第五章 发酵条件与过程控制.ppt

第五章 发酵条件及过程控制;本章主要内容;本章主要内容;第一节 营养基质和菌体浓度的影响及控制;2、碳源的浓度影响发酵过程举例;yeast Crabtree effect describes the phenomenon whereby the yeast, Saccharomyces cerevisiae, produces ethanol (alcohol) aerobically in the presence of high external glucose concentrations rather than producing biomass via the tricarboxylic acid cycle, the usual process occurring aerobically in most yeasts e.g. Kluyveromyces spp. Increasing concentrations of glucose accelerates glycolysis (the breakdown of glucose) which results in the production of appreciable amounts of ATP through substrate-level phosphorylation. This reduces the need of oxidative phosphorylation done by the TCA cycle via the electron transport chain and therefore decreases oxygen consumption. The phenomenon is believed to have evolved as a competition mechanism (due to the antiseptic nature of ethanol) around the time when the first fruits on Earth fell from the trees.;（二）氮源;2、氮源的浓度 氮源浓度过高，会导致细胞脱水死亡，且影响传质；浓度过低，菌体营养不足，影响产量。 影响发酵的方向：谷氨酸发酵——NH4+供应不足,促使形成α-酮戊二酸；NH4+过量,促使谷氨酸转变成谷氨酰胺，所以要控制适量的NH4+浓度 。 为调节菌体生长和防止菌体衰老自溶，可根据需要随时补加有机和无机氮源。;（三）磷酸盐浓度的影响及控制;（四）菌体浓度的影响及控制;2、影响菌体生长速率的因素： 菌体生长速率与微生物的种类和自身的遗传特性相关； 如：典型的细菌，酵母，霉菌和原生动物的倍增时间分别为45 min，90 min，3 h和6 h左右，这说明各类微生物增殖速率的差异。 取决于营养物质的种类和浓度，基质浓度与比生长率的关系如右图所示。 如：各种碳源和氮源等成分和它们的浓度。上限浓度，基质抑制(渗透压，关键酶，代谢废物)。一些营养物质的上限浓度(g/L)如下：葡萄糖 100，NH4+ 5，PO43- 10。 ;3、菌体浓度对产物的影响 在适当的比生长速率下，发酵产物的产率与菌浓成正比关系,即 P=QPmc(X)。 式中， P ——发酵产物的产率(产物最大生成速率或生率),g/(L·h); QPm ——产物最大比生成速率,h-1; c(X) ——菌体浓度,g/L. 初级代谢产物的产率与菌体浓度成正比； 而次级代谢产物的生产中，控制菌体的比生长速率μ比μ临略高一点的水平，即c(X) ≤c(X)临时，菌体浓度越大，产物的产量才越大。 c(X)过高，摄氧率增加，溶氧成为限制因素，使产量降低。 ;控制接种量：接种量指种子液体积和培养液体积之比。一般发酵常用接种量5%～10%；抗生素的接种量有时可增至20% ～25%，甚至更大。 基质含量：营养的配比和中间补料的方式。生长速率取决于基质的浓度，在微生物发酵的研究和控制中，营养条件（含溶氧）的控制至关重要，主要受基质浓度的影响，所以要依靠调节培养基的浓度来控制菌浓。 ;本章主要内容;第二节 温度对发酵的影响及控制;1、温度对发酵的影响（1）温度对微生物生长的影响;（2）温度对发酵过程的影响;（3）温度对发酵液物理性质的影响;（5）温度对微生物代谢调节的影响;2、影响发酵温度的因素;（2）搅拌热（Q搅拌）：指在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间、液体与搅拌器等设备之间的摩擦而产生的热。搅拌热与搅拌轴的功率有关，计算公式为：