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1、第七章发酵过程中的终点判断本讲稿第一页，共十二页一、发酵终点的判断一、发酵终点的判断生产能力是指单位时间内单位罐体积所积生产能力是指单位时间内单位罐体积所积累的产物量，其单位是累的产物量，其单位是g/Lg/Lh h。生产既要高产量又要低成本。生产既要高产量又要低成本。发酵末期，菌体的分泌能力都要下降，使发酵末期，菌体的分泌能力都要下降，使产物的生产能力下降或停止。产物的生产能力下降或停止。发酵末期有些产生菌还会发生自溶。发酵末期有些产生菌还会发生自溶。确定合适的微生物发酵终点，对提高产物确定合适的微生物发酵终点，对提高产物的生产能力和经济效益是很重要的。的生产能力和经济效益是很重要的。本讲稿第
2、二页，共十二页一、发酵终点的判断一、发酵终点的判断考虑经济因素考虑经济因素 最适发酵时间：以能最大限度地降低成本和最最适发酵时间：以能最大限度地降低成本和最大限度地取得最大生产能力的发酵时间大限度地取得最大生产能力的发酵时间考虑对产品质量的影响考虑对产品质量的影响 发酵时间长短对后步提取工艺和产品质量有很大发酵时间长短对后步提取工艺和产品质量有很大的影响。的影响。特殊因素特殊因素 染菌、异常代谢时，需要适当处理。染菌、异常代谢时，需要适当处理。本讲稿第三页，共十二页合理的发酵终点即放罐时间由实验来确定。合理的发酵终点即放罐时间由实验来确定。采用生产力高而成本又低的发酵时间采用生产力高而成本又低
3、的发酵时间作为放罐时间。作为放罐时间。综合考虑一些参数。综合考虑一些参数。产物产量、过滤速度、氨基氮的含量、产物产量、过滤速度、氨基氮的含量、菌体形态、菌体形态、pH等等一、发酵终点的确定一、发酵终点的确定本讲稿第四页，共十二页二、发酵工艺的放大二、发酵工艺的放大1 1、不同规模发酵间的差异、不同规模发酵间的差异（1 1）摇瓶和罐培养的差异）摇瓶和罐培养的差异 a a、氧传递速率和溶解氧浓度的差异、氧传递速率和溶解氧浓度的差异 b b、COCO2 2浓度的差异浓度的差异 c c、菌丝受机械损伤的差异、菌丝受机械损伤的差异（2 2）不同规模发酵罐之间的差异）不同规模发酵罐之间的差异 a a、菌体
4、繁殖代谢的差异、菌体繁殖代谢的差异 b b、培养基灭菌的差异、培养基灭菌的差异 c c、通气与搅拌的差异、通气与搅拌的差异 d d、热传递的影响、热传递的影响 f f、种子质量的差异、种子质量的差异本讲稿第五页，共十二页2 2、发酵工艺的放大、发酵工艺的放大发酵工艺放大的原则发酵工艺放大的原则 放大过程中菌体所处的环境完全相同放大过程中菌体所处的环境完全相同 物理、化学及生物因素的影响物理、化学及生物因素的影响 一般工业中采用对发酵影响比较敏感的参一般工业中采用对发酵影响比较敏感的参数作为放大的依据。数作为放大的依据。对需氧发酵来说，对需氧发酵来说，液相体积氧传质系数或液相体积氧传质系数或单位
5、体积输入功率单位体积输入功率作为放大的依据。作为放大的依据。本讲稿第六页，共十二页以单位体积输入功率相等为基础进行放大以单位体积输入功率相等为基础进行放大 早期采用几何相似和单位体积输入功率早期采用几何相似和单位体积输入功率相等进行放大。相等进行放大。以保持相等以保持相等KLa或溶解氧浓度为基础进行或溶解氧浓度为基础进行放大放大 主要考虑微生物生理活动条件的一致性主要考虑微生物生理活动条件的一致性 以溶解氧为基础进行工艺放大，可通过以溶解氧为基础进行工艺放大，可通过改变罐形状，或调节工艺条件，及培养基改变罐形状，或调节工艺条件，及培养基的组成来达到。的组成来达到。本讲稿第七页，共十二页人工控制
6、与自动控制人工控制与自动控制自动控制包括：自动控制包括：和过程的未来状态相联系的控制目的或目标（如要求控和过程的未来状态相联系的控制目的或目标（如要求控和过程的未来状态相联系的控制目的或目标（如要求控和过程的未来状态相联系的控制目的或目标（如要求控制的温度、制的温度、制的温度、制的温度、pHpHpHpH值、生物量浓度等）；值、生物量浓度等）；值、生物量浓度等）；值、生物量浓度等）；一组可供选择的控制动作（如阀门的开、关，泵的开、一组可供选择的控制动作（如阀门的开、关，泵的开、一组可供选择的控制动作（如阀门的开、关，泵的开、一组可供选择的控制动作（如阀门的开、关，泵的开、停等）；停等）；停等）；
7、停等）；一种能够预测控制动作对过程状态影响的模型一种能够预测控制动作对过程状态影响的模型（如用加入基质的浓度和速率控制细胞生长速率时（如用加入基质的浓度和速率控制细胞生长速率时需要能表达它们之间相关关系的数学式）。需要能表达它们之间相关关系的数学式）。三、三、发酵过程检测与自控发酵过程检测与自控本讲稿第八页，共十二页发酵过程对传感器的特殊要求发酵过程对传感器的特殊要求传感器除了满足常规要求，诸如：可靠性、传感器除了满足常规要求，诸如：可靠性、准确性、精确度、响应时间、分辨能力、准确性、精确度、响应时间、分辨能力、灵敏度、测量范围、特异性、可维修性等，灵敏度、测量范围、特异性、可维修性等，还应当
8、满足一些特殊要求：还应当满足一些特殊要求：一般要求传感器能与发酵液同时进行高压蒸一般要求传感器能与发酵液同时进行高压蒸汽灭菌汽灭菌其次是在发酵过程中保持无菌的问题其次是在发酵过程中保持无菌的问题还有一个问题是传感器易被培养基和细胞沾还有一个问题是传感器易被培养基和细胞沾污污本讲稿第九页，共十二页发酵自控系统由测量系统、数据处理系统发酵自控系统由测量系统、数据处理系统和控制系统组成，其中硬件包括传感器、和控制系统组成，其中硬件包括传感器、变送器、执行机构、转换器、过程接口和变送器、执行机构、转换器、过程接口和监控计算机等。书图监控计算机等。书图7-9本讲稿第十页，共十二页变送器是将传感器获取的信
9、号转换成能被变送器是将传感器获取的信号转换成能被控制器接受的信号。控制器接受的信号。执行机器是直接实施控制动作的元件执行机器是直接实施控制动作的元件监控计算机监控计算机本讲稿第十一页，共十二页过程监控计算机在发酵自控中的作用有：过程监控计算机在发酵自控中的作用有：从发酵过程中采集和存贮数据；从发酵过程中采集和存贮数据；用图形和列表方式显示存贮的数据；用图形和列表方式显示存贮的数据；对存贮的数据进行各种处理和分析；对存贮的数据进行各种处理和分析；和检测仪表和其他计算机系统进行通讯；和检测仪表和其他计算机系统进行通讯；对模型及其参数进行辨识；对模型及其参数进行辨识；实施复杂的控制算法。实施复杂的控制算法。本讲稿第十二页，共十二页