红霉素发酵工艺控制及操作 ppt课件

连续培养的优缺点
优点：控制Leabharlann 释速率可以使发酵过程最优化。发 酵周期长，得到高的产量。
缺点 ：菌种不稳定的话，长期连续培养会引起菌 种退化，降低产量。长时间补料染菌机会大大增 加。
二、发酵过程的代谢参数
发酵过程的分析是生产控制的眼睛，它显示 了发酵过程中微生物的主要代谢变化。微生物个 体极微小，肉眼无法看见，要了解它的代谢状况， 只能从分析一些参数来判断。
控制难点：过程的不确定性和参数的非线性
发酵过程的影响因素是复杂的，比如设备的差 别、水的差别、培养基灭菌的差别，菌种保藏 时间的长短，发酵过程的细微差别都会引起微 生物代谢的不同。了解和掌握分析发酵过程的 一般方法对于优化发酵是十分必要的
一、发酵过程的方式 二、发酵过程的代谢参数
一、发酵过程的方式
红霉素发酵工艺控制及操作
一、温度对微生物生长的影响 二、氧气对微生物生长的影响 三、pH值对微生物生长的影响
（一）微生物生长的三个温度基点
从微生物整体来看:
生长的温度范围一般在-10 ℃ ~100 ℃
极端下限为-30 ℃，极端上限为105~300 ℃
但对于特定的某一种微生物：
只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每种微生物都有 自己的生长温度三基点，即最低、最适、最高生长温度 •处于最适生长温度时，生长速度最 快，代时最短。
代谢参数按性质分可分三类： 物理参数：温度、转速、压力、空气流量、粘度等 化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、溶解氧、 pH、产物浓度等 生物参数：菌丝形态、菌浓度、呼吸强度、关键酶 活力等
发酵过程的主要控制参数
• 1. 物理参数 • （1）温度（℃） • 直接影响发酵过程的酶反应速率，氧的溶解度
般控制在1000～5400（m3空气/（m3发酵液·hr）） • （5）粘度（Pa·s） • 细胞生长或细胞形态的一种标志，反映发酵罐中的
菌丝分裂情况，表示菌体的浓度。
• 2. 化学参数 • （1）pH （酸碱度） • 发酵工艺重要的参数之一，与菌体生长和产物合成
有密切关系。包括起始pH ，发酵过程中的pH 。 • （2）基质浓度（g/L） • 发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的浓度，对菌
高温菌
最适生长温度
10-20
25-30，37-40
50-55
最低生长温度
-10-5
10-20，10-20
25-45
最高生长温度
25-30
40-45
70-80
温度对微生物生长的影响
分批培养 补料分批培养 半连续培养 连续培养
分批培养中微生物的生长规律
迟滞期 对数生长期
稳 定期
死亡期
迟滞期：菌体没有分裂只有生长，因为当菌种接种 入一个新的环境，细胞内的核酸、酶等稀释，这时 细胞不能分裂。
对数生长期：当细胞内的与细胞分裂相关的物质浓 度达到一定程度，细胞开始分裂，这时细胞生长很 快，对于初级代谢产物，在对数生长期初期就开始 合成并积累，
体的生长和代谢合成有重要影响，是产物代谢控制 的重要手段。
• （3）溶解氧浓度（饱和度，％） • 溶解氧是好氧发酵的必备条件，通常用饱和百分度
表示。
3. 生物参数 （1）菌丝形态 菌丝形态是衡量种子质量、区分发酵阶段、 控制发酵过程的代谢变化和决定发酵周期的 依据之一。 （2）菌体浓度 菌体浓度是控制微生物发酵的重要参数之一。 生产上，常常根据菌体浓度来决定补料量和 供氧量，以保证生产达到预期水平。
和传递速率，菌体生长速率和合成速率。 • （2）压力（Pa） • 影响发酵过程氧和CO2的溶解度，正压防止外
界杂菌污染。罐压一般控制在0.02MPa～ 0.06MPa。
• （3）搅拌速度（r/min） • 搅拌器在发酵过程中的转动速度。 • 其大小影响发酵过程氧的传递速率。
• （4）空气流量（m3空气/（m3发酵液·min）） • 单位时间内单位体积发酵液里通入空气的体积，一
•超过最低生长温度时，微生物不生 长，温度过低，甚至会死亡。
•超过最高生长温度时，微生物不生 长，温度过高，甚至会死亡。
（二）微生物生长温度类型
根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划 为三个类型：
❖低温型微生物（嗜冷微生物）
❖中温型微生物（嗜温微生物）
❖高温型微生物（嗜热微生物）
低温菌
中温菌
补料分批培养的优缺点:
优点: 在这样一种系统中可以维持低的基质浓度， 避免快速利用碳源的阻遏效应；可以通过补料控制 达到最佳的生长和产物合成条件。
缺点: 由于没有物料取出，产物的积累最终导致比 生产速率的下降; 增加了染菌机会
3、半连续培养
在补料分批培养的基础上间歇放掉部分发酵 液（带放）称为半连续培养。
整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产 物浓度等参数都随时间变化。 分批培养的优缺点：
优点： 操作简单，周期短，染菌机会少，生产过程容易掌握 缺点 ： 产率低
2、补料分批培养
在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不 足而导致的发酵过早结束的缺点。
在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，在工 厂的实际生产中采用这种方法很多。
红霉素发酵工艺控制及操作
讲师：king 电话：
一、发酵工艺的控制
• 1. 概述 • ２. 温度的影响及其控制 • ３. pH的影响及控制 • ４. 溶氧的影响和控制 • ５. 泡沫的影响和控制 • ６. 红霉素发酵现场操作要点 • ７. 红色糖多孢菌各周期阶段形态
1. 概述
发酵过程控制是发酵的重要部分
稳定期：随着细胞生长，培养液中的营养物减少， 废物积累，导致细胞生长速率下降，进入减速期
死亡期：最后当细胞死亡速率大于生成速率，进入 死亡期，而次级代谢产物则在对数生长期后期和稳 定期大量合成。
1、 分批发酵(间隙发酵)
最简单的发酵过程，培养基灭菌后, 接入菌 种，进行发酵, 除了空气的通入和排气外, 没有物料的加入和取出。
半连续培养的优缺点 优点 : 放掉部分发酵液，再补入部分料液， 使代谢有害物得以稀释有利于产物合成，提 高了总产量。 缺点 : 代谢产生的前体物被稀释，提取的总 体积增大
4、连续培养
发酵过程中一边补入新鲜料液一边放出等量的发 酵液，使发酵罐内的体积维持恒定。
达到稳态后，整个过程中菌的浓度，产物浓度， 基质浓度都是恒定的。