发酵工艺控制精选PPT.ppt
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1、发酵工艺控制第1页,此课件共54页哦一、一、发酵过程检测控制的主要发酵过程检测控制的主要的参数的参数1、物理参数、物理参数检测参数检测方法 单位 影响温度铂电阻 热敏电阻 qP c*罐压(0.20.5105Pa)隔膜传感器压敏电阻Pa保持正压,防止染菌O2 及 CO2 的溶解度 搅拌转数频率计数器 r/min Kla 发酵液的均匀性 搅拌功率(2-4KW/m3)功率计KwKla空气流量浮子流量计 孔板差压计 m3h-1vvm Kla粘度旋转粘度计 Pas Kla浊度浊度计%反映单细胞的生长 料液的流量蠕动泵 荷重传感器量筒 Lh-1 S 第2页,此课件共54页哦发酵过程检测控制的主要发酵过程检
2、测控制的主要的参数的参数2、化学参数、化学参数检测参数检测方法 单位 影响及作用PH复合玻璃电极 菌体和产物合成速度酶促反应的方向基质浓度产物浓度HPLC 离子选择电极 生物传感器 取样gL-1 qP发酵周期的长短氧化还原电位氧化还原电位电极 mV 生长和生化活性溶氧浓度覆膜氧电极%qo2气相O2含量 顺磁氧分析仪 Pa反映OUR 和 Kla气相CO2含量 红外气体分析仪%反映OUR 和 Kla第3页,此课件共54页哦发酵过程检测控制的主要发酵过程检测控制的主要的参数的参数3、生物参数、生物参数检测参数检测方法 单位 影响菌丝形态摄像显微镜 取样镜检 反映菌体发育阶段和正常与否菌体浓度取样:干
3、重、浊度、活菌计数、离心沉降gL-1 影响菌体的生化反应Kla第4页,此课件共54页哦二、控制方式二、控制方式 一般检控系统包括一般检控系统包括3 3个部分。个部分。1 1测定元件:如温度计、压力表、电流计、测定元件:如温度计、压力表、电流计、pHpH计直接计直接测定发酵过程的各种参数,并输出相应信号。测定发酵过程的各种参数,并输出相应信号。2 2控制部分:其功能主要是将测定元件测出的各种参控制部分:其功能主要是将测定元件测出的各种参数信号与预先确定值进行比较,并且输出信号指令执行元数信号与预先确定值进行比较,并且输出信号指令执行元件进行调整控制。件进行调整控制。3 3执行元件:它接受控制部分
4、的指令开启、或关闭有关阀执行元件:它接受控制部分的指令开启、或关闭有关阀门、泵、开关等调节控制机构,使有关参数达到预定位置。门、泵、开关等调节控制机构,使有关参数达到预定位置。手动控制和自动控制手动控制和自动控制第5页,此课件共54页哦第一节第一节 温度的影响及控制温度的影响及控制一、温度对发酵的影响:一、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酶活酶活温度温度发酵温度升高,生长代谢加快,生产发酵温度升高,生长代谢加快,生产期提前。期提前。发酵温度太高,菌体容易衰老,发酵周期发酵温度太高,菌体容易衰老,发酵周期缩短。缩短。改变发酵液的物理性质:改变发酵液的物理性质:温度影
5、响基质和氧的吸收速度温度影响基质和氧的吸收速度影响饱和溶氧浓度影响饱和溶氧浓度改变菌体代谢产物的合成方向改变菌体代谢产物的合成方向例:温度小于例:温度小于30,合成金霉素的能力强,合成金霉素的能力强温度等于温度等于35,只合成四环素,只合成四环素第6页,此课件共54页哦二、影响发酵温度变化的因素:二、影响发酵温度变化的因素:发酵热发酵热(KJ/m3 h)发酵热发酵热=生物热生物热+搅拌热搅拌热-蒸发热蒸发热-显热显热-辐射热辐射热生物热:产生菌在生长繁殖过程中,释放的大量热量。生物热:产生菌在生长繁殖过程中,释放的大量热量。影响生物热的因素:与菌种遗传特性有关与菌龄有关:对数生长期生物热最大。
6、与营养基质有关与产量有关搅拌热:由于搅拌器的转动引起液体的摩擦产生的热量。搅拌热:由于搅拌器的转动引起液体的摩擦产生的热量。蒸发热:发酵液蒸发水分带走的热量。蒸发热:发酵液蒸发水分带走的热量。搅拌热=P 3600/V显热:发酵排气散发带走的热量。显热:发酵排气散发带走的热量。辐射热:由于罐内外的温差,辐射带走的热量。辐射热:由于罐内外的温差,辐射带走的热量。第7页,此课件共54页哦三、最适发酵温度的选择三、最适发酵温度的选择选择既适合菌体生长又适合代谢产物合成的温度选择既适合菌体生长又适合代谢产物合成的温度可实行变温控制:在生长阶段选择适合菌体生长的温度,在产可实行变温控制:在生长阶段选择适合
7、菌体生长的温度,在产物合成阶段,选择适合代谢产物合成的温度。物合成阶段,选择适合代谢产物合成的温度。确定最适发酵温度还应参考其它发酵条件:确定最适发酵温度还应参考其它发酵条件:在较差通气条件下,降低发酵温度对发酵有利在较差通气条件下,降低发酵温度对发酵有利培养基成分较易被利用或较稀薄时,降低发酵温度有利培养基成分较易被利用或较稀薄时,降低发酵温度有利第8页,此课件共54页哦四、发酵温度的控制四、发酵温度的控制在发酵罐上安装夹套和蛇罐,通过循环冷却水控制。在发酵罐上安装夹套和蛇罐,通过循环冷却水控制。冷却介质:深井水或冷冻水冷却介质:深井水或冷冻水控制方式:手动控制或自动控制控制方式:手动控制或
8、自动控制温度计温度计温度控制器温度控制器调节阀调节阀第9页,此课件共54页哦第二节第二节 pH的影响及控制的影响及控制一、一、pH对发酵的影响:对发酵的影响:影响菌体生长代谢的酶活性影响菌体生长代谢的酶活性影响代谢产物的合成方向影响代谢产物的合成方向影响菌体原生质膜电荷的改变,引起膜对离子的渗透作用,影响了影响菌体原生质膜电荷的改变,引起膜对离子的渗透作用,影响了营养物的吸收和代谢产物的分泌。营养物的吸收和代谢产物的分泌。pHGrowth2-3 pH units第10页,此课件共54页哦pH的变化决定于所用的生产菌:的变化决定于所用的生产菌:培养基中营养物质的代谢引起培养基中营养物质的代谢引起
9、pH的变化:的变化:n培养基pH在发酵过程中能被菌体代谢所改变。若阴离子氮源被利用后产生NH3,则pH上升;有机酸的积累,使pH下降。n一般来说,高碳源培养基倾向于向酸性pH转移,高氮源培养基倾向于向碱性pH转移,这都跟碳氮比直接有关。n生理酸性物质和生理碱性物质的消耗二、影响发酵二、影响发酵pH变化的因素:变化的因素:第11页,此课件共54页哦根据不同菌种的生理特性,确定不同的最适根据不同菌种的生理特性,确定不同的最适pH同一菌种根据不同阶段,生长期采用最适生长的同一菌种根据不同阶段,生长期采用最适生长的pH,在产物采用最适产物合成的在产物采用最适产物合成的pH。三、最适三、最适pH的选择的
10、选择第12页,此课件共54页哦几种具体情况的调节方法几种具体情况的调节方法当当pH低,氨基氮含量低时低,氨基氮含量低时当当pH高,氨基氮含量低时高,氨基氮含量低时当当pH高,氨基氮含量高时高,氨基氮含量高时当当pH由于多加了削沫剂而下降时由于多加了削沫剂而下降时第13页,此课件共54页哦pH的控制系统的控制系统pH电极电极设定设定控制器控制器调节阀调节阀6.5pHUncontrolledControlled经消毒的pH电极装入发酵罐内定时直接测定培养基的pH,同时还可以与控制仪表连结,通过回路系统控制阀门或泵进行pH调节。第14页,此课件共54页哦n菌体浓度的增加速度(生长速度)与微生物的种类
11、菌体浓度的增加速度(生长速度)与微生物的种类和自身的遗传特性有关和自身的遗传特性有关第三节第三节 菌体生长速度和菌体浓度的影响及控制菌体生长速度和菌体浓度的影响及控制影响菌体浓度的因素影响菌体浓度的因素n菌体浓度的增加速度(生长速度)与营养基质的种类和菌体浓度的增加速度(生长速度)与营养基质的种类和浓度有关浓度有关 (正比于正比于S)n当存在基质抑制作用时或造成高渗透压时,高浓度营养当存在基质抑制作用时或造成高渗透压时,高浓度营养基质引起生长速率下降。基质引起生长速率下降。n菌体浓度的增加速度(生长速度)受环境条件的影响菌体浓度的增加速度(生长速度)受环境条件的影响第15页,此课件共54页哦最
12、适菌体浓度的确定最适菌体浓度的确定n优化控制的目标:在最短的时间内产生最大量的产物。优化控制的目标:在最短的时间内产生最大量的产物。(dP/dtMAX)ndP/dt=qP XnqP=f X,qO 2 qS CL第16页,此课件共54页哦生长速度和菌体浓度的控制方法生长速度和菌体浓度的控制方法n确定基础培养基的适当配比,防止培养基过于丰富或过于稀薄。n通过调节中间补料的速度和量来控制。第17页,此课件共54页哦第四节第四节 营养基质的影响及控制营养基质的影响及控制一、碳源一、碳源n种类:种类:葡萄糖n优点:优点:吸收快,利用快,能迅速参加代谢合成菌体和产生能量n缺点:缺点:有些品种产生分解产物
13、阻遏效应。一)、碳源种类的影响及控制一)、碳源种类的影响及控制迅速利用的碳源迅速利用的碳源缓慢利用的碳源缓慢利用的碳源n种类:种类:淀粉、乳糖、蔗糖、麦芽糖、玉米油n优点:优点:不易产生分解产物 阻遏效应。有利于延长次级代谢产物的分泌期n缺点:缺点:溶解度低,发酵液粘度大。第18页,此课件共54页哦发酵工业中常采用含迅速利用的碳源和缓慢利发酵工业中常采用含迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源的混合碳源。用的碳源的混合碳源。迅速利用的碳源满足菌体生长的消耗,缓慢利用的碳源,满迅速利用的碳源满足菌体生长的消耗,缓慢利用的碳源,满足产物合成,可延长合成期,提高产量,并可解除葡萄糖效足产物合成,可延长合成期
14、,提高产量,并可解除葡萄糖效应。应。碳源种类的控制碳源种类的控制第19页,此课件共54页哦二)、碳源浓度的影响二)、碳源浓度的影响S过小过小 CqP随随减小而减小减小而减小S过大过大 CX X COUR增大增大CL CL CqP减小减小粘度增大粘度增大Kla减小减小产生分解产物阻遏作用的碳源浓度过大,会抑制产物合成。产生分解产物阻遏作用的碳源浓度过大,会抑制产物合成。第20页,此课件共54页哦三)、碳源浓度的控制三)、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料的类型:补料的类型:1、流加、流加2、少量多次的加入、少量多次的加入3、多量少次的加入、多量
15、少次的加入第21页,此课件共54页哦n残糖量npH值nQcnXn粘度n溶氧n尾气中O2和CO2的含量n发酵液的总体积补糖的依据:补糖的依据:第22页,此课件共54页哦根据经验,以最高产量的罐批的加糖率为指标,并依据根据经验,以最高产量的罐批的加糖率为指标,并依据菌体浓度、一定时间内的糖比消耗速率和残糖等加以修正。菌体浓度、一定时间内的糖比消耗速率和残糖等加以修正。例:例:青霉素发酵开始补糖在残糖降至青霉素发酵开始补糖在残糖降至1.5%,pH开始回升时补糖。补糖量开始回升时补糖。补糖量以最高罐批经验量为参考。以最高罐批经验量为参考。每小时每小时 前期前期040h 中期中期4090h 后期后期90
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