发酵过程控制技术补料控制技术重点课件.ppt

补补 料料 控控 制制 技技 术术教学内容教学内容二、项目实施：补料的控制二、项目实施：补料的控制一、项目导入：补料控制原理一、项目导入：补料控制原理一、项目导入：补料控制原理一、项目导入：补料控制原理基基础础培培养养基基补加补加的的料液料液1.补料的作用（1 1）提高单位体积发酵罐的产量；）提高单位体积发酵罐的产量；）提高单位体积发酵罐的产量；）提高单位体积发酵罐的产量；（2 2）避免限制性底物的抑制作用或）避免限制性底物的抑制作用或）避免限制性底物的抑制作用或）避免限制性底物的抑制作用或前体的毒性作用；前体的毒性作用；前体的毒性作用；前体的毒性作用；（3 3）基础培养基的基质浓度过高，发酵早期培养基础培养基的基质浓度过高，发酵早期培养基础培养基的基质浓度过高，发酵早期培养基础培养基的基质浓度过高，发酵早期培养基的黏度就会较大，泡沫也会过早过多地形成，基的黏度就会较大，泡沫也会过早过多地形成，基的黏度就会较大，泡沫也会过早过多地形成，基的黏度就会较大，泡沫也会过早过多地形成，不利于氧的传递以致溶解氧下降，给发酵带来不不利于氧的传递以致溶解氧下降，给发酵带来不不利于氧的传递以致溶解氧下降，给发酵带来不不利于氧的传递以致溶解氧下降，给发酵带来不利。而采用发酵中间补料方法可以较好地解决这利。而采用发酵中间补料方法可以较好地解决这利。而采用发酵中间补料方法可以较好地解决这利。而采用发酵中间补料方法可以较好地解决这个矛盾。个矛盾。个矛盾。个矛盾。（1 1）补料时间）补料时间）补料时间）补料时间对于生长耦联型发酵，一般选择在适当的残留底物浓度时开对于生长耦联型发酵，一般选择在适当的残留底物浓度时开对于生长耦联型发酵，一般选择在适当的残留底物浓度时开对于生长耦联型发酵，一般选择在适当的残留底物浓度时开始补料。始补料。始补料。始补料。例如：在酵母生产中，残糖过高易引起例如：在酵母生产中，残糖过高易引起例如：在酵母生产中，残糖过高易引起例如：在酵母生产中，残糖过高易引起CrabtreeCrabtree效应，导致效应，导致效应，导致效应，导致乙醇的生成，造成发酵产率降低。乙醇的生成，造成发酵产率降低。乙醇的生成，造成发酵产率降低。乙醇的生成，造成发酵产率降低。2.补料控制原则对于部分生长耦联型发酵和非生长耦联型发酵，通常在微生对于部分生长耦联型发酵和非生长耦联型发酵，通常在微生对于部分生长耦联型发酵和非生长耦联型发酵，通常在微生对于部分生长耦联型发酵和非生长耦联型发酵，通常在微生物细胞进入产物合成期以后才开始补料，并注意控制适当的物细胞进入产物合成期以后才开始补料，并注意控制适当的物细胞进入产物合成期以后才开始补料，并注意控制适当的物细胞进入产物合成期以后才开始补料，并注意控制适当的残留底物浓度。残留底物浓度。残留底物浓度。残留底物浓度。例如：在青霉素发酵生产中，过早过多地补加葡萄糖液而致例如：在青霉素发酵生产中，过早过多地补加葡萄糖液而致例如：在青霉素发酵生产中，过早过多地补加葡萄糖液而致例如：在青霉素发酵生产中，过早过多地补加葡萄糖液而致使葡萄糖浓度较高，容易引起葡萄糖分解产物阻遏效应。使葡萄糖浓度较高，容易引起葡萄糖分解产物阻遏效应。使葡萄糖浓度较高，容易引起葡萄糖分解产物阻遏效应。使葡萄糖浓度较高，容易引起葡萄糖分解产物阻遏效应。例如：采用生物素缺陷型菌株生产谷氨酸中，在生长型细胞例如：采用生物素缺陷型菌株生产谷氨酸中，在生长型细胞例如：采用生物素缺陷型菌株生产谷氨酸中，在生长型细胞例如：采用生物素缺陷型菌株生产谷氨酸中，在生长型细胞向生产型细胞转化以前就流加葡萄糖液，由于工业淀粉制备向生产型细胞转化以前就流加葡萄糖液，由于工业淀粉制备向生产型细胞转化以前就流加葡萄糖液，由于工业淀粉制备向生产型细胞转化以前就流加葡萄糖液，由于工业淀粉制备的葡萄糖液含有一定的生物素，相当于提高了生物素用量，的葡萄糖液含有一定的生物素，相当于提高了生物素用量，的葡萄糖液含有一定的生物素，相当于提高了生物素用量，的葡萄糖液含有一定的生物素，相当于提高了生物素用量，会推迟生产菌的细胞转型。会推迟生产菌的细胞转型。会推迟生产菌的细胞转型。会推迟生产菌的细胞转型。（2 2）补料速率）补料速率）补料速率）补料速率为了避免底物浓度的不良影响，补料时应注意控制料液流速，为了避免底物浓度的不良影响，补料时应注意控制料液流速，为了避免底物浓度的不良影响，补料时应注意控制料液流速，为了避免底物浓度的不良影响，补料时应注意控制料液流速，使残留底物浓度相对稳定。使残留底物浓度相对稳定。使残留底物浓度相对稳定。使残留底物浓度相对稳定。若补料速率控制不当，残留底物浓度波动较大，或残留底物若补料速率控制不当，残留底物浓度波动较大，或残留底物若补料速率控制不当，残留底物浓度波动较大，或残留底物若补料速率控制不当，残留底物浓度波动较大，或残留底物浓度一直维持过高，对微生物生长、代谢均有影响。尤其是浓度一直维持过高，对微生物生长、代谢均有影响。尤其是浓度一直维持过高，对微生物生长、代谢均有影响。尤其是浓度一直维持过高，对微生物生长、代谢均有影响。尤其是发酵后期，如果残留底物浓度控制较高，发酵结束时的残留发酵后期，如果残留底物浓度控制较高，发酵结束时的残留发酵后期，如果残留底物浓度控制较高，发酵结束时的残留发酵后期，如果残留底物浓度控制较高，发酵结束时的残留底物浓度容易失控，对发酵收率和产物提取不利。底物浓度容易失控，对发酵收率和产物提取不利。底物浓度容易失控，对发酵收率和产物提取不利。底物浓度容易失控，对发酵收率和产物提取不利。（3 3）补料配比）补料配比）补料配比）补料配比微生物的生长、代谢总是要求培养基的营养成分有一个合理微生物的生长、代谢总是要求培养基的营养成分有一个合理微生物的生长、代谢总是要求培养基的营养成分有一个合理微生物的生长、代谢总是要求培养基的营养成分有一个合理的配比。通过补料，可以改变产物合成期的培养基营养成分的配比。通过补料，可以改变产物合成期的培养基营养成分的配比。通过补料，可以改变产物合成期的培养基营养成分的配比。通过补料，可以改变产物合成期的培养基营养成分的配比，使之适合产物的合成。的配比，使之适合产物的合成。的配比，使之适合产物的合成。的配比，使之适合产物的合成。例如：在赖氨酸发酵中，为了补充足够的补充氮源，调节例如：在赖氨酸发酵中，为了补充足够的补充氮源，调节例如：在赖氨酸发酵中，为了补充足够的补充氮源，调节例如：在赖氨酸发酵中，为了补充足够的补充氮源，调节pHpH，以及降低氮源成本，需同时流加液氨和硫酸铵溶液，以及降低氮源成本，需同时流加液氨和硫酸铵溶液，以及降低氮源成本，需同时流加液氨和硫酸铵溶液，以及降低氮源成本，需同时流加液氨和硫酸铵溶液，另外，还需要流加葡萄糖液补充碳源；这三者除了应有较另外，还需要流加葡萄糖液补充碳源；这三者除了应有较另外，还需要流加葡萄糖液补充碳源；这三者除了应有较另外，还需要流加葡萄糖液补充碳源；这三者除了应有较高的浓度，还必须根据各自消耗情况来控制适当流速，使高的浓度，还必须根据各自消耗情况来控制适当流速，使高的浓度，还必须根据各自消耗情况来控制适当流速，使高的浓度，还必须根据各自消耗情况来控制适当流速，使培养基各种底物维持一定浓度，从而维持合理的碳氮比。培养基各种底物维持一定浓度，从而维持合理的碳氮比。培养基各种底物维持一定浓度，从而维持合理的碳氮比。培养基各种底物维持一定浓度，从而维持合理的碳氮比。二、项目实施：补料的控制二、项目实施：补料的控制1.1.补料的操作补料的操作（1 1）间歇补料）间歇补料）间歇补料）间歇补料（2 2）连续补料）连续补料）连续补料）连续补料2.2.耗糖速率计算与补糖量的控制耗糖速率计算与补糖量的控制发酵发酵发酵发酵15 h15 h的残糖浓度是的残糖浓度是的残糖浓度是的残糖浓度是16.0 g/L16.0 g/L，1516 h1516 h补加了补加了补加了补加了1.5m1.5m3 3的糖液，的糖液，的糖液，的糖液，16 h16 h的残糖浓度是的残糖浓度是的残糖浓度是的残糖浓度是12.4 g/L12.4 g/L，16 h16 h的累计发酵体积时的累计发酵体积时的累计发酵体积时的累计发酵体积时125.5m125.5m3 3，那么发酵，那么发酵，那么发酵，那么发酵1516 h1516 h的耗糖速度是：的耗糖速度是：的耗糖速度是：的耗糖速度是：（g/Lh）根据实践中总结的耗糖规律，发酵根据实践中总结的耗糖规律，发酵1617 h的耗糖速率一般在的耗糖速率一般在8.09.0 g/Lh，为了维持发酵，为了维持发酵17 h的残糖浓度在的残糖浓度在1012 g/L，通过耗糖速率计算式子进行初步估算，发酵通过耗糖速率计算式子进行初步估算，发酵1617 h的糖液补的糖液补加量应控制为加量应控制为2 m3左右。左右。发酵后期也要特别注意耗糖速率的变化，把握好残糖浓度、发酵后期也要特别注意耗糖速率的变化，把握好残糖浓度、发酵后期也要特别注意耗糖速率的变化，把握好残糖浓度、发酵后期也要特别注意耗糖速率的变化，把握好残糖浓度、糖液流量和停止流加的时间。正常情况下，在发酵结束前糖液流量和停止流加的时间。正常情况下，在发酵结束前糖液流量和停止流加的时间。正常情况下，在发酵结束前糖液流量和停止流加的时间。正常情况下，在发酵结束前的的的的1212个小时停止流加，让菌体尽可能耗尽残糖，确保发酵个小时停止流加，让菌体尽可能耗尽残糖，确保发酵个小时停止流加，让菌体尽可能耗尽残糖，确保发酵个小时停止流加，让菌体尽可能耗尽残糖，确保发酵放罐时残糖在放罐时残糖在放罐时残糖在放罐时残糖在4 g/L4 g/L以下。以下。以下。以下。