发酵工艺的过程控制课件.pptx

第四章 发酵工艺控制第一节 发酵生产方法的类型 发酵过程状态： 1、间歇：〔1〕培养基参加和发酵液放出是一致的； 〔2〕发酵一次一次进行。 2、连续：〔1〕培养液参加到放出是连续的； 〔2〕培养罐中处于稳定状态。3、半连续发酵：培养基连续参加发酵液分批或分别放出 I→II→III 整个系统培养液连续参加，但各罐的发酵液分别放出。第二节 发酵过程的动力学类型反响 化学因素 那么化学反响动力学酶→酶反响动力学 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，参加菌种，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。发酵曲线图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发酵过程分为三大类型〔一〕类型I〔一〕类型I 1、特点①菌生长比速度μC、μP都有一个顶峰②三者的顶峰同时出现，三者根本平行③产物的量和碳源利用量有一定的化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：①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适宜。②代谢产物：酵母的酒精发酵、乳酸发酵 另局部次级代谢产物也属此型，但大多数属类型III ③次级代谢产物，杆菌肽、氯霉素。〔一〕类型I 乳酸发酵〔一〕类型I 乳酸发酵〔一〕类型I 杆菌肽发酵 〔二〕类型II 〔二〕类型II 1特点： ①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。 ②碳源利用的比速度有两个顶峰，分别在两个时期，第一个顶峰用于菌体生长，第二个顶峰用于产物合成〔在产物形成期可能还有菌体第二次生长〕。③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①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。增酸期：0~18h 有机酸大量积累，菌体大量生长 产物溶剂形成少减酸期：18~40h菌体长到最大期，溶剂就大量形成，培养液中pH值上升后发酵：40~72h 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。②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利用有两个顶峰而划入Ⅱ型，产物产量较高。 〔三〕类型Ⅲ 〔三〕类型Ⅲ1.特点：①分成两个时期，但产物形成比类型Ⅱ早，在菌体接近或到达最大值时，产物开始生长。②菌体生长和碳源利用没有第二个顶峰。③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0.1~2%。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①将预知某个发酵将按什么情况进展②可作为发酵的中间控制的理论根底，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Ⅱ、Ⅲ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。③在连续发酵的设计上，类型Ⅰ可用单级，如为类型Ⅱ、Ⅲ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。〔三〕类型Ⅲ 链霉素发酵〔用灰色链霉素生产〕 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Ⅰ。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Ⅱ、Ⅲ型。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/hX 菌浓度 g/LS 基质浓度 g/LP 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1.菌的情况 流入量十生长菌量=流出菌量 即：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) 对单级罐而