文档介绍：第七章 发酵工艺控制
发酵工艺控制的基础：
了解产生菌生长、发育及代谢情况及动力学模拟
了解生物、物理、化学和工程的环境条件对发酵过程的影响
如何进行控制？
测定各种参数
依据参数变化，并通过动力学关系获得发酵过程的各项最佳
参数
度。
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
培养基成分较易被利用或较稀薄时，降低发酵温度有利
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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。
冷却介质：深井水或冷冻水
控制方式：手动控制或自动控制
温度计
温度控制器
调节阀
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第二节 pH的影响及控制
一、pH对发酵的影响：
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。
pH
Growth
2-3 pH units
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pH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pH的变化：
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。
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。
生理酸性物质和生理碱性物质的消耗
二、影响发酵pH变化的因素：
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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pH，
在产物采用最适产物合成的pH。
三、最适pH的选择
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四、pH的控制
采用合适的培养基配比
C：N合适
生理酸性物质和生理碱性物质比例合适
添加缓冲物质：碳酸钙和磷酸盐
在发酵过程中直接补加酸或碱
过去流加硫酸或氢氧化钠，
现采用补加氨水、尿素、硫酸铵
在发酵过程中调节补糖速度控制pH
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几种具体情况的调节方法
当pH低，氨基氮含量低时
当pH高，氨基氮含量低时
当pH高，氨基氮含量高时
当pH由于多加了削沫剂而下降时
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pH的控制系统
pH电极
设定控制器
调节阀
pH
Uncontrolled
Controlled
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。
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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
第三节 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
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 （ μ 正比于S ）
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。
菌体浓度的增加速度（生长速度）受环境条件的影响
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最适菌体浓度的确定
优化控制的目标：在最短的时间内产生最大量的产物。(dP/dtMAX)
dP/dt =qP X
qP=f〔 X， μ ， qO 2 qS CL〕
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以青霉素发酵为例
qP / qPm
μ / μm
-
青霉素发酵的qP与μ的关系
μC
μ ＞ μC qP可维持在qPmax
μ ＜ μC qP随μ减小而减小
要保证生产菌获得最大的比生产速率，就必须维持较大的比生长速率。
但是，过高的比生长速率造成过高的菌体浓度，造成不利影响：
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过高的比生长速率和过高的菌体浓度造成的不利影响：
1、 μ过高，S消耗过快，有限的营养基质只能用于生长，而不足于产物合成。
2、有毒中间产物的快速积累，会改变菌体的代谢途径，抑制产物合成。
3、 X过高，增加OUR，且发酵液粘度增大，减小OTR。
CL减小，抑制菌体生长和产物合成。
最适X？
最适μ为等于或稍大于μC
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青霉素发酵的qP、OUR、OTR与X的关系
-
X / Xm
OUR
qP / qPm
OTR
dp/dt
XC
OUR=OTR时的菌体浓度为最适菌体浓度，
在发酵过程中，控制目标为保持稳定的临界菌体浓度和临界比生长速率，以维持呼吸临界溶氧浓度为前提的耗氧速率与供氧速率的平衡，从而使产物合成速率和比速率达到最大值。
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生长速度和菌体浓度的控制方法
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。
通过调节中间补料的速度和量来控制。
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第四节 营养基质的影响及控制 一、碳源
种类：葡萄糖
优点：
吸收快，利用快，能迅速参加代谢合成菌体和产生能量
缺点：
有些品种产生分解产物 阻遏效应。
一）、碳源种类