第九章發(fā)酵工藝過程的控制

1、第八章第八章 發(fā)酵工藝過程的控制發(fā)酵工藝過程的控制 o第一節(jié)第一節(jié) 溫度的控制溫度的控制 o第二節(jié)第二節(jié) pHpH值的控制值的控制 o第三節(jié)第三節(jié) 溶解氧的控制溶解氧的控制 o第四節(jié)第四節(jié) 泡沫的控制泡沫的控制o第五節(jié)第五節(jié) 補料的控制補料的控制 一、溫度對微生物生長與發(fā)酵的影響一、溫度對微生物生長與發(fā)酵的影響1 1、直接影響、直接影響酶酶系組成、酶的特性與酶反應系組成、酶的特性與酶反應2 2、溫度升高，反應、溫度升高，反應加速加速，產物生成，產物生成提前提前，發(fā)酵周期，發(fā)酵周期縮短縮短，菌體，菌體易衰老易衰老3 3、通過影響發(fā)酵液中的、通過影響發(fā)酵液中的溶解氧溶解氧影響發(fā)酵影響發(fā)酵4 4、不

2、同微生物，對溫度要求不同，同一種生產菌，菌體、不同微生物，對溫度要求不同，同一種生產菌，菌體生長和生長和積累代謝產物積累代謝產物的溫度也往往不同。的溫度也往往不同。 第一節(jié)第一節(jié) 溫度的控制溫度的控制 例如，在例如，在Penicillium chrysogenum（產黃青霉）總共（產黃青霉）總共165小時的小時的青霉素發(fā)酵青霉素發(fā)酵過程中，根據(jù)不同生理代謝過過程中，根據(jù)不同生理代謝過程的溫度特點程的溫度特點分四段分四段控制其培養(yǎng)溫度?？刂破渑囵B(yǎng)溫度。0 0小時小時5 5小時小時4040小時小時125125小時小時165165小時小時結果，青霉素產量提高了結果，青霉素產量提高了14.714.7。

3、 30 25 20 2530 25 20 25這一規(guī)律對指導發(fā)酵生產有著重要的意義。這一規(guī)律對指導發(fā)酵生產有著重要的意義。 二、應用技巧二、應用技巧 1 1、接種后接種后培養(yǎng)溫度應培養(yǎng)溫度應適當提高適當提高2 2、發(fā)酵液溫度上升時，控制在、發(fā)酵液溫度上升時，控制在菌體最適生長溫度菌體最適生長溫度3 3、主發(fā)酵旺盛階段，控制在、主發(fā)酵旺盛階段，控制在代謝產物合成最適溫度代謝產物合成最適溫度4 4、到、到發(fā)酵后期發(fā)酵后期，適當升高溫度適當升高溫度 5 5、好氧發(fā)酵，、好氧發(fā)酵，通氣條件較差通氣條件較差時，適當時，適當降低溫度降低溫度。6 6、培養(yǎng)基、培養(yǎng)基濃度較低濃度較低或或較易利用較易利用，適當

4、，適當降低溫度降低溫度。 三、溫度控制方法三、溫度控制方法 傳統(tǒng)：傳統(tǒng)：稻草，棉絮等稻草，棉絮等 現(xiàn)代：現(xiàn)代：全自動控制全自動控制 一、一、 pH pH值對微生物生長與發(fā)酵的影響值對微生物生長與發(fā)酵的影響1 1、不同微生物不同微生物對對pHpH值要求值要求不同不同。2 2、同一微生物、同一微生物生長生長最適最適pHpH值和值和發(fā)酵發(fā)酵最適最適pHpH值往往值往往不同不同。3 3、同一微生物在不同、同一微生物在不同pHpH值下，可能形成值下，可能形成不同發(fā)酵產物不同發(fā)酵產物。 第二節(jié)第二節(jié) pHpH值的控制值的控制 1 1、初始、初始pHpH值值2 2、緩沖體系、緩沖體系3 3、加酸、加堿、加酸

5、、加堿4 4、補料、補料 添加碳酸鈣法添加碳酸鈣法 氨水流加法氨水流加法 尿素流加法尿素流加法 二、發(fā)酵過程中二、發(fā)酵過程中pHpH值的調節(jié)及控制值的調節(jié)及控制 一、溶解氧控制的意義一、溶解氧控制的意義1 1、供氧、供氧對需氧微生物必不可少對需氧微生物必不可少2 2、發(fā)酵液中的微生物、發(fā)酵液中的微生物只能利用溶解狀態(tài)下的氧只能利用溶解狀態(tài)下的氧3 3、氧氧在水中在水中微溶微溶，在發(fā)酵液中更，在發(fā)酵液中更難溶難溶4 4、在現(xiàn)代、在現(xiàn)代高濃度發(fā)酵高濃度發(fā)酵工藝下，氧的供需工藝下，氧的供需矛盾矛盾更加更加尖銳尖銳5 5、發(fā)酵工業(yè)中氧的、發(fā)酵工業(yè)中氧的利用率很低利用率很低因此必須因此必須強化供氧強化供

6、氧、提高提高氧氧的的溶解度溶解度與與利用率利用率。第三節(jié)第三節(jié) 溶解氧的控制溶解氧的控制 1 1、攪拌、攪拌 作用作用把把大氣泡打成微小氣泡大氣泡打成微小氣泡，增加了接觸面積與接觸時間，增加了接觸面積與接觸時間使液體作使液體作湍流湍流運動，增加了氣液接觸時間運動，增加了氣液接觸時間減少氣泡減少氣泡周圍液膜周圍液膜與菌體與菌體表面表面液膜厚度液膜厚度使使菌體分散菌體分散，避免結團，避免結團，增加接觸面積增加接觸面積 二、溶解氧控制的措施二、溶解氧控制的措施 2 2、通氣、通氣3 3、氧的分壓、氧的分壓 適當適當4 4、液柱高度、液柱高度 H/D=2-3 H/D=2-3 5 5、發(fā)酵罐體積、發(fā)酵罐

7、體積 大罐為好大罐為好6 6、發(fā)酵液的物理性質、發(fā)酵液的物理性質 避免黏度較大避免黏度較大7 7、泡沫、泡沫二、溶解氧控制的措施二、溶解氧控制的措施 發(fā)酵罐體積發(fā)酵罐體積 45升升 1噸噸 10噸噸攪拌速度攪拌速度 250 rpm 120 120供氧速率供氧速率 7.6 10.7 20.1 一、泡沫定義一、泡沫定義m泡沫是泡沫是氣體被分散在少量液體中氣體被分散在少量液體中的膠體體系，泡沫間被的膠體體系，泡沫間被一層液膜隔開而彼此不相連。一層液膜隔開而彼此不相連。m分散相分散相是無菌空氣和代謝氣體，是無菌空氣和代謝氣體，連續(xù)相連續(xù)相是發(fā)酵液。是發(fā)酵液。第四節(jié)第四節(jié) 泡沫的控制泡沫的控制 二、泡沫

8、產生的原因二、泡沫產生的原因1 1、好氧發(fā)酵中，需通入大量無菌空氣。、好氧發(fā)酵中，需通入大量無菌空氣。2 2、為增加溶氧，必須進行劇烈攪拌。、為增加溶氧，必須進行劇烈攪拌。3 3、發(fā)酵過程中往往會產生、發(fā)酵過程中往往會產生COCO2 2等氣體，也會凝聚成氣泡。等氣體，也會凝聚成氣泡。引進氣體的分散引進氣體的分散和和產生氣體的凝結產生氣體的凝結，適度的泡沫不可避免。，適度的泡沫不可避免。 三、泡沫過多的危害三、泡沫過多的危害1 1、造成發(fā)酵罐、造成發(fā)酵罐裝料系數(shù)減少裝料系數(shù)減少，降低生產能力。，降低生產能力。2 2、嚴重時造成排氣管大量、嚴重時造成排氣管大量逃液逃液。3 3、升到罐頂可能從軸封滲

9、出，、升到罐頂可能從軸封滲出，增加染菌增加染菌機會。機會。4 4、部分、部分菌絲菌絲黏附在罐蓋或罐壁上而黏附在罐蓋或罐壁上而損失損失。5 5、影響通氣攪拌正常進行，妨礙菌體呼吸，造成代謝異常，、影響通氣攪拌正常進行，妨礙菌體呼吸，造成代謝異常，終產物終產物產量下降產量下降或或菌體提早自溶菌體提早自溶，進而促使更多泡沫生成。，進而促使更多泡沫生成。 因此，必須對泡沫進行控制。因此，必須對泡沫進行控制。 1、化學消泡、化學消泡（1 1）定義）定義化學消泡是一種使用化學消泡劑的消泡方法。目前應用最廣?；瘜W消泡是一種使用化學消泡劑的消泡方法。目前應用最廣。四、泡沫的消除四、泡沫的消除 （2 2）機理）

10、機理 消泡劑是一些表面活性劑，其消泡劑是一些表面活性劑，其表面張力較低表面張力較低（相對于發(fā)泡體（相對于發(fā)泡體系而言），接觸到氣泡膜表面時，氣泡膜局部表面張力降低，系而言），接觸到氣泡膜表面時，氣泡膜局部表面張力降低，破壞了力的平衡破壞了力的平衡，造成氣泡破裂，產生氣泡合并，最后導致泡，造成氣泡破裂，產生氣泡合并，最后導致泡沫破裂沫破裂。五、泡沫的消除五、泡沫的消除 （3 3）優(yōu)點）優(yōu)點消泡消泡迅速徹底迅速徹底，效果好效果好。不需改造現(xiàn)有設備。不需改造現(xiàn)有設備。不僅適用于大規(guī)模生產，也適用于小規(guī)模發(fā)酵試驗。不僅適用于大規(guī)模生產，也適用于小規(guī)模發(fā)酵試驗。（4 4）缺點）缺點對氧的溶解有一定程度的

11、影響。對氧的溶解有一定程度的影響。容易帶來雜菌污染。容易帶來雜菌污染。1、化學消泡、化學消泡 2 2、機械消泡、機械消泡 （1 1）定義）定義機械消泡是一種物理作用，靠機械消泡是一種物理作用，靠機械強烈的震動機械強烈的震動，壓力的變化壓力的變化，促使氣泡破裂，或促使氣泡破裂，或借機械力將泡沫排到罐外借機械力將泡沫排到罐外，消泡后消泡后，液體液體返回發(fā)酵罐返回發(fā)酵罐。四、泡沫的消除四、泡沫的消除 （2 2）優(yōu)點）優(yōu)點不影響氧的溶解不影響氧的溶解。罐內消泡罐內消泡不增加雜菌污染不增加雜菌污染。 （3 3）缺點）缺點不能不能從從根本根本上上消除消除引起穩(wěn)定引起穩(wěn)定泡沫泡沫的因素。的因素。需要一定的設備需要一定的設備和和消耗消耗一定的一定的動力動力。2、機械消泡、機械消泡 （4 4）類型）類型 罐內消泡罐內消泡 在發(fā)酵罐內將泡沫消除。在發(fā)酵罐內將泡沫消除。 罐外消泡罐外消泡 將泡沫引出發(fā)酵罐，泡沫消除后，液體再返回發(fā)酵罐。將泡沫引出發(fā)酵罐，泡沫消除后，液體再返回發(fā)酵罐。2、機械消泡、機械消泡 發(fā)酵過程中溫