页数：42页文件大小：1.46 MB来源： 微生物工程工艺原理ppt课件
本课件系统讲解发酵过程中温度、pH、泡沫、补料、菌体浓度与基质、二氧化碳与呼吸商等参数的变化规律、在线检测方法与控制策略，并说明发酵终点的判断依据与工艺优化原则。
第十章发酵过程的控制
的影响因素可以划分为三类：菌体；菌体活动的环境；反应器运转；菌体：菌体浓度；菌体形态；菌体活动的环境：pH值；温度；溶氧浓度；基质浓度；发酵液粘度及循环量等；反应器运转：搅拌情况；通气情况；
酵热；第一节温度控制生物热：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％，表明菌体分解的基质中的能量，大部分是以热能的形式散失到环境中，用Q生物表示。
通风搅拌过程中，发酵液之间、发酵液与搅拌器及罐壁之间均有摩擦，由此产生的热量称为摩擦热，用Q搅拌表示，Q搅拌=P×3061蒸发热：空气流经发酵液时带走的热量，用Q蒸发表示，由通气带走的热量为：Q蒸发=G（H出-H进）；G：空气流量；H：气体热焓；
通过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。Q发酵= Q生物+ Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
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，Q发酵= qvc（t2–t1）/V②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=（M1C1 + M2C2）u
（根据盖斯定律）
的影响最高生长温度、最适生长温度、最低生长温度四、温度对发酵的影响酶学方面产物方面
发酵过程的温度控制:30℃起始发酵，5h→ 25℃35h→20℃85h→ 25℃40h→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％。
的影响生长和代谢均有一定范围；不同菌种及同种菌在不同代谢时期pH值不同。第二节pH值的控制pH对发酵的影响酶活性；细胞的结构；微生物对基质的利用速率；代谢方向；
在pH2~2.5时利于合成柠檬酸；在pH2.5~6.5范围内时以菌体生长为主；pH7.0时，则以合成草酸为主。生长的最适pH值与发酵的最适pH值
谢糖代谢糖分解成小分子酸、醇，使pH下降。氮代谢氨基酸中的-NH2被利用，pH下降；生理酸碱性物质利用后，pH上升或下降。2.产物形成3.菌体自溶
（一）调整培养基组分：（二）在发酵过程中进行控制C/N高：pH↓；C/N低↑①添加碳酸钙②氨水流加法③尿素流加
①外界引入；②发酵液内部产生（如CO2）；性质：气溶胶体系变化：搅拌的影响；发酵液的性质的影响（如蛋白质）；菌体代谢；第三节泡沫的控制
的影响①减少发酵的有效容积；②增加了染菌的机会；③使部分菌体粘附在罐盖或罐壁上，而失去作用；④影响通气搅拌的正常进行；
（一）化学消泡1.消泡剂①表面活性剂；②对气-液界面的散布系数必须足够大；③无毒害性，且不影响发酵菌体；④不干扰各种测量仪表的使用；⑤在水中的溶解度较小;⑥来源方便，使用成本低；
2.应用：常用的一些消泡剂：①天然油脂；②高碳醇、脂肪酸和酯类；③聚醚类；④硅酮类；①消泡剂+载体；②复合消泡剂；③消泡剂+乳化剂
①动力小；②结构简单；③易清洁；④运行可靠；⑤维护费用低；2.罐内消泡；3.罐外消泡；
一、补料分批培养1.概念根据菌体生长和初始培养基的特点，在分批培养的某些阶段适当补加培养基，使菌体或其代谢产物的生产时间延长。
2.补料分批培养的优缺点优点：与分批培养相比(1)解除底物抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。(2)延长次级代谢产物的生产时间。与连续培养相比(1)降低了染菌，避免了遗传不稳定性。(2)最终产物浓度较高，有利于产物的分离。
产物的积累最终导致比生产速率的下降。(2)由于物料的加入增加了染菌机会。应用：面包酵母、氨基酸、抗生素等工业。
补充菌体营养，延长发酵期（推迟自溶期），提高发酵产量；内容：补充C源、N源、无机盐、诱导酶的底物；原则：根据菌体生长代谢规律；生产需要；
为达到生产目的，在需要时加入；方式：以不引起发酵液成分剧烈波动为前提；补量：加入与消耗平衡；
补料物产物麦芽汁、氮、磷、镁酵母菌氨水或尿素谷氨酸铵盐、糖柠檬酸葡萄糖苹果酸葡萄糖淀粉酶葡萄糖、氨水、苯乙酸青霉素
的影响一、菌体浓度对发酵的影响及控制菌体（细胞）浓度:单位体积培养液中菌体的含量。菌浓的大小，在一定条件下，不仅反映菌体细胞的多少，而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段。
础培养基配方中有个适当的配比，避免产生过浓（或过稀）的菌体量；然后通过中间补料来控制，当菌浓太稀时，可补加一部分磷酸盐，促进生长，提高菌浓；但补加过多，则会使菌体过分生长，超过临界浓度，对产物合成产生抑制作用。利用菌体代谢产生的CO2量来控制生产过程的补糖量，以控制菌体的生长和浓度。
的影响及控制1.碳源对发酵的影响及控制葡萄糖等迅速参与代谢、合成菌体和产生能量，并产生分解产物，有利于菌体生长，但有的分解代谢产物对产物的合成可能产生阻遏作用；迅速利用的碳源
淀粉等为菌体缓慢利用，有利于延长代谢产物的合成，特别有利于延长抗生素的分泌期。在工业上，发酵培养基中常采用含迅速和缓慢利用的混合碳源。缓慢利用的碳源
2.氮源对发酵的影响及控制氨基（或铵）态氮、玉米浆等容易被菌体利用，促进菌体生长，但对某些代谢产物的合成特别是某些抗生素的合成产生调节作用，影响产量。迅速利用的氮源
提高产物的产量；但一次投入也容易促进菌体生长和养分过早耗尽，以致菌体过早衰老而自溶，缩短产物的分泌期。发酵培养基一般选用含有快速和慢速利用的混合氮源，还要在发酵过程中补加氮源来控制浓度。补加有机氮源，如酵母汁、玉米浆、尿素补加无机氮源，如氨水或硫酸铵缓慢利用的氮源
3.磷酸盐对发酵的影响及控制磷是微生物菌体生长繁殖所必需的成分，也是合成代谢产物所必需的。微生物生长良好所允许的磷酸盐浓度为0.32～300mmol/L，而次级代谢产物合成良好所允许的最高平均浓度仅为1.0mmol/L.
一、CO2对菌体生长和产物合成的影响CO2是微生物的代谢产物，同时也是某些合成代谢的基质。它是细胞代谢的重要指标。在发酵过程中，CO2有可能对发酵有促进作用，也有可能有抑制作用。
具有抑制作用；通常，当排气中CO2的浓度高于4%时，微生物的糖代谢和呼吸速率下降。如，发酵液中CO2的浓度达到1.6×10-1mol，就会严重抑制酵母的生长；当进气口CO2的含量占混合气体的80%时，酵母活力与对照相比降低20%
影响：影响发酵液的酸碱平衡促进发酵：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CO2。抑制发酵：如对肌苷、异亮氨酸、组氨酸、抗生素等发酵的抑制。
影响的机理CO2及HCO3-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。CO2主要作用于细胞膜的脂质部位；HCO3-影响细胞膜的膜蛋白。
如果连续测得排气氧和CO2浓度，可计算出整个发酵过程中CO2的释放率（CRR）。QCO2：二氧化碳比释放率，mmol CO2/(g干菌体·h)；X：发酵液中菌体的浓度，g干菌体/L。
速率OUR可通过热磁氧分析仪或质谱仪测量进气和排气中的氧含量计算而得，并最终计算出呼吸商RQ呼吸商RQ的变化可以反映菌体代谢的变化情况。
它对发酵的影响而定。如果CO2对产物合成有抑制作用，则应设法降低其浓度；若有促进作用，则应提高其浓度。通气和搅拌速率的大小，不但能调节发酵液中的溶解氧，还能调节CO2的溶解度，在发酵罐中不断通入空气，既可保持溶氧在临界点以上，又可随废气排出所产生的CO2，使之低于能产生抑制作用的浓度。
理的放罐时间，需要考虑下列几个因素：一、经济因素以最低的成本来获得最大生产能力的时间为最适发酵时间。二、产品质量因素
可根据作业计划，按时放罐；在异常情况下，如染菌、代谢异常（糖耗缓慢等），就应根据不同情况，进行适当处理，以免倒罐。为了能够得到尽量多的产物，应该及时采取措施（如改变温度或补充营养等），并适当提前或拖后放罐时间。三、特殊因素
。2.发酵过程中进行温控的意义。3.发酵液pH值变化的因素及对发酵液pH进行调控的主要方法。4.发酵液泡沫产生的原因及消泡的基本方法。
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