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1、-发酵过程控制第1页，此课件共110页哦第一节第一节 微生物发酵类型微生物发酵类型第2页，此课件共110页哦发酵过程按进行过程有三种方式：分批发酵(Batch fermentation)补料分批发酵(Fed-batch fermentation)连续发酵(Continuous fermentation)第3页，此课件共110页哦是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。（一）分批发酵第4页，此课件共110页哦优点操作简单；操作引起染菌的概率低。不会产生菌种老化和变异等问题缺点
2、非生产时间较长、设备利用率低。分批发酵的优缺点第5页，此课件共110页哦分批发酵的生长曲线单细胞微生物第6页，此课件共110页哦分批发酵的类型Gadens fermentation classification（按照菌体生长，碳源利用和产物生成的变化）第一类型第二类型第三类型第7页，此课件共110页哦第一类型（生长关联型）n产物直接来源于产能的初级代谢（自身繁殖所必需的代谢），菌体生长与产物形成不分开。n例如单细胞蛋白和葡萄糖酸的发酵第8页，此课件共110页哦第二类型（部分生长关联型）产物也来源于能量代谢所消耗的基质，但产物的形成在与初级代谢分开的次级代谢中，出现两个峰，菌体生长进入稳定期，出
3、现产物形成高峰。例如，柠檬酸和某些氨基酸的发酵。第9页，此课件共110页哦第三类型（非生长关联型）n产物是在基质消耗和菌体生长之后，菌体利用中间代谢反应来形成的，即产物的形成和初级代谢是分开的。n如抗生素发酵。第10页，此课件共110页哦生长关联型（growth associated）第11页，此课件共110页哦非生长关联型non-growth associated 第12页，此课件共110页哦分批发酵的分类对实践的指导意义分批发酵的分类对实践的指导意义从上述分批发酵类型可以分析：如果生产的产品是生长关联型（如菌体与初级代谢产物），则宜采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长
4、期；如果产品是非生长关联型（如次级代谢产物），则宜缩短对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后延长平衡期，以提高产量。第13页，此课件共110页哦（二）补料分批发酵（二）补料分批发酵1、定义 补料分批发酵又称半连续发酵或流加分批发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。第14页，此课件共110页哦补料分批发酵的优缺点优点使发酵系统中维持很低的基质浓度；延长发酵周期。缺点存在一定的非生产时间；和分批发酵比，中途要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险。第15页，此课件共110页哦补料分批发酵的类型补料方式连续流加不连续流加多周期流加补料成分单一组分流加多组分流加控制方式反馈控制
5、无反馈控制第16页，此课件共110页哦（三）连续发酵1、定义 培养基料液连续输入发酵罐，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。第17页，此课件共110页哦连续发酵的优缺点连续发酵的优缺点优点能维持低基质浓度；可以提高设备利用率和单位时间的产量；便于自动控制。缺点菌种发生变异的可能性较大；要求严格的无菌条件。第18页，此课件共110页哦连续发酵的类型连续发酵的类型恒化培养使培养基中限制性基质的浓度保持恒定恒浊培养使培养基中菌体的浓度保持恒定第19页，此课件共110页哦第20页，此课件共110页哦物理参数：物理参数：温度压力搅拌转速搅拌功率空气流量：通气比大多在0.5-
6、1.5vvm；通气比：每分钟每单位体积发酵液通入空气的体积。粘度：PaS （反映：菌浓、形态）；第二节第二节 发酵过程的工艺参数控制发酵过程的工艺参数控制第21页，此课件共110页哦二、化学参数二、化学参数pH：产酸、产碱反应的综合结果，重要参数之一；基质浓度基质浓度（残C、N、溶Pi）：过程定时检测，进行补料；DO：调节通气量、搅拌转速、放大的依据；氧化还原电位：mV，影响生长；产物产物浓度（发酵单位/效价）：u（g）/ml、g/L；排气CO2浓度：计算呼吸商。第22页，此课件共110页哦三、生物参数三、生物参数菌丝形态：判断种子质量、发酵终点；菌体浓度：其变化反映为生长曲线，影响DO，用于
7、动力学研究。第23页，此课件共110页哦四、间接参数四、间接参数根据发酵液的菌体量和单位时间的菌浓、溶氧浓度、基质浓度和产物浓度等参数的变化值，可分别计算出菌体的比生长速率、氧的比消耗速率、基质的比消耗速率和产物比生产速率。第24页，此课件共110页哦摄氧率r：单位体积培养液每小时所消耗的氧量（mmol/L.h）1、摄氧率第25页，此课件共110页哦呼吸强度QO2：单位重量的干菌体每小时所消耗的氧量（mmol/g.h）2、呼吸强度第26页，此课件共110页哦呼吸商RQ：3、呼吸商第27页，此课件共110页哦目前较常测定的参数有温度、罐压、空气流量、搅拌转速、pH、溶氧、基质浓度、菌体浓度等。不
8、常测定的参数有氧化还原电位、粘度、尾气中的O2和CO2含量等。参数测定方法有：在线测定取样测定（离线测定）第28页，此课件共110页哦研究代谢变化：菌体生长、发酵参数、产物形成速度之间的关系。（代谢曲线：随时间的变化曲线）第三节第三节 发酵过程中的代谢变化发酵过程中的代谢变化第29页，此课件共110页哦一、初级代谢的代谢变化一、初级代谢的代谢变化生长过程：延滞期、对数期、静止期、死亡期。缩短、接种、此时接种会出现延滞期 第30页，此课件共110页哦二、次级代谢的代谢变化二、次级代谢的代谢变化次级代谢产物：抗生素、生物碱、微生物毒素等。代谢变化分为菌体生长、产物合成和菌体自溶3个阶段。1 1、菌
9、体生长阶段、菌体生长阶段（发酵前期）：C、N、磷酸盐快速消耗；菌浓快速增加；DO下降，pH下降后再上升/上升后再下降第31页，此课件共110页哦2、产物合成阶段、产物合成阶段（发酵中期）：严格控制C、N、磷：过多，转向初级代谢；（半饥饿状态）过少，易衰老。3、菌体自溶阶段、菌体自溶阶段（发酵后期）：NH2-N、pH回升，生产速度下降。发现自溶，赶紧放罐(控制产物纯度不下降)。第32页，此课件共110页哦Penicillin Fermentation Profile 变化曲线变化曲线第33页，此课件共110页哦第四节第四节 菌体浓度的影响及其控制菌体浓度的影响及其控制 1、菌浓及其测定：、菌浓及
10、其测定：菌浓（菌浓（X）：单位体积培养液中菌体的含量。菌浓菌浓测定（湿）：取10 ml发酵液于10 ml 刻度试管，3500 rpm离心15 min，计算菌体的体积百分数。菌体干重菌体干重测定：将50 ml发酵液于4800 rpm离心15 min，收集菌体用蒸馏水洗涤后离心，重复2次，80（或100、105）干燥至恒重，称重得菌体干重（Dry cell weight，DCW）。参参考考第34页，此课件共110页哦影响菌体生长的因素影响菌体生长的因素1.微生物的种类2.营养物质和环境条件：基质浓度、溶氧、温度、pH、渗透压、水活度等第35页，此课件共110页哦2、菌浓的影响、菌浓的影响a、菌浓增
11、加：基质消耗、耗氧增加，粘度增大。b、菌浓过高：有毒中间产物的快速积累，会改变代谢途径，抑制产物合成。c、在DO、营养满足的条件下，菌浓越大，产量越高。d、选择合适菌浓，产量最大化第36页，此课件共110页哦图图 不同菌浓不同菌浓(DCW)(DCW)对利迪链菌素发酵的影响对利迪链菌素发酵的影响最适菌浓的确定最适菌浓的确定第37页，此课件共110页哦3、菌浓的控制手段：、菌浓的控制手段：调整基础M：配比调整中间补料（氮源、磷酸盐等）；菌浓过高：带放、补无菌水；变温培养：调控代谢速度。第38页，此课件共110页哦第五节第五节 基质的影响及其控制基质的影响及其控制M中的营养物质：中的营养物质：C、N
12、、Pi基质种类、浓度基质种类、浓度菌体生长、代谢菌体生长、代谢影响影响第39页，此课件共110页哦一、碳源种类、浓度的影响和控制一、碳源种类、浓度的影响和控制1、种类种类（按利用快慢分）：（按利用快慢分）：速效速效C源：源：利用快，有利于菌体生长，过多有时对产物合成产生阻遏作用。（葡萄糖）（葡萄糖）迟效迟效C源：源：缓慢利用的碳源，有利于延长产物的合成。（淀粉、蔗糖、乳糖、麦芽糖，豆油等）淀粉、蔗糖、乳糖、麦芽糖，豆油等）第40页，此课件共110页哦2、碳源浓度的控制、碳源浓度的控制在发酵过程中，补加糖类控制碳源浓度在发酵过程中，补加糖类控制碳源浓度。补糖方式：补糖方式：a、连续流加、连续流加
13、/滴加滴加；-残糖稳定残糖稳定b、少量多次加入、少量多次加入；c、多量少次加入、多量少次加入。第41页，此课件共110页哦补糖量补糖量-经验法经验法：例：例：青霉素：根据根据经验经验，以最高，以最高产产量罐批的加糖率量罐批的加糖率为为指指标标，并依据菌体，并依据菌体浓浓度、一定度、一定时时间间内的糖比消耗速率和残糖等加以修正。内的糖比消耗速率和残糖等加以修正。青霉素青霉素发发酵开始酵开始补补糖在残糖降至糖在残糖降至1.5%、pH开始回升开始回升时补时补糖。糖。补补糖量糖量以最高罐批以最高罐批经验经验量量为为参考。参考。每小每小时时前期前期040h中期中期4090h后期后期90以后以后加糖量加糖
14、量0.08%-0.15%0.15%-0.18%0.15%-0.18%第42页，此课件共110页哦二、氮源种类、浓度的影响和控制二、氮源种类、浓度的影响和控制1、氮源的种类影响、氮源的种类影响：速效速效N源：源：易被菌体利用，明显促进菌体生长。易被菌体利用，明显促进菌体生长。氨水、氨水、铵盐和玉米浆铵盐和玉米浆，有些品种：高浓度，有些品种：高浓度NH4+抑制。抑制。迟效迟效N源：源：有利于延长次级代谢产物的分泌期。有利于延长次级代谢产物的分泌期。黄豆饼粉、黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉花生饼粉、棉子饼粉。粘度大。粘度大。发酵工业中常采用混合氮源。发酵工业中常采用混合氮源。第43页，此课件共110页
15、哦2、氮源浓度的影响控制、氮源浓度的影响控制氮源浓度对菌体生长和产物合成的氮源浓度对菌体生长和产物合成的量与方向量与方向都有影响。都有影响。氮源浓度的控制：氮源浓度的控制：控制基础培养基中的配比。控制基础培养基中的配比。通过补加氮源。通过补加氮源。补氮的依据：残氮量、补氮的依据：残氮量、pH值、菌体量。值、菌体量。第44页，此课件共110页哦3、补加氮源、补加氮源一般补：（NH4）2SO4、氨水（NH3 H2O）；也有补：尿素、玉米浆、酵母粉。方式：流加、少量多次。第45页，此课件共110页哦三、磷酸盐浓度的影响和控制三、磷酸盐浓度的影响和控制1、磷源种类、磷源种类：磷酸二氢钾磷酸二氢钾(含磷
16、含磷31/136)、玉米浆玉米浆(1.8%)、黄豆饼粉（、黄豆饼粉（0.73%）发酵磷发酵磷元素元素的平衡：的平衡：培养基中投入的磷量培养基中投入的磷量+接种带入磷量接种带入磷量+中间补磷量中间补磷量=放罐菌丝总含磷量放罐菌丝总含磷量第46页，此课件共110页哦2、磷酸盐浓度的影响：、磷酸盐浓度的影响：明显促进新生菌丝的生长明显促进新生菌丝的生长（菌量的增加）（菌量的增加）；（0.32-300mM）对于次级代谢产物，高浓度的磷酸盐能抑制产物对于次级代谢产物，高浓度的磷酸盐能抑制产物合成。合成。（低浓促进、高浓抑制）（低浓促进、高浓抑制）（10mM以下）以下）第47页，此课件共110页哦3、磷酸
17、盐浓度的控制、磷酸盐浓度的控制a、基础、基础M中采用适宜浓度中采用适宜浓度：对于初级代谢产物，磷酸盐浓度采用足量。对于初级代谢产物，磷酸盐浓度采用足量。对于次级代谢产物，磷酸盐浓度采用生长亚适量。对于次级代谢产物，磷酸盐浓度采用生长亚适量。生长亚适量生长亚适量：对生长不是最适合但又不影响生长的量：对生长不是最适合但又不影响生长的量（比最适量比最适量要低要低）。第48页，此课件共110页哦b、一般磷酸盐采用单消，、一般磷酸盐采用单消，防止沉淀反应防止沉淀反应。c、当菌体生长、当菌体生长和代谢和代谢缓慢时，可补加适量的磷，缓慢时，可补加适量的磷，促进菌体生长促进菌体生长和产物合成和产物合成。第49
18、页，此课件共110页哦第六节第六节 温度的影响及其控制温度的影响及其控制1、温度对发酵的影响：、温度对发酵的影响：影响各种酶促反应的速度；影响各种酶促反应的速度；影响发酵液的物理性质；影响发酵液的物理性质；影响合成代谢产物的方向，调节次级代谢产物的组分比例；影响合成代谢产物的方向，调节次级代谢产物的组分比例；黄曲霉毒素B2黄曲霉毒素G1第50页，此课件共110页哦 例：青霉菌生产青霉素 青霉菌生长活化能E=34kJ/mol 青霉素合成活化能E=112kJ/mol 青霉素合成速率对温度较敏感，温度控制相当重要。第51页，此课件共110页哦2、发酵热、发酵热（KJ/m3h）搅拌器搅拌器/液体摩擦液
19、体摩擦 排气散热排气散热 糖代谢糖代谢 蒸发水分蒸发水分 罐内外温差罐内外温差特点特点：全程都放热，对数生长期放热最厉害，冷却水消耗多。：全程都放热，对数生长期放热最厉害，冷却水消耗多。第52页，此课件共110页哦生物热：生物热是生产菌在生长繁殖时过程中散发的大量热量。影响生物热的因素：菌株 培养基 发酵时期 菌体的呼吸强度第53页，此课件共110页哦1抗生素活性2抗生素活性发酵过程中生物热的变化发酵过程中生物热的变化第54页，此课件共110页哦搅拌热：通风发酵都有大功率搅拌，搅拌的机械运动造成液体之间，液体与设备之间的摩擦而产生的热。Q搅拌=3600（P/V）（P/V）：通气条件下单位体积发
20、酵液所消耗的功率（kW/m3）第55页，此课件共110页哦蒸发热：空气进入发酵罐后和发酵液广泛接触,引起水分的蒸发所需的热量即为蒸发热。蒸发热的计算：Q蒸发=G（I2-I1）G：空气流量，按干重计算，kg/h I1、I2：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg（干空气）显热：排气由于温度差异带走的热量第56页，此课件共110页哦辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐体向外辐射的热量。辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超过发酵热的5%。第57页，此课件共110页哦发酵热的测定（1）通过测定一定时间内冷却水的流量和冷却水进出口温度，由下式求得这段时间内的发酵热。第58页，此课件共110页哦（2）通过罐
21、温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自控装置测得温度随时间上升的速率S，按下式可求得发酵热：第59页，此课件共110页哦3、最适发酵温度的选择、最适发酵温度的选择选择既适合选择既适合菌体生长菌体生长又适合代谢又适合代谢产物合成产物合成的温度，的温度，可实行变温控制。可实行变温控制。（1）根据菌种及生长阶段选择）根据菌种及生长阶段选择（2）根据培养条件选择：）根据培养条件选择：通气较差时，通气较差时，培养基成分较易被利用或较稀薄时，培养基成分较易被利用或较稀薄时，（3）根据菌体生长情况选择）根据菌体生长情况选择第60页，此课件共110页哦4、发酵温度的控制、发酵温度的控制罐上安装罐上安装夹套夹
22、套或或蛇管蛇管、外盘管、外盘管，通过循环冷却水控制。，通过循环冷却水控制。控制方式：手动控制或控制方式：手动控制或自动控制自动控制。第61页，此课件共110页哦第62页，此课件共110页哦夹套夹套外盘管外盘管蛇管蛇管第63页，此课件共110页哦第七节第七节 pH的影响及其控制的影响及其控制1、pH对发酵的影响：对发酵的影响：影响菌体生长代谢的影响菌体生长代谢的酶活酶活性；性；菌体细胞菌体细胞膜透性膜透性改变，影响营养物的吸收和代谢产物的分泌；改变，影响营养物的吸收和代谢产物的分泌；影响影响培养基某些组分和中间代谢产物的解离培养基某些组分和中间代谢产物的解离;pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同
23、，使代谢产物的质不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变量和比例发生改变第64页，此课件共110页哦2、引起、引起pH变化的因素：变化的因素：pH的变化决定于菌种、培养基成分、产物形成、培养条的变化决定于菌种、培养基成分、产物形成、培养条件。件。菌体自调环境菌体自调环境pH生理酸碱性、碳源、氮源生理酸碱性、碳源、氮源供氧、补料供氧、补料第65页，此课件共110页哦C/N过高（过高（特别是葡萄糖过量）/中间补糖过多/溶氧不足，致使有机酸积累，而pH下降 生理酸性物质被利用，pH下降酸性产物形成 消泡剂添加过量1 1、引起、引起pHpH下降的因素下降的因素第66页，此课件共
24、110页哦C/N过低（过低（N源过多）源过多），氨基氮释放生理碱性物质的存在中间补料，氨水或尿素等碱性物质添加过多碱性产物形成发酵后期，菌体自溶造成pH的上升2 2、引起、引起pHpH上升的因素上升的因素第67页，此课件共110页哦3、最适、最适pH的选择的选择不同菌种（特性），确定最适不同菌种（特性），确定最适pH；同一菌种，生长期采用最适生长的同一菌种，生长期采用最适生长的pH，合成期采用最适产物合成的合成期采用最适产物合成的pH。第68页，此课件共110页哦第69页，此课件共110页哦4、发酵、发酵pH的控制的控制a、选择合适的培养基配比：、选择合适的培养基配比：C/N合适；合适；生理酸
25、、碱性物质比例合适；生理酸、碱性物质比例合适；添加添加pH缓冲物质：缓冲物质：CaCO3b、发酵过程补料控制：、发酵过程补料控制：补加酸、碱、氨水、尿素、硫酸铵补加酸、碱、氨水、尿素、硫酸铵；调节补糖速度调节补糖速度;结合通气量。结合通气量。第70页，此课件共110页哦pH的控制系统的控制系统pH电极电极设定控制器设定控制器调节阀调节阀6.5pHUncontrolledControlled第71页，此课件共110页哦 青霉素发酵的补料工艺第72页，此课件共110页哦第八节第八节 溶氧溶氧的影响及其控制的影响及其控制 第73页，此课件共110页哦第74页，此课件共110页哦溶氧的控制溶氧的控制供
26、氧需氧：限制基础培养基的浓度，使发酵器内的生物体浓度维持于适当水平；并以补料方式供给某些营养成分而控制菌体生长率和呼吸率。第75页，此课件共110页哦（1 1）溶解氧控制的一般原则）溶解氧控制的一般原则 生长阶段生长阶段：即可即可产物合成阶段产物合成阶段：即可即可过高的溶氧水平反而对菌体代谢有不可逆的抑制作用过高的溶氧水平反而对菌体代谢有不可逆的抑制作用第76页，此课件共110页哦（2）补料控制）补料控制溶解氧溶解氧v控控制原理制原理发酵过程中，发酵过程中，糖量糖量 x,QO2 r CL 糖量糖量 QO2 r CL 对对于于一一个个具具体体的的发发酵酵，存存在在一一个个最最适适氧氧浓浓度度（C
27、m）水水平平，补糖速率应与其相适应。补糖速率应与其相适应。，加大补糖速率加大补糖速率，减小补糖速率减小补糖速率实现用溶解氧水平控制补料速率实现用溶解氧水平控制补料速率 第77页，此课件共110页哦溶解氧控制对鸟苷产量的影响溶解氧控制对鸟苷产量的影响不同的不同的DO控制条件下鸟苷积累的比较控制条件下鸟苷积累的比较DO()：5，l0，20，30发酵过程发酵过程 DO 变化与鸟苷变化与鸟苷 积累的关系积累的关系DO控制在控制在1020，产物积累产物积累，鸟苷含量最高。，鸟苷含量最高。DO在在5和和30，前前期产物积累期产物积累，但后期基本不增加，但后期基本不增加.DO水平的超高阶段水平的超高阶段(发
28、酵周期发酵周期28h44h)，鸟苷积累量基本不增加；调，鸟苷积累量基本不增加；调整整DO在适当水平上，鸟苷积累量继续上升。在适当水平上，鸟苷积累量继续上升。第78页，此课件共110页哦第九节第九节 CO2的影响及其控制的影响及其控制 一、一、CO2的影响：的影响：CO2是代谢产物，也是某些合成代谢的基质，对生长代谢有是代谢产物，也是某些合成代谢的基质，对生长代谢有刺激或抑制作用。高刺激或抑制作用。高CO2浓度：影响细胞膜结构，形态发生改浓度：影响细胞膜结构，形态发生改变。变。影响培养液的影响培养液的pH。排气排气CO2：0-5%（大多在（大多在0.5-3.0%，4%抑制生长）抑制生长）例：环状
29、芽孢杆菌（B.circulus）开始生长时，需CO2；抗生素：进气CO2含量高，产量会下降。第79页，此课件共110页哦 CO2及HCO3-主要是影响细胞膜的结构，导致膜的流动性及表面电荷密度发生改变，影响到细胞膜的输送效率，导致细胞生长受到抑制、形态发生改变。培养液中的CO2主要作用于细胞膜的脂质核心部位；HCO3-影响细胞膜的膜蛋白。CO CO2 2对发酵影响的机理对发酵影响的机理第80页，此课件共110页哦影响尾气中影响尾气中CO2浓度的因素浓度的因素 通入空气量通入空气量：呼吸强度：呼吸强度：CO2溶解度：溶解度：菌体量菌体量：第81页，此课件共110页哦研究参数研究参数CO2的意义的
30、意义 作为代谢产物或中间前体，尾气中作为代谢产物或中间前体，尾气中CO2积累与生物量积累与生物量成正比，估算生长速率和细胞量。成正比，估算生长速率和细胞量。高浓度高浓度CO2对发酵多表现为抑制作用，应实施测量与对发酵多表现为抑制作用，应实施测量与控制；控制；尾气尾气CO2不仅直接反映代谢情况，而且和其它参数及补不仅直接反映代谢情况，而且和其它参数及补料操作密切相关，可作为工艺优化的指标。料操作密切相关，可作为工艺优化的指标。第82页，此课件共110页哦二、二、CO2的的控制：控制：DCO2没有规律，决定于菌体的呼吸强度（生长期大）、补糖量、没有规律，决定于菌体的呼吸强度（生长期大）、补糖量、发
31、酵液特性、通气搅拌、罐压、温度等。发酵液特性、通气搅拌、罐压、温度等。若若CO2对产物合成有抑制，则设法降低其浓度；对产物合成有抑制，则设法降低其浓度；若有促进作用，则应提高其浓度。若有促进作用，则应提高其浓度。第83页，此课件共110页哦CO2的控制手段的控制手段：选择合适罐压；选择合适罐压；调节基础培养基、中间补料的糖量；调节基础培养基、中间补料的糖量；控制通气量，及时带走控制通气量，及时带走CO2第84页，此课件共110页哦CO2释放与发酵过程参数释放与发酵过程参数pH及操作参数补糖速率的关系及操作参数补糖速率的关系糖糖、CO2、pH三者的相关性三者的相关性，被青霉素工业生产上用于补料控
32、被青霉素工业生产上用于补料控制的参数，并认为排气制的参数，并认为排气CO2的变化比的变化比pH变化更为敏感，所以测变化更为敏感，所以测定排气定排气CO2释放率释放率 （CER）来控制补糖速率来控制补糖速率。补糖与溶氧及补糖与溶氧及pH协同控制协同控制补糖速率与补糖速率与CER控制控制 第85页，此课件共110页哦第十节第十节 补料的作用和控制补料的作用和控制一、补料分批培养的优点及作用：一、补料分批培养的优点及作用：（Fed-batchculture，半连续发酵），半连续发酵）第86页，此课件共110页哦优点：优点：1、可以、可以解除底物抑制解除底物抑制和分解代谢阻遏；（高浓度葡萄糖、和分解代
33、谢阻遏；（高浓度葡萄糖、铵、磷、前体）铵、磷、前体）2、可避免因一次投料过多造成菌体大量生长、可避免因一次投料过多造成菌体大量生长；（速效）；（速效）3、可提高菌体细胞质量，延缓衰老，延长发酵时间；、可提高菌体细胞质量，延缓衰老，延长发酵时间；4、为自动控制和最优控制提供实验基础。、为自动控制和最优控制提供实验基础。第87页，此课件共110页哦大多数补料分批发酵均补加生长限制性基质以经验数据或预测数据控制流加；以pH、尾气中CO2、溶氧、产物浓度等参数间接控制流加；用传感器直接测定限制性基质的浓度，直接控制流加。补料控制的策略补料控制的策略第88页，此课件共110页哦补料速率的确定优化补料速率
34、也是补料控制中十分重要的一环，因为养分和前体需要维持适当的浓度，而它们则以不同的速率被消耗，所以补料补料速率要根据微生物对营养等的消耗速率及所设定的培养液中最低速率要根据微生物对营养等的消耗速率及所设定的培养液中最低维持浓度而定维持浓度而定。例如LhLhLh菌体浓度菌体浓度40g/L第89页，此课件共110页哦（7）实例：四环素发酵中的补糖控制）实例：四环素发酵中的补糖控制补糖时间适当补糖时间适当（45h后加）后加）补糖时间过晚补糖时间过晚（62h开始加）开始加）补糖时间过早补糖时间过早（20h后加）后加）第90页，此课件共110页哦二、补料方式和控制：二、补料方式和控制：方式：连续流加或滴加
35、、分次补加。方式：连续流加或滴加、分次补加。微机补料自控系统：包括传感器、控制器、驱动器三微机补料自控系统：包括传感器、控制器、驱动器三个单元。个单元。有反馈控制和无反馈控制（闭环有反馈控制和无反馈控制（闭环/开环控制）。开环控制）。第91页，此课件共110页哦第十一节第十一节 泡沫的影响及其控制泡沫的影响及其控制1、泡沫的影响、泡沫的影响分为两类：分为两类：机械性泡沫机械性泡沫：发酵液液面上的泡沫，气、液有明显界限。（前期泡沫）：发酵液液面上的泡沫，气、液有明显界限。（前期泡沫）流态性泡沫流态性泡沫：发酵液中的泡沫，气、液无明显界限，比较稳定。：发酵液中的泡沫，气、液无明显界限，比较稳定。起
36、泡起泡因素因素：基质（黄豆饼粉等有机基质（黄豆饼粉等有机N源）、灭菌条件、通气搅拌、菌体生长代谢等。源）、灭菌条件、通气搅拌、菌体生长代谢等。危害危害：装料系数减少、逃液、易染菌（顶罐）、影响氧传递、代谢异常。装料系数减少、逃液、易染菌（顶罐）、影响氧传递、代谢异常。第92页，此课件共110页哦不同搅拌速度和通气量对泡沫影响不同搅拌速度和通气量对泡沫影响第93页，此课件共110页哦发酵过程泡沫的变化第94页，此课件共110页哦3、泡沫的控制：、泡沫的控制：调整调整M成分，成分，改变培养条件，改变发酵工艺改变培养条件，改变发酵工艺;机械消机械消沫，消沫剂消沫；菌种选育；沫，消沫剂消沫；菌种选育；
37、消沫剂消沫消沫剂消沫:消沫剂消沫剂作用作用：降低泡沫液膜的机械强度、表面粘度，：降低泡沫液膜的机械强度、表面粘度，使泡沫破裂。使泡沫破裂。第95页，此课件共110页哦机械消泡方式（1）罐内消泡耙式消泡浆的机械消泡第96页，此课件共110页哦旋转圆板式的机械消泡第97页，此课件共110页哦流体吹入式消泡第98页，此课件共110页哦气体吹入管内吸引消泡第99页，此课件共110页哦冲击反射板消泡第100页，此课件共110页哦超声波消泡第101页，此课件共110页哦碟片式消泡器的机械消泡第102页，此课件共110页哦（2）罐外消泡旋转叶片罐外消泡第103页，此课件共110页哦离心力消泡第104页，此课
38、件共110页哦旋风分离器消泡第105页，此课件共110页哦转向板消泡第106页，此课件共110页哦消泡剂选择的依据及常用的消泡剂种类（1）选用依据：表面活性剂对气-液界面的散布系数必须足够大无毒害性，且不影响发酵菌体生长代谢及产物提纯；不干扰各种测量仪表的使用；消泡性能持久来源方便，成本低，能耐受高温灭菌第107页，此课件共110页哦常用消沫剂：常用消沫剂：a、天然油脂类：豆油、玉米油。、天然油脂类：豆油、玉米油。b、聚醚类：聚氧丙烯甘油（、聚醚类：聚氧丙烯甘油（GP型）、型）、泡敌泡敌（聚氧乙烯氧丙烯甘油，（聚氧乙烯氧丙烯甘油，GPE型）；型）；c、高碳醇：、高碳醇：ROH,R为含一定碳原子数的烃基为含一定碳原子数的烃基 d、硅酮类：主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物。、硅酮类：主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物。乳化硅油乳化硅油。第108页，此课件共110页哦第十二节第十二节 发酵终点的判断发酵终点的判断1、判断标准：、判断标准：综合考虑高综合考虑高生产能力生产能力、低成本、高质量。、低成本、高质量。2、判断指标：、判断指标：产量、产量、产物合成速率产物合成速率、过滤速度、过滤速度、菌丝形态、菌丝形态、发酵液发酵液外观外观、pH值、值、DO、氨基氮含量等、氨基氮含量等。第109页，此课件共110页哦 The end第110页，此课件共110页哦