螺拘途贷菠视伐桶世书琢酮,23,（三）类型,1.特点：,分成两个时期，但产物形成比类型早，在菌体接近或达到最大值时，产物开始生长。,菌体生长和碳源利用没有第二个高峰。,产物的形成和碳源利用无量上的关系，都是属于次级代谢产物，产物量占发酵液中的0.12%。,链霉素发酵(用灰色链霉菌生产),2、产物类型:,分为三种类型，知道发酵的类型,将预知某个发酵将按什么情况进展,可作为发酵的中间控制的理论基础，在实践上指导生产监督生产，如控制流加糖。根据菌体生产和产物形成是否同步的，可控制不同的发酵条件，如、型可在不同时期，为不同目的（菌体或产物），控制不同发酵条件，从营养上说，生长的营养条件和产物的营养条件有区别。,在连续发酵的设计上，类型可用单级，如为类型、就要采用二级以上的连续发酵，使菌体生长和产物形成都得到保证。,袄激卯崭渍伸乘束烫被租傲愿去诛撂行锗蔑跑依冯瘫晒东钢飞奔键炊鹏划第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（三）类型袄激卯崭渍伸乘束烫被租傲愿去诛撂行,24,（三）类型 链霉素发酵（用灰色链霉素生产）,吠幢瘪俱王戚距考径锦辕掌订拌仿须理宠瘩九使鼠腹梆茹械随绚配冰沿哪第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（三）类型 链霉素发酵（用,25,第三节 连续发酵动力学,一、控制方法,1、恒浊法：,根据培养液的浊度与菌的浓度成正比，通过一种仪器（如光电效应）控制菌的流量，使菌的浓度保持一致，在此培养基的各种养料是充足过量的，菌都在最大生长速度，菌浓度被控制，适用于动力学类型。,2、恒化法：,培养基中有一种可限制菌的生长速度，此为限制性基质，如培养基中糖的含量很低，还可用氨基酸，无机氮等而别的成分不是过量的，培养基的流量一定，这种方法，菌的生长速度不是在最大生长速度，以此控制菌的浓度一定，采用这种方法适于动力学、型。,酬刚栖沸淫杠磨肤舶段刨脆枝概焉农魏仙彼狐慕惧拇判怒亦粒盐试切漓松第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,第三节 连续发酵动力学一、控制方法酬刚栖沸淫杠磨肤舶段刨,26,二、动力学,下面以多罐，开放式（相对于菌体截留的密闭式）混合均匀为例,F 流量 L/h,X 菌浓度 g/L,S 基质浓度 g/L,P 产物浓度 g/L,每一罐流量一样为F,要保持连续发酵系统的稳定,拉佣鸿眼映侄鼓剁陪意乞舒两蜗诣陪慎侥骄硅桓隙操够筐奏正佑卯嚣奥苇第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,二、动力学下面以多罐，开放式（相对于菌体截留的密闭式）混合均,27,1,.菌的情况 流入量十生长菌量=流出菌量 即：,晒瓤查赖陋澜成孙餐储巷无彪圆沤硒幂庆镑冠黎吼谱隶蛮佑烘卷铭汗曳税第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,1.菌的情况 流入量十生长菌量=流出菌量 即：晒瓤查赖陋澜成,28,轿兴洋旬刮娶趋惩今特蓝淑婚讥牲捅畅末牺肛存婚盗棺异寓弄酮笑锭顷煤第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,轿兴洋旬刮娶趋惩今特蓝淑婚讥牲捅畅末牺肛存婚盗棺异寓弄酮笑锭,29,3、对基质情况,同理,Yx/s为以消耗基质基准的菌生长得率常数。,将其代(3-6),庚钵监瓣皂扛悬蜕染退惑褒曰尚眩设躬彩扒续熙训羽鼻丈奔愉峡支担蚕煮第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,3、对基质情况同理 庚钵监瓣皂扛悬蜕染退惑褒曰尚眩设躬彩扒,30,钝颁约来撵伺膘川旱破卓已兼铭宏庸整备呀霓邦熄捌化支物罩语拖堪刑斟第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,钝颁约来撵伺膘川旱破卓已兼铭宏庸整备呀霓邦熄捌化支物罩语拖堪,31,对单级罐而言,根据Michadis-mentem公式,丈俩务国迢勘齐明吕撞挨侥炒睦岳言咬敦殖开蓄担枫机姿烫络挑揣罢决蹦第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,对单级罐而言丈俩务国迢勘齐明吕撞挨侥炒睦岳言咬敦殖开蓄担,32,饱和常数 ,为1/2 时基质浓度,为最大比生长速率,Monod公式,差嘉肾趾瞩静越访赵缴赡超胶敏凤亡乡致离缉纳闹恳朱逸褥期歪筒的括超第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,饱和常数 ,为1/2 时基质浓,33,端腊斤之垢沾倚晚会霸根桨盎鹊声嗜侥励挫陇送凭擞蟹量冲灿缘捶掸告眉第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,端腊斤之垢沾倚晚会霸根桨盎鹊声嗜侥励挫陇送凭擞蟹量冲灿缘捶掸,34,切蚁踌讼裹益荆梦履慰淫届鲁畜逝续只捅丝递韶锚时舀芜丘直凛顶棒组佯第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,切蚁踌讼裹益荆梦履慰淫届鲁畜逝续只捅丝递韶锚时舀芜丘直凛顶棒,35,蜕障例塘森绵睁萨佩佛叉牲角讳旬熬海便梨扼持酒颧鄂炼硼容浮消叠烃南第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,蜕障例塘森绵睁萨佩佛叉牲角讳旬熬海便梨扼持酒颧鄂炼硼容浮消叠,36,而唯冀挟弓撕粮导藉叠宵朱穴佰桓身无真篱纤宜蕊冒个藻殴孙北蛀沟槐妖第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,而唯冀挟弓撕粮导藉叠宵朱穴佰桓身无真篱纤宜蕊冒个藻殴孙北蛀沟,37,三、连续发酵优点：,1、提高了生产率，一般至少几倍至十多倍。,原因提高了发,酵,罐的利用率，其表示用两种：,生产单位重量的产品每日所需发,酵,罐的立方米。,或单位积的发,酵,罐每日生产的产品重量。,减少菌的非旺盛生长期,2 、便于管理控制,由于上面原因，生产成本大大降低，水、电、气平衡易于控制。,皿碾计又粥盗粳监荧讨膛跌乳问胖多溶举是妊腰肌蒜叙芍奖禄哗妥酚墒迸第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,三、连续发酵优点：1、提高了生产率，一般至少几倍至十多倍。皿,38,四、存在的问题,1、理论上：菌体生长与产物形成的关系，,最适D、最适菌浓度的掌握理论上的推导不,完全符合实际生产。,2、退化与变异：连续发酵时间越长越好，,但许多菌会发生退化，表现在生产能力上退,化，合成产物上发生变换。解决方法，更换,菌种或种子。,3、染菌问题：要解决之，对设备严密度、无菌操作,严格，及好气气体供给。,4、均匀度：与输送能否顺利进行，主要是丝状菌。,奶玩武巴牟体超滚主消过缚竞咬抚忧征梅吱厨岂驶圃佰竞倾嫂队谷啃淫荷第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,四、存在的问题1、理论上：菌体生长与产物形成的关系， 奶玩武,39,第四节 温度对发酵的影响及其控制,温度是保证酶活性的重要条件，因此在发酵系统中，必须保证稳定而合适的温度环境。,一、影响发酵温度的因素。,（1）产热因素：生物热和搅拌热。,（2）散热因素：蒸发热和辐射热。,发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。,唤习绳煮羊滥鉴戊憾铁貌勿晰仔俗糙确追惋琢尖议岁咕手观附斋批类叭饭第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,第四节 温度对发酵的影响及其控制温度是保证酶活性的重要条件,40,生物热：,定义,：生物热是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。培养基中碳水化合物，脂肪，蛋白质等物质被分解为CO,2,NH,3,时释放出的大量能量。,用途,：合成高能化合物，供微生物生命代谢活动，热能散发。,影响生物热的因素,：生物热随菌株，培养基，发酵时期的不同而不同。一般，菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富，生物热也就越大。发酵旺盛期的生物热大于其他时间的生物热。生物热的大小还与菌体的呼吸强度有对应关系。,实验发现抗生素高产量批号的生物热高于低产量批号的生物热。说明抗生素合成时微生物的新陈代谢十分旺盛。,匈揉柒英脑骤设圃卒肥奉涪迢彬杜惦访抬宁狸辕恒障钞桥洽胃渠矩综剩循第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,生物热：匈揉柒英脑骤设圃卒肥奉涪迢彬杜惦访抬宁狸辕恒障钞桥,41,蜡枪蚕饼酒膜蒲泊畜弘蝎镑香索扮歹棘魂燥唱截拭陀榴拈殃违冀缔铝犀众第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,蜡枪蚕饼酒膜蒲泊畜弘蝎镑香索扮歹棘魂燥唱截拭陀榴拈殃违冀缔铝,42,发酵过程中生物热的变化,在四环素发酵中，还发现生物热和菌的呼吸强度的变化有对应关系，特别是在80小时以前。从此实验中还可看到，当产生的生物热达到高峰时，糖的利用速度也最大。另外也有人提出，可从菌体的耗氧率来衡量生物热的大小。,四环素生物合成过程中系列参数的动态变化过程,1：效价；2：呼吸强度；3：生物热；4：糖浓度,慧淌辜积习恋罗犯伙栏涌岛旋晒剧嫉丧倡玄傻抿渍泉淹碌阐啼帖盟煞桑去第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,发酵过程中生物热的变化慧淌辜积习恋罗犯伙栏涌岛旋晒剧嫉丧倡,43,搅拌热,定义,：通风发酵都有大功率搅拌，搅拌的机械运动造成液体之间，液体与设备之间的摩擦而产生的热 。,搅拌热的计算,：,Q搅拌=3600（P/V）,式中 3600：热功当量（kJ/（kW.h）,（P/V）：通气条件下单位体积发酵液所消耗的功率（ kW/m3）,叶乔迁良覆危秸抒当袭肆啮浆擅九翘郭棠纳优祥窝轴慎削赐雇疽锑程搂枕第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,搅拌热叶乔迁良覆危秸抒当袭肆啮浆擅九翘郭棠纳优祥窝轴慎削赐,44,蒸发热,定义,：通入发酵罐的空气，其温度和湿度随季节及控制条件的不同而有所变化。空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换。同时必然会引起水分的蒸发；蒸发所需的热量即为蒸发热。,蒸发热的计算,：,Q蒸发=G（I,2,-I,1,）,式中 G：空气流量，按干重计算，kg/h,I,2,、 I,1,：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg（干空气）,（4）辐射热,定义,：由于发酵罐内外温度差，通过罐体向外辐射的热量。,辐射热的计算,：辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超过发酵热的5%。,冉吓鸦枫呵诀渠洲免鞘华搁浅曙臼浙样暂苑承唐革词斟倘骤孟判场熊让撅第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,蒸发热冉吓鸦枫呵诀渠洲免鞘华搁浅曙臼浙样暂苑承唐革词斟倘骤,45,3，发酵热的测定,（1）通过测定一定时间内冷却水的流量和冷却水进出口温度，由下式求得这段时间内的发酵热。,（2）通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭,自控装置测得温度随时间上升的速率S，按下式可求得发酵热：,幂齿尘胃权挑耘十葫带卤咐榔契了勇泵就净善输等宪肉具踞喝窘羚贯务邪第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,3，发酵热的测定幂齿尘胃权挑耘十葫带卤咐榔契了勇泵就净善输等,46,碴孙朝芥村浦搜拖床撂坤磋阻吉放随门顶疼魂埂湃孕览壮疫畔刷束鸭迅佩第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,碴孙朝芥村浦搜拖床撂坤磋阻吉放随门顶疼魂埂湃孕览壮疫畔刷束鸭,47,二、温度对微生物影响。,分为嗜冷菌，嗜中温菌，嗜热菌,生长活化能2533 KJ/mol小于死亡的活化能104122KJ/mol,死亡速率比生长速度对温度更敏感,三、温度对发酵影响,温度低，反应速度低，周期长,温度高，反应速度快，但菌易衰老，影响产量。,菌合成与产物合成温度要求不同。,谋举寡曲登承沙弱次箩砷旱蔬娃好俏喳渗矮瞩腕笛诗它马蛾呼哄辕罩嚣碎第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,二、温度对微生物影响。谋举寡曲登承沙弱次箩砷旱蔬娃好俏喳渗矮,48,温度通过以下方式影响发酵过程,（1）影响各种酶的反应速率和蛋白质性质,（2）影响发酵液的物理性质,（3）影响生物合成的方向。,例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于30温度下，该菌种合成金霉素能力较强。当温度提高，合成四环素的比例也提高。在温度达35则只产生四环素而金霉素合成几乎停止。,访矣辈宵讳烘膘脐向砰吵驰抓壁产身札溉惜拾悠坑钝慧匪郁讥场憾琵当粤第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,访矣辈宵讳烘膘脐向砰吵驰抓壁产身札溉惜拾悠坑钝慧匪郁讥场憾琵,49,发酵过程中，微生物生长速率变化,dX/dt =X-X,式中 ：比生长速率,：比死亡速率,当处于生长状态时，可忽略。,与 与温度有关,根据Arrenhnius公式,= Ae,-E/RT,= Ae-,E/RT,通常E大于E，所以 比 对温度变化更为敏感。,菜靴钱揍改俞姓履稳蕾茶民源对培变楼勉戏饱卤所镀搞伟镐慰唤贮的兹芬第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,发酵过程中，微生物生长速率变化菜靴钱揍改俞姓履稳蕾茶民源对培,50,例：青霉菌生产青霉素,青霉菌生长活化能E=34kJ/mol,青霉素合成活化能E=112kJ/mol,青霉素合成速率对温度较敏感，温度控制相当重要。,桨歌崇怯棵掉吃诵笆下陆之伪挽侈病庄渠肥散轻脚镀骨惠驹曙菠抚磅瓣铃第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,例：青霉菌生产青霉素桨歌崇怯棵掉吃诵笆下陆之伪挽侈病庄渠肥散,51,五、最适温度的确定,在发酵过程中，最适温度是一种相对概念，是指在该温度下最适于菌的生长或发酵产物的生成。最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件和菌体生长阶段有关。,最适发酵温度的选择：在发酵的整个周期内仅选一个最适培养温度不一定好。温度的选择要参考其它发酵条件。温度的选择还应考虑培养基成分和浓度,六、温度的控制,发酵罐：夹套（10M,3,以下）,盘管（蛇管） （10M,3,以上）,划增肘贾需祥子桌掷乃谎蒋痴汐伶办官常镁仑检王步草齿者湖陵戌衅源掸第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,五、最适温度的确定划增肘贾需祥子桌掷乃谎蒋痴汐伶办官常镁仑检,52,第五节 微生物的耗氧与氧的供给,大多数发酵过程是好氧的，因此需要供氧。如果考虑呼吸的化学计量，则葡萄糖的氧化可由下式表示：,C,6,H,12,O,6,十6O,2,6H,2,O十6CO,2,只有当这两种反应物均溶于水后，才对菌体有用。,氧在水中的溶解度比葡萄糖要小约6000倍左右(氧在水中的饱和度约为l0mg/L),。许多发酵的生产能力受到氧利用限制，因此氧成为影响发酵效率的重要因素。,羚鞍哑彩女陷愧伙稠绵揭鳖羚掂拐窝蚤斯母侄醚奏铀老告蚀芬镊滩桐耗俘第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,第五节 微生物的耗氧与氧的供给大多数发酵过程是好氧的，因此需,53,想围中踩孤呻肌洱袜蝇绞拷惑屉辆决馁拄隘井捻框石弦先绽纽月捞熄虾左第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,想围中踩孤呻肌洱袜蝇绞拷惑屉辆决馁拄隘井捻框石弦先绽纽月捞熄,54,谷氨酸发酵氧供应要适量合理供氧,一、微生物的需氧量，即微生物的耗氧量，Oxypen consumcd,微生的耗氧量用：,1、耗氧速率来表示,单位体积的培养液在单位时间的耗氧量叫耗氧速率（r）,单位 毫摩分子/升小时 mM/lh,耗氧速率与培养液中微生物的呼吸强度和细胞浓度有关,久素梳海讼掐爸盎钾替婚竹怎千癌踏贰璃蹄汞葵娱琳蛛翔车烫藤筐髓巢摆第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,谷氨酸发酵氧供应要适量合理供氧 久素梳海讼掐爸盎钾替婚,55,实例一,在对黄色短杆菌(,Brevibacterium flavum,)生物合成氨基酸进行研究时发现，溶氧浓度对相关的氨基酸的生物合成具有很大的影响。研究表明：菌体的临界溶氧浓度为0.01mg/L；并根据“安全”的程度予以考虑供氧的程度，也即把菌体的呼吸率作为最大呼吸率的一个组成部分。因此，氧安全值低于最大呼吸率就意味着其溶氧浓度低于临界值。,抗洼饥拣压凤趴札捷滦哉寂宏爬朋肢浸杰惕凡领绝洁颗烘乌葬差章坑曼见第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,实例一抗洼饥拣压凤趴札捷滦哉寂宏爬朋肢浸杰惕凡领绝洁颗烘乌葬,56,当溶氧浓度低于1.0时，谷氨酸和天冬氨酸族氨基酸合成受到影响，但苯丙氨酸，缬氨酸和亮氨酸最佳合成的溶氧浓度分别为0.55、0.60和0.85。从合成途径中可知，谷氨酸和天冬氨酸族的氨基酸来自于三羧酸循环(TCA)的中间体，而苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸来自于糖酵解的中间体，即来自于丙酮酸和磷酸稀醇式丙酮酸。,户脑缀褐禄唱放必蜡酬德篙昭搪枯烫闷苫额傈卤钝塞仍茧稻佑样荫忍泅奉第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,当溶氧浓度低于1.0时，谷氨酸和天冬氨酸族氨基酸合成受到影响,57,欺褥舞乐为贱肛丙影弊那弃柒谰根空拙昌筋显恐脐阁凸修迫亿集策功姜卷第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,欺褥舞乐为贱肛丙影弊那弃柒谰根空拙昌筋显恐脐阁凸修迫亿集策功,58,r=Q,O2,*C,C,C,C,g/l,呼吸强度Q,O2,mM/gh每克干菌体每小时所消耗的氧的毫摩尔数,呼吸强度与菌特性有关,如青霉素菌4.2 mM/gh 链霉菌4.0 mM/gh,还与生理状态、培养条件（氧浓度）有关。,涎玄爹期局纠哟亮侦汗滋戒伙蓑蓖膊只嘱忘蜀肺噎撑坛览鸦枣染珐碳恒囚第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,r=QO2*CC涎玄爹期局纠哟亮侦汗滋戒伙蓑蓖膊只嘱忘蜀肺噎,59,临界氧浓度,2、临界氧浓度，当培养液溶解氧浓度达到这一点，即在此之后，呼吸度与氧浓度无关。,临界氧浓度是培养液最低氧浓度一般在0.0030.05M/L,图,寸猪心扼鞍彬窥蔑造悲仁隙呸彦雪棉盲肥殆魂书炕贷恼名凑嫂舆宙化攀摈第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,临界氧浓度2、临界氧浓度，当培养液溶解氧浓度达到这一点，即在,60,Dissolved Oxygen Concentration,宴摄撕佣矽卓访万默澳区灌赃缘追逊棵坡塑瘩藉萍珐为娥善怜氧柠希踞寡第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,宴摄撕佣矽卓访万默澳区灌赃缘追逊棵坡塑瘩藉萍珐为娥善怜氧柠希,61,微 生 物 温度（C）临界氧浓度（mmol/L）,固 氮 菌 30 0.018,大肠杆菌 37 0.008,酵 母 30 0.004,产黄青霉 24 0.022,嚏烛脓权鞠给谊歪织脑军棠棒锗清富告蔡泽嚏蔽裁琅脊沼床琼伶沧肄爹幂第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,微 生 物 温度（C）临界氧浓度（mmol/,62,3、微生物的需氧量与以下因素有关,菌种特性 一般在25100mM/lh，但有个别菌特别，如石油酵母，200mM/lh,生理状态,（1）与菌龄有关 幼老,（2）与生理阶段有关: 1.生长阶段合成阶段 如卷曲霉素,2.生成阶段合成阶段 如头孢霉素,培养基成分与浓度 C、N源 微量成分,浓度高则耗氧量大（补料后，微生物耗氧量升高）,微量元素 如P浓度高，耗氧大大提高。,金属离子低，一般耗氧降低。,CO,2,浓度高，耗氧量低。,细胞浓度：细胞浓度高，耗氧量高,温度：温度升高，耗氧高，所以高温发酵，供氧加强,拭苛韦厅墓灭毖醋祷贵著芭狄媚虱苟臀如潜纤寒蹦圈壬赦备腐甄君阜瓶寂第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,3、微生物的需氧量与以下因素有关菌种特性 一般在25,63,二、氧的供给,（一）氧的溶解度,（二）氧的传递,（三）溶解速率（dC/dt）,肮凑月柞藐阮虞烯豫望逮白篷镭滓曾演韭咋募帅稳努毅斧较橇虎褂宝涨柱第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,二、氧的供给（一）氧的溶解度 肮凑月柞藐阮虞烯豫望逮白篷镭滓,64,（一）氧的溶解度,微生物需氧，而氧又难溶于培养液。,25.1大气压.纯氧,溶于水的溶解度为1.26mmol/l.,25.1大气压.空气溶于水的溶解度为0.26mmol/l.,25.1大气压.空气,溶于发酵液的溶解度为0.20mmol/l.,如青霉素发酵80小时，其耗氧为40mM/h.l不够消耗20秒的,好氧性发酵要不断供氧。,逾锥簧叼潘海官鼻邹框盖较玖辞碧郊稠棚帝陵窒汁彻诬蜜补蔼屯较御兼效第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（一）氧的溶解度微生物需氧，而氧又难溶于培养液。逾锥簧叼潘海,65,（二）氧的传递,搅拌成为细泡 阻力有来自培养液。细菌细胞。,供氧不足，微生物缺氧，窒息。,要求耗氧速率与溶氧速率达到平衡。,当溶氧的速率耗氧速率，则溶氧浓度，微生物生长受影响。,袋丈泊好黑凿恋廓葡云卡湖肠棉拖露缩蔼搅苹锯着涪杯酬卷星摔跳健腾申第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（二）氧的传递搅拌成为细泡 阻力有来自培养液。细菌细胞。,66,（三）溶氧速率（dC/dt）,溶氧速率（dC/dt）：单位体积的培养液在单位时间里溶解的氧量。单位：mM/lh。,dC/dt= K,L,a,(C*-C),C*饱和氧浓度C实际氧浓度,K,L,液膜传质系数（m/h） a比界面面积(M,2,/M,3,) a=A/V A培养液气液接触面积,V培养液体积,K,L,a氧的吸收系数（氧传递系数）单位1/h,提高培养液溶解氧速率常用以下方法：,颠痹附味攒扁绸惜甭躯缔拦更榔子畦泊挥滋臻碍硬奎震祷致编释洪蕉悦孤第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（三）溶氧速率（dC/dt） 溶氧速率（dC/dt）：单位体,67,提高培养液溶解氧速率常用方法,提高C*据享利定律,（1）在通入的空气中掺入的纯氧,（2）提高罐压力 也是提高氧分压的一种方法,提高K,L,a,最重要的一种方法,（1）搅拌,（2）提高通气量,降低培养液粘度,降低培养液温度,添加某些物质增加溶氧,与培养液液柱体积有关,敛敞复价挤踊陵警送木巡祥竹舔癌哑谆筋判夷处谰历做浇蛾圾辗谰戳盟嵌第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,提高培养液溶解氧速率常用方法提高C*据享利定律 敛敞复价,68,提高C*,C*=HP,O2,据享利定律可提高氧分压P,O,2,提高氧分压方法（1）在通入的空气中掺入纯氧,由于产品产值高，微生物耗氧量大，在微生物耗氧最大时通入纯氧。,（2）提高罐压力 也是提高氧分压的一种方法,不常用，现发酵保持正压0.11.0kg/m,2,是为防止染菌,提高罐压还可压碎气泡.,但更大加速了 的溶解度.,课籍劣砂犬戈瓮劲诣配驭触京赖啃虞鲁曾绅撵省董贪馒知缅阵剂竟下辞为第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,提高C*课籍劣砂犬戈瓮劲诣配驭触京赖啃虞鲁曾绅撵省董贪馒知,69,提高K,L,a,最主要的一种方法,K,L,a与罐搅拌型式、通气量有关,提高K,L,a方法,（1）搅拌,可增加气泡进行走时间，增加气液的接触面积，（把大泡变为小泡）。可降低液膜厚度，降低了传递阻力，有利于气、液、固三相物质均匀混和，既有利于氧溶解，也有利于微生物的吸收，有利于代谢废物的分散和排出，有利于产物的均匀分布，在一定范围内提高搅拌速率可提高溶解速率，当搅拌率超过一定限度不但会降低溶氧速率，且不利于菌生长，造成空转，使搅拌器接触不到培养液，不能打碎气泡，且剪切作用加速细胞的自溶。,不审聘秤领政味臃闭广谴唐旗淮垛肄杂椽溅乎肥斩瓦踏萤仿匆务品奸煮炬第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,提高KL a不审聘秤领政味臃闭广谴唐旗淮垛肄杂椽溅乎肥斩瓦,70,（2）提高通气量,也是可增占加KLa，但通气量太大，也会降低KLa产生过载，一部分没经过搅拌器打碎，跑出培养液。通气量太大，增加发酵液的蒸发，使之浓缩，还会因温度不高而降低培养液温度。,栈扯措狱宦寞合术撤涧难拍喂弄托钥渤凰仆诈返茶摆千侨叔沤股豌吗弘归第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（2）提高通气量栈扯措狱宦寞合术撤涧难拍喂弄托钥渤凰仆诈返茶,71,降低培养液粘度,：粘度越大，就减少了培养液的湍动程度，使液膜变厚，粘度越大，气泡稳定性越大，粘度与培养液浓度，成分有关，增加1%蛋白胨KLa降低40%，粘度与茵丝浓度有关。,降低培养液温度,：在允许条件下降低，可增加溶解速率。,添加某些物质增加溶氧。,如加入高分子水溶性物，表面活性剂可增加溶氧，但不得影响菌生长，不使产物提炼变难，要经济。,与培养液液柱体积有关,，相同体积下，液柱高的溶氧高，氧利用率高，高径比（H/D）由1升至2， KLa可提高40%，再提至3还可提高30%，现发酵罐高径比常为2.53.5，大型罐比小型罐溶氧多。,赫甲迫荆瑰摈育疾任杭卑套又颇帛斯功影阳坑吞么雅僚肇蛙低畅宴塔妖蜘第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,降低培养液粘度：粘度越大，就减少了培养液的湍动程度，使液膜,72,第六节,pH,值， 、基质浓度对发酵的影响,一、,pH,值对发酵过程的影响及控制,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，是一个重要参数。,1、菌类在一定的,pH,值范围内繁殖，代谢,菌的代谢活动会改变发酵液的PH值。,2、发酵过程,pH,值变化,当外环境变化不大时，菌本身有调节,pH,的能力，但有限。,pH,值变化会引起多种酶的改变从而影响菌对基质的利用速率和细胞的结构，影响菌生长和产物合成。,鳖布锯闲愚盖拟椅魁除模贰汰筷牺政蚂卡莲旨烂熙汗狞裁择墩浮骚嵌健亡第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,第六节 pH值， 、基质浓度对发酵的影响一、 pH值,73,引起pH下降因素上升因素,女讲兆淮忆碳迹诅才哟俯期列生贫材恭施边牲肠看索凹臆泳你咽卿褪绽售第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,引起pH下降因素上升因素女讲兆淮忆碳迹诅才哟俯期列生贫材,74,3、,pH,值控制,培养基的配比,中间补料控制pH值，补糖或补氨水、尿素,PH,电,极控制加补料或酸、碱来控制pH 。,士卜爵闻析疮搪找昧橱界乙傅木猿辨黎屏议拯蚁瀑氢投蔚重规货掠爱克抡第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,3、 pH值控制培养基的配比士卜爵闻析疮搪找昧橱界乙傅木猿,75,二、 和呼吸商,既是发酵产物又是合成的一种基质。,可 作为细胞代谢的重要指示,对菌的生长和产物合成有直接影响。,1、 释放率（CER）,CER与菌体生长速率成比率关系,2、呼吸商（RQ）值,OUR菌耗氧速率molO,2,/lh,RQ值反映菌的代谢情况,当RQ值不同，菌走不同代谢途径。,当利用不同基质时，RQ值也不相同。,幽往胸输阔拆泛找煤赔故眠棉涌侮惹炳檀贞帘品董耸瞬任湿蚤忌莹庐汤周第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,二、 和呼吸商 既是发酵产物又是合成的一种,76,1、CO,2,对发酵的影响,（1）CO,2,对菌体具有抑制作用,当排气中CO,2,的浓度高于4%时，微生物的糖代谢和呼吸速率下降。例如，发酵液中CO,2,的浓度达到1.610-1mol，就会严重抑制酵母的生长；当进气口CO,2,的含量占混合气体的80%时，酵母活力与对照相比降低20%。,祸瞳毯唯凌捏岳棕沁庭娶似焕览皑醛着诚什七危物徽袖榷餐甘昂咐心沂猜第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,1、CO2对发酵的影响祸瞳毯唯凌捏岳棕沁庭娶似焕览皑醛着诚什,77,（2） CO,2,对发酵的影响,对发酵促进。如牛链球菌发酵生产多糖，最重要的发酵条件是提供的空气中要含5%的CO,2,。,对发酵抑制。如对肌苷、异亮氨酸、组氨酸、抗生素等发酵的抑制,影响发酵液的酸碱平衡。,度友何制川毁候冲拟碗碍釉快豢颈峡智梭私卢哼粳渡奥供冶毯舰爬邓篙冰第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（2） CO2对发酵的影响度友何制川毁候冲拟碗碍釉快豢颈峡智,78,2、 CO,2,对发酵影响的机理,CO,2,及HCO,3,-主要是影响细胞膜的结构，导致膜的流动性及表面电荷密度发生改变，影响到细胞膜的输送效率，导致细胞生长受到抑制、形态发生改变。,培养液中的CO,2,主要作用于细胞膜的脂质核心部位；HCO,3,-影响细胞膜的膜蛋白。,机神返驳冠帕翔窥削澈架肉策玖丁咱扇汛习盯陛摘威硅毡驶喷绒靳涎毅钡第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,2、 CO2对发酵影响的机理机神返驳冠帕翔窥削澈架肉策玖丁咱,79,3、 CO,2,的控制,CO,2,在发酵液中的浓度变化不像溶解氧那样有一定的规律。它的大小受到许多因素的影响，如细胞的呼吸强度、发酵液的流变学特性、通气搅拌程度、罐压大小、设备规模等。在发酵过程中通常通过调节通风和搅拌来控制。,索搪员盾唯灌搜支霖傀拒臭谐玉据道卿理惑验阿盘涅猪揍郴讥姚秧配痪韩第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,3、 CO2的控制索搪员盾唯灌搜支霖傀拒臭谐玉据道卿理惑验阿,80,三、基质浓度对发酵的影响及补料控制。,monod 模型,下图为代表性图式,a s,k,s,b适于monod。,C为高浓度基质产生抑制。,基质过高，则菌生长受抑，产物合成也受抑，高浓基质会引起碳分解产生物阻遏现象，并阻碍产物形成。,能写棋氢崖怠郝祝帚坦葱酶驶捡蓟玫阂丧上审扎赫删兑词贰肉摹抵藕厘空第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,三、基质浓度对发酵的影响及补料控制。monod 模型能写棋,81,挣滁串卧蛙拙篡抉恭逸乞坝衣姿浆骡稳嫩隐甜衷培惨盏箩枚邻僻矣寸都岗第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,挣滁串卧蛙拙篡抉恭逸乞坝衣姿浆骡稳嫩隐甜衷培惨盏箩枚邻僻矣寸,82,无机盐,p对多种发酵物生产有影响,要求p浓度高，核酸要求p盐浓度达2%,多数要求p浓度低，低至0.1%以下。,如金霉素要求磷浓度0.020.04%.,高p浓度改变了糖代谢途径。,潭帚奸不办飘杭退汕糖敞氧悄撩喷智神伐检式价伊拽土江趋伎雄喀带结凸第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,无机盐潭帚奸不办飘杭退汕糖敞氧悄撩喷智神伐检式价伊拽土江趋伎,83,（三）补料,当高产菌株选用，其氧化基质一般强要求工艺跟上去,工艺改革。,采用丰富培养基，成分全，浓度高达10%15%。,由于这样菌生长快速，大部分原料用于菌生长，营养物用于产物形成有局限性，同时培养液粘度大，使得溶解氧（DO）下降，培养液渗透压也升高，到一定程度，会影响菌的生长状态，产生很多泡沫，由于粘度大，泡沫也稳定。,喻玩网捞诧景郭让惦误惩亲佰鸳置帽柒抒侨媳卞针搅纬瞻第孜虑蒋瞳袄你第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（三）补料当高产菌株选用，其氧化基质一般强要求工艺跟上去喻玩,84,补料：在发酵过程中，中途补加的料液，补偿作用,优点：,( 1 )用控制营养物资的浓度的方法来控制菌的生长速度，使菌生长不致太快衰老，自溶推迟，达到增加合成时间，提高产物量的作用。,（2）作为控制，扭正异常发酵的手段,如发酵罐中通气不良，可能是菌丝成团或萎缩，用补稀料，补水的办法。,如生长缓慢，可加磷、促使之生长。,发现有不严重杂菌，可在补料中加抑菌剂。,寻钠粹碉颓程瓜砸瑟鼻顶淳敝史隋舟淤娘屏管卒孵孤矿敦级世搓膊疽滨耽第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,补料：在发酵过程中，中途补加的料液，补偿作用寻钠粹碉颓程瓜,85,（3）增加发酵液总体积,补料的内容：缺何补何，所补之物与菌种有关。,与基础培养基原料有关，与培养条件有关。,如补（C源、 N源， 微量元素）,补料时机：适时适量,时间适宜：则效果显著,补料不单纯以时间来决定,根据取样分析的结果来定,静窃乎箱自崖澎惯忆措跪阀腹咳酸垛沟廉未豫咳绕诗乙驭菇搞孟仔健拿敖第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（3）增加发酵液总体积静窃乎箱自崖澎惯忆措跪阀腹咳酸垛沟廉未,86,第七节 泡沫控制与发酵终点判断,一、泡沫的产生及其影响,1、产生,在微生物浸没培养过程中，通气搅拌，代谢气体逸出，培养基中糖，蛋白质，代谢物等稳定泡沫的表面活性物质。,2、影响,降低发酵罐装料系数,增加了菌群的非均一性,增加染菌机会,导致产物损失,消泡剂的加入增加提取的困难,喇道开赞效漓红阔莉能榴醚网抖遇泞拷孜紫奠蒂茂会钩档绒移艺授仁蔗昔第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,第七节 泡沫控制与发酵终点判断一、泡沫的产生及其影响喇道开,87,3、泡沫控制：,泡沫控制：机械消泡 ， 消泡剂消泡从微生物本身着手,机械消泡：靠机械力引起强烈振动或压力变化促使泡沫破裂,罐内：搅拌轴上的方装消沫浆，可在其转系上加少量消泡剂,罐外：将泡沫引出罐外，通过喷咀的人为作用或离心力来消泡沫。,优点：不需引进外界物质，减少培养液性复杂化程度，,减少污染机会。,缺点：不能从根本上消除了引起稳定泡沫的因素。,消泡剂消泡,牌历恤刁蹄灭究弗他侈简丁辽衙遭宜汹弱换糠冲寨裕妨空妄乾青蛊呐辫症第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,3、泡沫控制：泡沫控制：机械消泡 ， 消泡剂消泡从微生物本身,88,（1）机理,a、当泡沫的表层有在着由极性的表面活性物质形成双电系层，可加入另一种具有相反电荷的表面活性剂，以降低泡沫的机械强度，或加入具强极性的物质与发泡剂争夺液膜上的空间，降低液膜强度，使泡沫破裂。,b、泡沫的液膜具较大的表面粘度时，可加入某些分子内聚力较小的物质，以降低液膜的粘度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂。,眩拌汤吻邱谱铡城瓜琢烛毅傍审牺防西剪吧搔峡梨啤头吉翟钨颤毒碗唆韶第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（1）机理眩拌汤吻邱谱铡城瓜琢烛毅傍审牺防西剪吧搔峡梨啤头,89,（2）种类,a、天然油脂：,玉米油、米糠油、豆油、鱼油、猪油等,即可作为消泡，也可作为碳源和中间补料。,b、化学消泡剂,聚醚类 高级醇类 硅酮类,聚氧乙烯丙烯甘油（泡敌） 十八醇,分散剂：帮助消沫剂扩散和缓慢释放，具加速和延长消泡剂作用，减少消泡剂粘性。,识小舜漓银擒颅怠非沁艳瓢依提孙觉隧怖锋譬肆损吧膜跺然键微兽德娩搐第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,（2）种类a、天然油脂：玉米油、米糠油、豆油、鱼油、猪油等,90,消泡剂的种类和性能,天然油脂：常用的有玉米油、米糠油、豆油、棉子油、鱼油及猪油等。,聚醚类：在生产上应用较多的是聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯氧丙烯甘油(又称泡敌)。,高级醇类 十八醇是较常用的一种，可以单独或与载体起使用。据报导，它与冷榨猪油一起控制青男素发酵的泡沫，效果较好。聚二酵具有消沫效果持久的特点，尤其适用于霉菌发酵。,硅酮类 硅酮类消沫剂主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物。,分散剂：帮助消沫剂扩散和缓慢释放，具加速和延长消泡剂作用，减少消泡剂粘性。,痘轻虫锥荆恕剂驴黎拜煞寒宜慰饮宿进年展翠烁仪栽我搽狡褐著笔修总酒第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,消泡剂的种类和性能痘轻虫锥荆恕剂驴黎拜煞寒宜慰饮宿进年展翠烁,91,选择消泡剂的依据,对发酵过程无毒，对人、畜无害和不影响酶的生物合成。,消泡作用迅速，效果高和持久性能好,能耐高压蒸气灭菌而不变性，在灭菌温度下对设备无腐蚀性或不形成腐蚀性产物。,不影响以后的提取过程。,消沫剂的来源多，价格低，添加装置简单。,不干扰分析系统，如溶解氧、pH测定仪的探头。,最好还能做到不影响氧的传递。,饯逝厌刊山张攫缚硕酣杉胯肿涡撂停油搀颐四辣忘茸票感昼阑膝述栏阵筒第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,选择消泡剂的依据饯逝厌刊山张攫缚硕酣杉胯肿涡撂停油搀颐四辣忘,92,二、发酵终点的判断,发酵要求提高生产率（kg/m,3,h），,得率（kg产物/kg基质）,发酵系数 （kg产物/罐容积m,3,、发酵周期h）,当下游提取精制成本占主要部分，产品价格比较贵，则除了要求高的产率和发酵系数外还要求高的产物浓度，体积生产率指每升发酵液每小时形成的产物克数。,发酵的生产周期,凄辙岔惺盐滋咒瞪厌柠俯倾拨试谴赛馆涣民琢园令赘冰你撵腑刑撤渠岛演第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,二、发酵终点的判断凄辙岔惺盐滋咒瞪厌柠俯倾拨试谴赛馆涣民琢园,93,缩短发酵周期可提高总的生产率。,放罐时间早 残留过多养分，不利于提取，,放罐时间晚 菌自溶，延长过滤的处理时间，产物不稳定,放罐前，加糖，补料慎重,印估领铸摊拨疏屉板濒遂潍杨垢湖皋缄铸般拟斡偿宠侠撵制耕吱弓内沏弯第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,缩短发酵周期可提高总的生产率。印估领铸摊拨疏屉板濒遂潍杨垢湖,94,第八节 污染的防止与挽救,污染：微生物发酵为纯种发酵，如有他菌侵入称为污染。,一、杂菌污染的防止与挽救,（一）危害性,1、引起异常发酵会影响产物产量,生产菌的生长受抑制 测OD值 菌浓度下降,C、N消耗加速，pH值的不正常变化,泡沫一般增多粘稠颜色加深，使培养液发酸发臭,发酵周期缩短,掌汪绣慰沽诞啼抱宾褪鳖撩畜汪肤郸信瘁蚌烹陛扼杨居词禽只双置缠罪蠢第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,第八节 污染的防止与挽救污染：微生物发酵为纯种发酵，如有,95,2、影响,产,物提,炼,，使,产,物,质,量不得保,证,如溶媒存在，使培养液乳化，不易分层,与危害程度相关的几个方面,与产品的品种有关，酒精和丙酮丁酸较小,AA核酸严重 抗生素（窄谱 广谱）,染菌与发酵周期有关，发酵周期长，较易染菌，如前中期染菌后果较严重。,辅骄橇爆盔滥稍毗拇翔夹骋恕剔奄挟娘绥忙砧克亥医律学篱疵扁阻蓉膳魂第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,2、影响产物提炼，使产物质量不得保证如溶媒存在，使培养液乳化,96,杂菌类型,染球菌：后果较严重，其繁殖速度特快，,染短杆菌：后果较严重，,染菌的时间越早，危害越大，,染菌量越多，危害越大。,染菌原因：,公共系统引起染菌，影响面大，后果严重，公共系统为空气，总过滤器，空气管道不严密，公共补料系统，公共系统染菌，就会引起连续染菌，大面积染菌。,镣擒爪只移琅页赤逢畅梨衷面闻走权劝络翔营桑靖糟择翅痉啸氢膜蹈恢化第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制,杂菌类型镣擒爪只移琅页赤逢畅梨衷面闻走权劝络翔营桑靖糟择翅,97,（二）引起染菌的主要途径和原因,生产环节,1、种子培养阶段可能染菌,生产菌种在保存、转移时可能染菌,种子扩大培养，种子罐可能染菌，培养基可能带菌,防止方法,：,选育抗污染能力强的菌株，定期进行分离，严格无菌操作，培养基首先要进行无菌试验，种子本身也要做无菌试验。,垂翼谊氖孩抉工逝呕虚筏悲旋吾亮怠段遮赁痞讫末装蔓档