发酵过程控制 (2)精.ppt

《发酵过程控制 (2)精.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发酵过程控制 (2)精.ppt（34页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、发酵过程控制发酵过程控制第1页，本讲稿共34页一、发酵过程pH变化的原因 1、基质代谢（1）糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一（2）氮代谢 当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。（3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第2页，本讲稿共34页2、产物形成 某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。3、菌体自

2、溶，pH上升，发酵后期，pH上升。发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第3页，本讲稿共34页二、pH对发酵的影响 例 pH对林可霉素发酵的影响 林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，发酵液pH下降，待有机酸被生产菌利用，pH上升。若不及时补糖、(NH4)2SO4或酸，发酵液pH可迅速升到8.0以上，阻碍或抑制某些酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至停止。对照罐发酵66小时pH达7.93，以后维持在8.0以上至115小时，菌丝浓度降低，NH2-N升高，发酵不再继续。发酵15小时左右，pH值可以从消后的6.5左右下降到5.3，调节这一段的pH值至7.0左右，以后自控p

3、H，可提高发酵单位。1、实例发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第4页，本讲稿共34页pH7.0t不调pH调pH效价pH发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第5页，本讲稿共34页例：培养基初始pH值对漆酶分泌的影响pH在47范围内产酶最高发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第6页，本讲稿共34页2、pH对发酵的影响（1）pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻（2）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行（3

4、）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用 发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第7页，本讲稿共34页（4）pH影响代谢方向 pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。例如黑曲霉在pH23时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第8页，本讲稿共34页3、pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响 生长合成pH对菌体生长影响比产物合成影响小例 青 霉 素：菌

5、 体 生 长 最 适pH3.56.0,产物合成最适pH7.27.4 四环素：菌体生长最适pH6.06.8，产物合成最适pH5.86.0XpH四四环环素素发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第9页，本讲稿共34页4、最佳pH的确定配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况pH对产海藻酸裂解酶的影响发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第10页，本讲稿共34页pH对海藻糖水解酶产生的影响pH菌浓菌浓 pH酶活酶活发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第11页，本讲稿共34页pH对谷氨酰胺转氨酶活力的影响发酵过程控制发酵过程控

6、制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第12页，本讲稿共34页热凝胶产生不同阶段pH的考察biomass发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第13页，本讲稿共34页从图中可见，热凝胶发酵菌体生长和热凝胶合成是非偶联的，整个发酵过程可以分成两个阶段：前10 h是菌体生长期，之后热凝胶开始合成，至发酵结束是热凝胶合成期。在菌体生长期，DO 直线下降，培养液中的pH也迅速下降。10 h左右，菌体质量浓度达到最大值，DO 和pH降至最低点（5.45.6），菌体生长结束。此后进入热凝胶合成期。试验两阶段的最适pH，见表发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制

7、控制第14页，本讲稿共34页发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第15页，本讲稿共34页稳定期随着pH降低，糖耗速率增加，生物量增加，但产物合成速率在pH5.6时达到最高。说明当pH小于5.6以后微生物消耗的糖并非用于合成热凝胶，而是合成菌体。发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第16页，本讲稿共34页三、pH的控制 1、调节好基础料的pH。基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。若要控制消后pH在6.0，消前pH往往要调到6.56.82、在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等3、通过补料调节

8、pH 发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第17页，本讲稿共34页在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH如（1）调节补糖速率，调节空气流量来调节pH(2)当NH2-N低，pH低时补氨水；当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO44、当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH 发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第18页，本讲稿共34页 分别在4种缓冲介质中，于pH 650一950测定天冬酰胺酶酶活力1 甘氨酸介质pH 8.00时酶活力最高；2 硼酸在pH 850，酶反应最快3 磷酸在pH 850，酶反应最快

9、4 Tris在pH 850，酶反应最快酶活12435、不同调pH方法的影响天冬酰胺酶发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第19页，本讲稿共34页不同不同pHpH控制方式对目的突变株控制方式对目的突变株ISw330ISw330异亮氨酸摇瓶异亮氨酸摇瓶发酵的影响，结果如图所示。发酵的影响，结果如图所示。“1 1”表示只加表示只加CaC0CaC03 3控控制制pHpH值，值，“2 2”表示只加尿素控制，表示只加尿素控制，“3 3”表示表示CaC0CaC03 3和和尿素联合控制尿素联合控制pHpH值值。异亮氨酸发酵发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制

10、第20页，本讲稿共34页例：pH对L-异亮氨酸发酵的影响（天津科技大学）菌株最适生长pH控制在6.87.06、发酵的不同阶段采取不同的pH值发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第21页，本讲稿共34页不同不同pHpH值对菌体的形态影响很大，当值对菌体的形态影响很大，当pHpH值高于值高于7 75 5时，菌体易于时，菌体易于老化，呈现球状；当老化，呈现球状；当pHpH值低于值低于6 65 5时菌体同样受抑制，易于老化。时菌体同样受抑制，易于老化。而在而在7 72 2左右时，菌体是处于产酸期，呈现长的椭圆形；在左右时，菌体是处于产酸期，呈现长的椭圆形；在6 69 9左右时

11、，菌体处于生长期，呈左右时，菌体处于生长期，呈“八八”字形状并占有绝对的优势。字形状并占有绝对的优势。发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第22页，本讲稿共34页发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第23页，本讲稿共34页pH6pH69 9时，菌体生长旺盛，时，菌体生长旺盛，pH7pH71515时，对菌体的产酸有利。时，对菌体的产酸有利。因此，在发酵的产酸期产酸较高。采用阶段因此，在发酵的产酸期产酸较高。采用阶段pHpH控制模式进控制模式进行发酵，在发酵中前期控制行发酵，在发酵中前期控制pH6.9pH6.9，到，到48h48h后后pHpH值为

12、值为7 71515，到，到80h80h后后pHpH值为值为7 72525。产率。产率222227g27g/L/L，产酸率提高，产酸率提高12122323。发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第24页，本讲稿共34页例：克拉维酸发酵中pH变换控制问题的提出：在pH低时菌体生长受抑制，在高pH时克拉维酸要分解用2.5升罐进行的不控制pH的发酵发现，前期由于微生物产生的酸性副产物和有机酸使pH降至6.5。在达到最高细胞浓度后，pH开始从6.5升至8.3。CA产量达最高水平时，pH不再升高。在发酵终止时，pH再次升至8.5。随着pH升高，CA迅速分解。发酵过程控制发酵过程控制

13、v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第25页，本讲稿共34页研究不同pH对发酵的影响分别配置pH为6.0，7.0，8.0的培养基测定菌的生长和产物合成pH6.0时，生长受抑制，产物降解少发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第26页，本讲稿共34页pH8.0时生长良好产量低，产物降解pH7.0时的状况发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第27页，本讲稿共34页控制控制pH7.0pH7.0和和8.08.0时，最高细胞浓度接近相同时，最高细胞浓度接近相同(约约1616PMV)PMV)，但控制，但控制pH6pH60 0时细胞生长受抑制。时细胞生长受

14、抑制。在在2 25 5升生物反应器内，升生物反应器内，不控制不控制pHpH时时2 247g47g(m1(m1h)h)控制控制pH7.0pH7.0时的产率时的产率3 337g37g(m1(m1h)h)最高最高控制控制pH8.0pH8.0时，产率时，产率2 202g02g(m1(m1h)h)在控制在控制pH6pH60 0时，时，CACA产生被抑制产生被抑制,但降解少但降解少因此对细胞生长和因此对细胞生长和CACA产生最好将产生最好将pHpH控制于控制于7.07.0，但在控，但在控制制pH7.0pH7.0时，仍出现时，仍出现CACA的迅速分解。的迅速分解。发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程

15、的pHpH控制控制第28页，本讲稿共34页由于CA生产的最适pH和减少CA分解的pH各不相同，因此在分批发酵中应用了pH变换策略，使发酵pH由中性pH70变换为酸性pH6.0。在发酵前期，在细胞生长和产生CA期间控制pH7.0，4d后，当CA产量达最高值时，变换pH为6.0，以减少CA分解。最高CA浓度可保持24h。由于改变pH，使CA分解速率明显降低。发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第29页，本讲稿共34页发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第30页，本讲稿共34页pH控制是一项非常细致的工作，不仅考虑最佳pH值，而且要根据生长阶段考察

16、对pH的要求。在pH控制中还要采用合适的调节方法。总结发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第31页，本讲稿共34页小 结发酵过程pH会发生变化变变化化原原因因基质代谢产物形成菌体自溶发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第32页，本讲稿共34页对对发发酵酵的的影影响响pHpH影响酶的活性pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离pH影响代谢方向 pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响 发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第33页，本讲稿共34页pH的控制方式基础培养基调节pH在基础料中加入维持pH的物质通过补料调节pH 当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH 发酵的不同阶段采取不同的pH值选择合适的pH调节剂发酵过程控制发酵过程控制v发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制第34页，本讲稿共34页