工业发酵主要类型及主要控制参数
《生物制药工艺技术》课程教学方案教师：苏艳
授课专业生物技术及应用、生物制药技
术
上课地点授课时间第周
学习内容项目6、发酵过程控制（2）工业发酵主要类型及主要控制
参数
课时8
教学目标知识目标
❖ 了解发酵过程中各参数：温度、pH、泡沫等对发酵过程的影响。
技能目标
❖ 能根据不同发酵过程控制发酵参数。
❖ 能处理发酵过程中出现的问题。
素质目标
❖ 培养学生理论联系实际动手操作能力、自主性、创造性、严谨
的科学态度；
❖ 吃苦耐劳、团队协作精神，良好的职业素养。
教学重点难点重点：发酵过程中参数的控制。
难点：发酵过程中参数的选择。
目标群体学生在前面学习了“发酵罐及附属设备的结构”，具备了《应用微生物技术》的基础知识。
教学
环境
教室
教学
方法
理论讲授
时间
安排
教学过程设计[课型] 理论课：多媒体辅助讲授
[组织教学]
5 分钟演讲，1分钟安全教育
[实施新课]
讲授：
项目6 发酵过程的控制知识目标:
•了解发酵过程中各参数对发酵过程的影响。
- 1 -
•掌握发酵过程中各发酵参数的控制。
能力目标:
••
能根据不同发酵过程控制发酵参数。
能处理发酵过程中出现的问题。
素质目标:
•培养学生理论联系实际动手操作能力、自主性、创造性、严谨的科学态度；吃苦耐劳、团队协作精神。
任务1工业发酵主要类型及主要控制参数
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程。
广义上将发酵看作是微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。
两者在工艺过程上大体相同，主要工艺过程为：斜面菌种培养-菌体或孢子悬浮液制备-种子扩大培养-发酵培养-发酵产物与发酵基质分离-提纯与精制-成品。
固态发酵是将微生物接种到经过处理的固体发酵基质上，或将发酵原料及菌体吸附在疏松的固体支撑物上，通过微生物的代谢活动，使发酵原料转化成发酵产品。
采用固态发酵工艺所需设备简单，不需要结构复杂的发酵堆；操作方法简单，能耗较低，不需要大量的通风和搅拌。
但是固态发酵不宜采用自动化控制，劳动强度较大，生产率较低。
液态发酵是将物料首先制备成液态，再将微生物接入进行发酵。
液态发酵容易实现自动化生产，生产效率高。
深层培养可分为分批培养、补料-分批（流加培养）培养、半连续培养（发酵液带放）、连续培养和灌注培养五种方式。
以发酵方式可分为分批发酵、补料-分批发酵和连续发酵等。
二、分批发酵
1.分批发酵的理论基础
分批发酵是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的
- 2 -
微生物培养方法。
分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方式。
分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期或延滞期的）、对 数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；
也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静止期和死亡（衰 亡）期
2. 重要的生长参数
⑴得率系数 Y 在浓度较低的范围内，静止期的细胞浓度与初始基质浓度成正 比，可用下式表示：
X ＝Y （S
o 一 S
t
） 式中 s o ——初始基质浓度，g/L;
s
t ——经培养时间 t 时基质浓度； Y ——得率系数，g 细胞/g 基质
当生长停止时，s
t 等于零。
方程可用于预测用多少初始基质便能得到相应的
菌量。
⑵比生长速率 µ 间的关系
用 Monod 方程可描述比生长速率和残留的限制性基质浓度之 µ＝µ
max s ／（K
s ＋S ）
式中 µ——比生长速率，h ；
µ max ——最大比生长速率，h ；
S ——基质浓度，g/L;
Ks ——基质利用常数，相当于 µ＝µmax /2 时的基质浓度，g/L ，是菌对基 质的亲和力的一种度量。
3.分批发酵的优缺点
优点是：周期短，培养基一次灭菌，一次投料，容易实现无菌状态；操作简 单，易于操作控制，产品质量稳定；培养浓度较高，易于产品分离。
分批培养的辅助时间较多，设备生产能力低。
分批发酵不适用于测定其过程 动力学，因使用复合培养基，不能简单地运用 Monod 方程来描述生长，存在基质 抑制问题，出现二次生长现象。
对基质浓度敏感的产物，或次级代谢物，如对基 质浓度敏感的产物，或次级代谢物，比如抗生素，用分批发酵不合适，因其周期 较短，一般在 1～2 天，产率较低。
- 3 -
-1
-1
在目前国内外绝大多数发酵生产中，都是采用分批培养的方法。
三、补料（流加）分批发酵
1.补料-分批发酵理论基础
补料-分批发酵是指先将一定量的培养液装入反应器，在适宜的条件下接种细胞，进行培养，细胞不断生长，产物也不断形成。
目前国内外的酵母生产行业大多采用这种操作方法。
目前补料-分批发酵的类型很多，就补料的方式而言，有连续补料、不连续补料和多周期补料；每次补料又可分为快速补料、恒速补料、指数速度补料和变速补料；按反应器中发酵液体积区分，又有变体积和恒体积之分；从反应器数目分类又有单级和多级之分；从补加的培养基成分来分，又可分为单一组分补料和多组分补料。
补料-分批发酵的优点在于它能在这样一种系统中维持很低的基质浓度，从而避免快速利用碳源的阻遏效应和能够按设备的通气能力去维持适当的发酵条件，并且能减缓代谢有害物的不利影响。
四、半连续发酵
半连续培养又称为反复分批培养或换液培养，在补料-分批发酵的基础上加上间歇放掉部分发酵液（带放）便可称为半连续发酵。
半连续发酵也有它的不足：①放掉发酵液的同时也丢失了未利用的养分和处于生产旺盛期的菌体；②定期补充和带放使发酵液稀释，送去提炼的发酵液体积更大；③发酵液被稀释后可能产生更多的代谢有害物，最终限制发酵产物的合成；
④一些经代谢产生的前体可能丢失；⑤有利于非产生菌突变株的生长。
据此，在采用此工艺时必须考虑上述的技术上限制，不同的品种应根据具体情况具体分析。
五、连续发酵
1.单级连续发酵的理论基础
流入罐内的料液使得发酵液变稀，流量与培养液体积之比可用D来表示，称为稀释率（h-1），表示单位时间内加入的培养基体积占发酵罐内培养基体积的分率，其倒数表示培养液在发酵罐内平均停留时间。
2．多级连续培养
3．连续培养在工业生产中的应用
（1）酵母、细菌等单细胞蛋白产品
- 4 -
《生物制药工艺技术》
（2）酒精、啤酒、醋酸等一次代谢产物
（3）污水的生化处理
4.连续培养中存在的问题
（1）污染杂菌问题
（2）生产菌种突变问题
六、灌注培养
灌注培养是指细胞接种后进行培养，一方面新鲜培养基不断加入反应器，另一方面又将反应液连续不断地取出，但细胞留在反应器内，使细胞处于一种不断的营养状态。
七、发酵过程主要控制参数
1、温度
2、压力
3、搅拌转速
4、搅拌功率
5、空气流量
6、黏度
7、浊度
8、料液流量
9、产物的浓度
10、氧化还原电位
11、废气中的氧含量
小结：
发酵过程中需要控制的主要参数
作业1、发酵过程中需要控制的主要参数有哪些？
教学
学生兴趣高，效果良好，课堂秩序较好。
反馈
- 5 -。
发酵工程重点总结
第一章发酵：通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反应过程发酵工程：利用微生物（或动植物细胞）的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质的技术体系。
该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术。
发酵工业的特点？（7点）1.发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。
2.可用较廉价原料生产较高价值产品。
3.反应专一性强。
4.能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位的生物转化修饰。
5.发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
6.菌种是关键。
7.发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制。
工业发酵的类型？厌氧发酵1. 按微生物对氧的不同需求需氧发酵兼性厌氧发酵液体发酵（包括液体深层发酵）2.按培养基的物理性状浅盘固体发酵深层固体发酵（机械通风制曲）分批发酵按发酵工艺流程补料分批发酵单级恒化器连续发酵连续发酵多级恒化器连续发酵带有细胞再循环的单级恒化器连续发酵发酵生产的基本工业流程？1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制；2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌；3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中；4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物；5. 将产物提取并精制，以得到合格的产品；6. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
工业发酵的过程的工艺流程图？第二章1、发酵工业菌种分离筛选的一般流程?调查研究（包括资料查阅）试验方案设计含微生物样品的采集（如何使样品中所含微生物的可能性大？）样品预处理（如何在后续的操作中使这种可能性实现）菌种分离根据目的菌株及其产物特点分选择性分离方法随机分离方法(定向筛选←选择压力) (用筛选方案- 检测系统进行间接分离）富集液体培养固体培养基条件培养(初筛)菌种纯化复筛菌种纯化初步工艺条件摸索再复筛生产性能测试较优菌株1-3株保藏及进一步做生产试验某些必要试验和或作为育种的出发菌株毒性试验等2、菌种选育改良的具体目标。
工业发酵主要类型及主要控制参数(精)
工业发酵主要类型及主要控制参数工业发酵是指利用微生物在一定条件下进行代谢反应，从而合成生物大分子，以达到工业生产目的的过程。
目前，工业发酵已经广泛应用于食品、医药、化工等领域。
发酵类型根据发酵生产的目的、生物种类和发酵的过程条件不同，可将工业发酵分为以下类型：食品发酵主要应用于食品加工领域。
其生物种类多为乳酸菌、酵母菌、霉菌等，包括酸奶、豆腐、酱油、味噌等。
医药发酵主要应用于药物、生物制品等的生产。
其生物种类多为细菌、真菌等微生物，包括青霉素、链霉素、胰岛素等。
纤维素酶生产发酵主要应用于制浆造纸、纤维素制品等领域。
其生物种类多为产纤维素酶的微生物，包括三级结构的真菌和细菌。
主要控制参数在工业发酵过程中，为确保发酵过程高效、稳定，需要对发酵过程中的主要参数进行精确控制。
主要参数包括：温度温度对于微生物的生长和代谢有着十分重要的影响。
在不同的发酵过程中，需要控制的最佳温度略有区别，一般在 25-45℃之间。
pH 值不同的微生物要求不同的pH 值范围，有些是弱酸耐受菌，有些是弱碱耐受菌，pH 对于发酵菌株的代谢产物的调节、酶活性等也有着重要的影响。
氧气气体浓度氧气是微生物生长和代谢过程中必须的成分，但不同的微生物对氧气的需求是不同的。
有些是厌氧生长菌，有些是需氧生长菌，而有些微生物在低氧或高氧浓度下生长更快。
因此，控制好氧气气体浓度对于发酵过程的效率和生产质量也有着重要的影响。
搅拌速度搅拌速度对于微生物的生长和代谢也有着重要的影响。
不同的发酵过程要求不同的搅拌速度，有的要求慢速、均匀搅拌，有的要求高速、强烈搅拌。
工业发酵主要类型及主要控制参数是工业发酵生产中的重要内容。
精确定义好发酵类型和控制参数，能够大幅提高生产效率，保证生产质量。
发酵工艺控制
发酵工艺控制概述一. 发酵体系的主要特征1. 细胞内部结构和代谢反应的复杂性2. 细胞所处环境的复杂性3. 过程系统状态的时变性及参数的多样性和复杂性影响因素多，有的因素未知，主要影响因素变化。
发酵水平主要取决于：生产菌种的特性；对工艺条件的控制（适合程度）必须了解：菌体的生理代谢规律工艺条件对发酵过程的影响及其控制发酵过程的有关变化规律常规发酵的工艺控制参数：温度、pH、搅拌转速与功率、空气流量、罐压、液位、补料速率及补料量等。
二. 发酵过程的参数检测1.直接状态参数指能直接反映发酵过程中微生物生理代谢状况的参数包括：pH、DO、溶解CO2、尾气O2、尾气CO2 、黏度、基质和产物浓度、菌体浓度（OD、DCW、湿重）等参数的检测在线检测各种传感器：pH电极、DO电极、温度电极、液位电极、泡沫电极尾气分析仪：测尾气O2和CO2含量离线检测分光光度计、pH 计、温度计、气相色谱（GC)、液相色谱（HPLC)、色质连用（GC-MS)等2.间接状态参数指利用直接状态参数计算求得的参数包括：比生长速率μ、摄氧率OUR、CO2释放率CER、呼吸商RQ、氧的得率系数YX/O 、氧体积传质系数KLa、基质比消耗速率QS、产物比生成速率Qp等综合各种状态参数，获得代谢过程的各种信息，从而对发酵过程做出相应的调整和控制，以获得最经济的发酵生产。
三. 发酵过程的代谢调控和优化1. 代谢调控以代谢（流）的调节最重要调节酶的合成量，称为“粗调”调节酶的催化活性，称为“细调”工艺控制和过程优化的实质，就是利用各种方法和手段，使细胞的外部和内部环境最适合基质和能量流向产物合成的生物途径，以获得最大的产量。
2. 发酵过程优化的一般步骤确定反映发酵过程的各种理化参数及其检测方法研究这些参数的变化对发酵过程的影响及其机制，获得最佳的范围和最适的水平建立数学模型定量描述个参数间随时间的变化关系，为过程优化控制提供依据通过计算机实施在线自动检测和控制，验证各种控制模型的可行性及其适用范围，实现发酵过程的最优控制基质浓度对发酵的影响及其控制先进的培养基组成是充分支持高产、稳产和经济的发酵过程的关键因素之一。
工业发酵主要类型及主要控制参数
工业发酵主要类型及主要控制参数工业发酵是利用微生物在适宜条件下生长和代谢产物的过程。
它是一种常见的生物技术方法，广泛应用于食品、药品、饲料和化妆品等行业。
工业发酵可以分为多种类型，每种类型都有其特定的控制参数。
1.醇类发酵：醇类发酵是指利用微生物将可溶性糖转化为醇类化合物的过程。
常见的醇类发酵包括乙醇发酵和丙酮发酵。
乙醇发酵主要利用酵母菌将葡萄糖转化为乙醇，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
丙酮发酵主要利用丙酮菌将二糖转化为丙酮，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
2.酸类发酵：酸类发酵是指利用微生物将可溶性糖转化为有机酸的过程。
常见的酸类发酵包括乳酸发酵、醋酸发酵和柠檬酸发酵。
乳酸发酵主要利用乳酸菌将葡萄糖转化为乳酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
醋酸发酵主要利用醋酸菌将酒精转化为醋酸，主要控制参数包括温度、氧供给和培养基成分。
柠檬酸发酵主要利用柠檬酸菌将糖转化为柠檬酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
3.氨基酸发酵：氨基酸发酵是指利用微生物将有机物质转化为氨基酸的过程。
常见的氨基酸发酵包括谷氨酸发酵、赖氨酸发酵和组氨酸发酵。
谷氨酸发酵主要利用谷氨酸菌将有机物质转化为谷氨酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
赖氨酸发酵主要利用赖氨酸菌将有机物质转化为赖氨酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
组氨酸发酵主要利用组氨酸菌将有机物质转化为组氨酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
4.抗生素发酵：抗生素发酵是指利用微生物产生抗生素的过程。
常见的抗生素发酵包括青霉素发酵、链霉素发酵和红霉素发酵。
青霉素发酵主要利用青霉菌将有机物质转化为青霉素，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
链霉素发酵主要利用链霉菌将有机物质转化为链霉素，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
红霉素发酵主要利用红霉菌将有机物质转化为红霉素，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。
工业发酵的三种方式4
随着细胞生长，培养液中的营养物 减少，废物累，导致细胞生长速 率下降，进入减速期和稳定期。最 后当细胞死亡速率大于生成速率， 进入死亡期 对于初级代谢产物，在对数生长期初 期就开始合成并积累，而次级代谢产 物则在对数生长期后期和稳定期大量 合成。
分批培养的优缺点 优点 操作简单，周期短，染菌机会少， 生产过程和产品质量容易掌握 缺点 产率低，不适于测定动力学数据
4、连续培养（连续发酵）
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。 主要用于实验室进行发酵动力学研究。工业 上应用不常见，如用于废水处理、葡萄糖酸 发酵、酒精发酵等工业中，是因为这些菌种 遗传性质比较稳定。
达到稳态后，整个过程中菌的浓度，产 物浓度，限制性基质浓度都是恒定的。
迟滞期
对数生长期
稳
定 期
死亡期
（适用于单细胞微生物）
微生物生长分为：迟滞期、对数生长期、 稳定期和死亡期 在迟滞期，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。 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，比生长速率几近常数。这个时期称为对 数生长期
连续培养的优缺点 优点 控制稀释速率可以使发酵过程最优 化。发酵周期长，得到高的产量。由于μ ＝D，通过改变稀释速率可以比较容易的 研究菌生长的动力学 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。
μ＝D 比生长速率； 稀释率
工业发酵过程的种类
分批培养 补料分批培养
半连续培养
连续培养
1、 分批发酵（间歇发酵） 简单的过程，培养基中接入菌种以后， 没有物料的加入和取出，除了空气的 通入和排气。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。 工业常见。目前多用在酒精、氨基酸、 抗生素生产中。
工业微生物发酵过程的调控技术
工业微生物发酵过程的调控技术工业微生物发酵过程是指利用微生物进行生产的过程。
目前，微生物发酵生产已成为现代工业生产不可或缺的一部分。
工业微生物发酵过程的调控技术是指通过对发酵过程中微生物、培养基、酶、微生物生长条件等等的各种因素进行调控和控制，以保证发酵过程达到最优化的程度，生产出高质量的产物。
工业微生物发酵过程的调控技术主要包括以下几个方面：微生物的选择和改良、培养基的配方与优化、发酵参数的调控和控制、生物反应器的建设与管理等。
微生物的选择和改良在微生物发酵过程中，首先要选择合适的微生物。
合适的微生物具有生长速度快、耐受性好、产量高等特点。
对于已经选定的微生物，可以通过实验室的基因工程技术等手段来进行改良，以提高其生产能力。
培养基的配方与优化培养基是微生物发酵的营养基础，其优化对生产效率的提升起着关键的作用。
常用的培养基主要包括碳源、氮源、矿质盐、生长因子等。
在培养基中合理配置和控制以上各种物质的比例，可以使微生物在生长与代谢过程中的营养需要得到满足。
发酵参数的调控和控制发酵参数包括发酵温度、pH、溶氧量等。
发酵过程中，通过合理地调控和控制这些参数可以使微生物生长得到优化，并产生高质量的产物。
在发酵过程中，要对发酵温度、pH、溶氧量等进行实时监测和控制，以确保发酵过程处于最佳状态。
生物反应器的建设与管理生物反应器是微生物发酵过程中的核心设备。
生物反应器的建设和管理包括反应器种类的选择、设备的维护和维修、生物传质、保持反应器内气体的通风等等。
保证生物反应器的稳定运行是工业微生物发酵过程的关键之一。
综上所述，工业微生物发酵过程的调控技术是一个非常复杂和系统的问题，需要从微观层面到宏观层面综合考虑多种因素的作用和相互关系。
只有通过合理的调控和控制，才能生产出满足客户需求的高品质产物。
发酵过程中工艺参数的检测和控制
发酵过程中工艺参数的检测和控制引言发酵是许多生物过程中的重要步骤，广泛应用于食品工业、制药工业以及生物燃料生产等领域。
在发酵过程中，工艺参数的检测和控制对于保证产品质量和提高生产效率起着关键作用。
本文将介绍发酵过程中常见的工艺参数，以及如何通过检测和控制这些参数来优化发酵过程。
1. 温度的检测和控制温度是发酵过程中最基本也是最重要的工艺参数之一。
不同的微生物对温度的要求不同，因此在发酵过程中，需要准确地检测和控制温度以满足微生物的生长和代谢需求。
1.1 温度的检测方法常用的温度检测方法包括使用温度计、红外线测温仪以及温度传感器等。
温度计适用于小规模的发酵过程，能够直接测量液体中的温度。
红外线测温仪可以通过测量光谱的方式非接触地测量物体表面的温度，适用于大规模发酵过程中的温度检测。
温度传感器可以安装在发酵罐内，通过测量发酵液的温度来得到准确的温度数据。
1.2 温度的控制方法温度的控制可以通过调节加热或冷却系统来实现。
在小规模的发酵过程中，可以使用加热器和冷却器来控制温度。
温度传感器监测到的温度与设定的目标温度进行比较，然后通过调节加热器或冷却器的电流或气流来调整温度。
在大规模发酵过程中，还可以使用冷却水循环系统或蒸汽加热系统来控制温度。
2. pH值的检测和控制pH值是指溶液酸碱程度的指标，对于许多微生物的生长和代谢过程也起着重要作用。
在发酵过程中，pH值的检测和控制对于调节微生物的生长环境、抑制有害菌的生长以及促进产品产生等方面起着重要作用。
2.1 pH值的检测方法常用的pH值检测方法包括使用酸碱度试纸、玻璃电极pH计以及电化学传感器等。
酸碱度试纸是一种简单易用的检测方法，通过试纸的颜色变化来判断溶液的pH值范围。
玻璃电极pH计可以直接测量溶液的pH值，并给出精确的数值结果。
电化学传感器也可以被用于连续监测pH值的变化。
2.2 pH值的控制方法pH值的控制可以通过添加酸或碱来实现。
根据pH值的变化情况，通过自动控制系统来准确地调节加酸或加碱的量。
工业发酵主要类型及主要控制参数(精)
《生物制药工艺技术》课程教学方案教师：苏艳授课专业生物技术及应用、生物制药技术上课地点授课时间第周学习内容项目6、发酵过程控制（2）工业发酵主要类型及主要控制参数课时8教学目标知识目标 了解发酵过程中各参数：温度、pH、泡沫等对发酵过程的影响。
技能目标能根据不同发酵过程控制发酵参数。
能处理发酵过程中出现的问题。
素质目标培养学生理论联系实际动手操作能力、自主性、创造性、严谨的科学态度；吃苦耐劳、团队协作精神，良好的职业素养。
教学重点难点重点：发酵过程中参数的控制。
难点：发酵过程中参数的选择。
目标群体学生在前面学习了“发酵罐及附属设备的结构”，具备了《应用微生物技术》的基础知识。
教学环境教室教学方法理论讲授时间安排教学过程设计[课型] 理论课：多媒体辅助讲授[组织教学]5分钟演讲，1分钟安全教育[实施新课]讲授：项目6 发酵过程的控制知识目标:•了解发酵过程中各参数对发酵过程的影响。
•掌握发酵过程中各发酵参数的控制。
能力目标:•能根据不同发酵过程控制发酵参数。
•能处理发酵过程中出现的问题。
素质目标:•培养学生理论联系实际动手操作能力、自主性、创造性、严谨的科学态度；吃苦耐劳、团队协作精神。
任务1工业发酵主要类型及主要控制参数一、概述发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程。
广义上将发酵看作是微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。
两者在工艺过程上大体相同，主要工艺过程为：斜面菌种培养-菌体或孢子悬浮液制备-种子扩大培养-发酵培养-发酵产物与发酵基质分离-提纯与精制-成品。
固态发酵是将微生物接种到经过处理的固体发酵基质上，或将发酵原料及菌体吸附在疏松的固体支撑物上，通过微生物的代谢活动，使发酵原料转化成发酵产品。
采用固态发酵工艺所需设备简单，不需要结构复杂的发酵堆；操作方法简单，能耗较低，不需要大量的通风和搅拌。
发酵工艺的过程控制
发酵工艺的过程控制引言发酵工艺是一种将有机物质通过微生物的作用转化为需要的产物的过程。
在发酵过程中，微生物通过吸收养分、产生代谢产物和释放能量，完成了物质的转化。
为了保证发酵过程的高效和稳定，控制发酵过程至关重要。
本文将介绍发酵工艺的过程控制，包括控制参数和控制策略。
1. 发酵过程的控制参数发酵过程的控制参数是指影响发酵过程的参数，包括温度、pH值、溶氧量、搅拌速度、发酵菌种等等。
这些控制参数对于发酵过程的高效和稳定起到了重要的作用。
1.温度：发酵过程中适宜的温度可以促进微生物的生长和代谢活动。
不同的发酵过程需要不同的温度，一般在微生物的最适生长温度附近，通常在25-42摄氏度之间。
2.pH值：发酵过程中的pH值对微生物的生长和代谢活动有重要影响。
不同的微生物对于pH值的需求不同，一般在微生物最适生长pH值的附近维持。
3.溶氧量：溶氧量是指发酵液中的氧气饱和度。
微生物在发酵过程中需要氧气进行呼吸和代谢活动。
合适的溶氧量可以提高发酵效率和产物质量。
4.搅拌速度：搅拌速度对于发酵液中的微生物的分散性和氧气气液传递有着重要影响。
适当的搅拌速度可以保证发酵液中的微生物充分接触营养物质和氧气。
5.发酵菌种：选择适宜的发酵菌种对于发酵过程的控制至关重要。
合适的发酵菌种应具备高发酵活力、产物合成能力和抗污染能力。
2. 发酵过程的控制策略为了实现对发酵过程的有效控制，需要采取相应的控制策略。
以下是几种常见的发酵过程控制策略。
1.反馈控制：反馈控制是根据实时的监测数据对发酵过程进行调节。
通过监测发酵过程中的温度、pH值、溶氧量等参数，将实际参数与设定值进行比较，根据误差进行反馈调整，以维持发酵过程的稳定性。
2.前馈控制：前馈控制是根据预期的发酵过程需求提前对控制参数进行调整。
通过事先设定好的控制策略，根据发酵过程中的状态进行预测和计算，提前对控制参数进行调整，以达到预期的控制效果。
3.比例积分控制：比例积分控制是通过调整控制器的比例参数和积分参数来改变控制器的工作方式。
第七章发酵工艺控制
如：许多抗生素和色素的发酵
第二节
一、物理参数
工业发酵过程的主要 控制参数
1、温度 与温度有关的因素： 氧在培养液中的溶解度和传递速率 菌体生长速率和产物合成速率 测量工具：铂电阻或热敏电阻
• 2、压力（Pa）
与压力高低有关的因素： 罐压高低与氧和CO2在培养液中的溶解度有关 罐压一般范围： 0.2×105～0.5×105 Pa 测量工具： 隔膜法压力表或压敏电阻压力表
1、分批发酵
概念：
分批发酵：指将微生物和营养物一次性加入发酵 罐中，经过培养生长，最后一次收获的培养方式， 中间除了空气进入和尾气排出，没有物料交换。 在分批发酵中，培养基是一次性加入，不再 补充，随着微生物的生长繁殖活跃，营养物质逐 渐消耗，有害代谢产物不断积累，因此其生长速 度将随时间发生有规律性的变化。
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 可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成 细胞大量生长所引起的一切影响；
③ 可用作为控制细胞质量的手段，以提高发芽 孢子的比例； ④ 可作为理论研究的手段，为自动控制和最优 控制提供实验基础。
与连续培养相比优点
④ 衰亡期
细胞死亡率增加，明显超过新生率，进入 衰亡期。多数发酵在到达衰亡期前就结束。 特点：活的细胞数目以对数速率急剧下降、 细胞裂解或自溶。衰亡期比其它期相对较 长。
分批发酵优缺点：
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① ② ③ ④
优点：
操作简单 周期短 染菌机会少 产品质量易于控制
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缺点：
① 生产能力不是很高 ② 非生产周期较长，使得发酵成本高
三、生物参数
1、菌体形态 菌体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。 用显微镜观察菌体形态 2、菌体浓度 概念：菌体浓度是指单位体积培养液中菌体的 含量。 根据菌体浓度的大小决定适合的补料量和供氧 量，同时可判断目的产物的产量是否达到最大量。