发酵工艺控制培训课程

3、最适pH的选择和调节
• 最适pH的选择和调节的原则： l 既有利于菌体的生长繁殖，又可最大限度的获得高产。 l 根据不同微生物的特性，在发酵过程中随时检查pH 值的变化，选用适当的方法进行调节。
• 生长最适pH和产物形成最适pH的相互关系： ①两者相同，范围都宽；容易控制。 ②两者相同，范围都窄；必须严格控制。 ③两者相同，范围一宽一窄；必须严格控制。 ④两者不同，范围都窄；分别严格控制。
Q发酵=(M1c1+ M2c2)·S M1、c1 —发酵液质量、比热； M2、c2 —发酵罐质量、比热； S—温度上升速率。
4、最适温度选择与发酵温度控制
• 温度变化的一般规律与控制的一般原则
l 接种后发酵温度有下降趋势，此时可适当升高温度， 以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖；
l 待发酵液温度开始上升后，应保持在菌体的最适生长 温度；
l 生物热：微生物生长繁殖过程中的产热 l 搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热 l 蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量 l 辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量 l 显 热：空气流动过程夹带着的热量 l Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发Q显-Q辐射
3、发酵热的测定
①通过冷却水进出口温度和流量测定：
Q发酵=G·cw·(t1-t2)/V G—冷却水流量； Cw—水的比热； V—发酵液体积。 ②通过发酵液温度随时间上升的速率测定：
如：青霉素分别为： 30℃和 24.7 ℃。
• 青霉素发酵的温度控制
l 0-5h：30°C
30
l 6-35h：25°C
25
25
l 36-85h：20°C l 86-125h：25°C
05
35 20 85
125
4、最适温度选择与发酵温度控制
—发酵温度控制
• 进行温度控制时应考虑的因素
l 不同菌种在不同生长阶段的生长和生产特性 l 参考其它发酵条件（通气、培养基成分和浓
发酵工艺控制培训课程
2020年4月24日星期五
发酵的一般流程
培养基配制
种子扩大培养
空气除菌 发酵设备
培养基灭菌
发酵生产
下游处理
提纲
• 温度控制 • pH值控制 • 溶氧控制 • 二氧化碳控制 • 泡沫的控制
1、温度对发酵的影响
• 对细胞生长的影响：温度升高，从酶反应动力学来看，生 长代谢加快，但由于酶很容易热失活，所以高温时菌体易 于衰老；
二、pH值对发酵的影响及控制
• 发酵液pH对菌体生长、繁殖和产物积累影响较大 。生产前应进行试验和研究。
• 菌体生长、繁殖和产物积累的最适pH不一定相同 。
• 整个发酵过程的pH是变化的。 1、 pH对发酵的影响 2、影响发酵pH的因素 3、最适pH的选择和调节
1、 pH对发酵的影响
• 微生物生长最适pH值范围 不同的微生物具有不同的最适生长的pH值。 细菌6.5-7.5； 放线菌6.5-8.0； 霉菌4.0-5.8； 酵母菌3.8-6.0
三、氧对发酵的影响
• 氧是制约发酵进行的重要因素 l 氧难溶于水，培养基中贮存的氧量很少； 【纯氧溶纯水，1.26mmol/L；空气氧溶纯水，0.25；培养基更低】 l 高产株和加富培养基的采用以及发酵周期的缩短 加剧了对氧的需求； l 形成产物的最佳氧浓度和生长的最佳氧浓度有可 能是不同的； l 发酵罐中氧的吸收率很低；（多数＜ 2%；通常＜ 1%） l 加大通气量会引起过多泡沫； l 消泡剂不利于氧的溶解。
度、pH值等），如通气条件差时，则最适 发酵温度比通气良好时低。
4、最适温度选择与发酵温度控制
—发酵温度控制
• 温度控制的方法
l 冷却是主要的方法，通常是利用发酵罐的热 交换装置进行降温，如果气温较高，冷却水 温度也较高时，多采用冷媒(盐水)进行降温。
l 发酵罐的热交换装置：
l 罐外夹套 l 罐内蛇管、列管
围是高产的保证。
2、影响发酵pH的因素
• 生理碱性物质和生理酸性物质 • 生理碱性物质：经微生物代谢后，导致pH上升（
碱性物质生成或酸性物质消耗）的物质。
如：有机氮源，硝酸盐，有机酸。 （产NH3、NaOH）
• 生理酸性物质：经微生物代谢后，导致pH下降（ 酸性物质生成或碱性物质消耗）的物质。
如：物形成的影响：菌体生长速率、呼吸强度和代谢产物 形成速率的最适温度往往是不同的；温度升高，一般产物 生成提前；
• 对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而改变； • 对发酵液物理性质及溶解氧的影响：影响氧的溶解和传递
，影响一些基质的分解，间接影响生物合成。
2、影响发酵温度的因素
• 发酵热的成分
l 到主发酵旺盛阶段，温度应控制在比最适生长温度低 些，即代谢产物合成的最适温度；
l 到发酵后期，温度下降，此时适当升温可提高产量。 l 选择是相对的，要考虑培养基成分、浓度；溶氧（温
升氧降）；生长阶段；培养条件等。
4、最适温度选择与发酵温度控制
—最适温度选择
• 最适温度分最适生长温度和最适产物合成温度，两者 往往不同，各阶段可用不同温度。
3、最适pH的选择和调节
• 选择pH值的方法：通过实验确定。 配制并始终调节控制不同pH，检出菌体或产物最大值。
• 调节pH值的方法： l 主要考虑培养基中生理酸、碱性物质的配比； l 补料调节：调节通气量、调整盐类、氮源、碳源的配 比平衡； 如：青霉素生产的葡萄糖补加控制pH。 （按需补糖比恒速补糖效果好。） l 添加弱酸或弱碱、加缓冲剂。（一般效果不好）
2、影响发酵pH的因素
• 影响pH值的因素：培养基成份、微生物代谢特性决 定发酵过程的pH变化。（综合反映）
• 此外，通气状况的变化，菌体自溶和杂菌污染都可 能引起发酵液pH的变化。
• 微生物改变培养液pH以适合自身生长的能力很强。 • 发酵液的实际pH是“成分”和“途径”的统一。 • 确定和有效控制pH在菌体生长或产物积累的最适范
• 产物形成最适pH值范围 微生物的生长和产物形成的最适pH值往往不同。 少数一致，大多不同； 有的偏高，有的偏低。
1、 pH对发酵的影响
pH对微生物生长和产物形成影响的原因： l pH值影响菌体形态，如壁厚薄、长径比； l pH值改变使原生质膜电荷发生改变，影响菌体对营养 物质的吸收和代谢产物的排出； l pH值直接影响酶活性； l pH值影响某些重要营养物质和中间代谢产物的离解， 从而影响微生物对这些物质的利用。 l pH影响生物合成的途径。 如：黑曲霉pH=2-3时产柠檬酸；近中性时产草酸、 葡萄糖酸。