《發(fā)酵過(guò)程工藝》PPT課件

《《發(fā)酵過(guò)程工藝》PPT課件》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第六章發(fā)酵工藝過(guò)程控制發(fā)酵，原本是指在厭氧條件下葡萄糖通過(guò)酵解途徑生成乳酸或乙醇等的分解代謝過(guò)程。在廣義的工藝上，則把發(fā)酵看做是微生物把一些原料養(yǎng)分在合適的條件下（通常是需氧）經(jīng)特定的代謝轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的過(guò)程。發(fā)酵是一種很復(fù)雜的生化過(guò)程，發(fā)酵生產(chǎn)受許多因素的影響和工藝條件的制約。需要多年的經(jīng)驗(yàn)才能掌握。生產(chǎn)菌種的代謝規(guī)律和發(fā)酵調(diào)控的基本知識(shí)對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)量意義重大。微生物發(fā)酵的生產(chǎn)水平不僅取決于生產(chǎn)菌種本身的性能，而且要賦以合適的環(huán)境條件才能使它的生產(chǎn)能力充分表達(dá)出來(lái)；必須了解有關(guān)生產(chǎn)菌種對(duì)環(huán)境條件的要求，如培養(yǎng)基、培養(yǎng)溫度、pH、氧的

2、需求等，并深入了解生產(chǎn)菌在合成產(chǎn)物過(guò)程中的代謝調(diào)控機(jī)制以及可能的代謝途徑，為設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)工藝提供理論基礎(chǔ)；通過(guò)各種監(jiān)測(cè)手段如取樣測(cè)定隨時(shí)間變化的菌體濃度，糖、氮消耗及產(chǎn)物，以及采用傳感器測(cè)定發(fā)酵罐中的培養(yǎng)溫度、pH、溶解氧等參數(shù)情況，并予以有效地控制，使生產(chǎn)菌種處于產(chǎn)物合成的優(yōu)化環(huán)境中。第一節(jié)發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化與控制參數(shù)一、發(fā)酵工藝過(guò)程控制的重要性從產(chǎn)物形成來(lái)說(shuō)，代謝變化就是反映發(fā)酵中的菌體生長(zhǎng)、發(fā)酵參數(shù)的變化（培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件）和產(chǎn)物形成速率這三者之間的關(guān)系。二、發(fā)酵過(guò)程的代謝變化規(guī)律一般來(lái)說(shuō)，微生物的培養(yǎng)方式分為分批發(fā)酵、補(bǔ)料分

3、批發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵及連續(xù)發(fā)酵四種類型的操作方式。1、分批發(fā)酵指在一個(gè)封閉的培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)投入有限數(shù)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（基質(zhì)）后接入種子進(jìn)行培養(yǎng)的發(fā)酵方式。即一次性投料，一次性收獲產(chǎn)品的發(fā)酵方式。在該系統(tǒng)里種子接種到培養(yǎng)基后，除了氣體流通外，發(fā)酵液始終留在生物反應(yīng)器內(nèi)。延滯期指數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期時(shí)間（t）菌體濃度分批培養(yǎng)條件下的典型生長(zhǎng)曲線分批培養(yǎng)過(guò)程中隨著培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷減少，微生物生長(zhǎng)的環(huán)境條件也不斷變化，因此，微生物分批培養(yǎng)是一種非穩(wěn)態(tài)的培養(yǎng)方法。生長(zhǎng)階段細(xì)胞特征停滯期為適應(yīng)新環(huán)境的需要，細(xì)胞個(gè)體增大，合成新的酶及細(xì)胞物質(zhì)，細(xì)胞數(shù)量增加很

4、少，微生物對(duì)不良環(huán)境的抵抗力下降。當(dāng)接種的是老齡化的或饑餓的細(xì)胞時(shí)，停滯期將延長(zhǎng)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞活力很強(qiáng)，生長(zhǎng)速率達(dá)到最大值且保持穩(wěn)定、速率大小取決于培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境穩(wěn)定期隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗和產(chǎn)物的積累，微生物的生長(zhǎng)速率下降等于死亡速率，系統(tǒng)中活微生物數(shù)保持穩(wěn)定衰亡期由于自溶酶的作用或有害物質(zhì)的積累，使細(xì)胞破裂死亡2、微生物分批培養(yǎng)生長(zhǎng)速度的動(dòng)力學(xué)方程1942年，Monod提出了在特定溫度、pH值、營(yíng)養(yǎng)物類型、營(yíng)養(yǎng)物濃度條件下，微生物細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率與限制性營(yíng)養(yǎng)物濃度之間存在如下關(guān)系：μ=μmaxS/（Ka+S）μmax——微生物的最大

5、比生長(zhǎng)速率S——限制性營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的濃度Ks——飽和常數(shù)Monod方程的幾點(diǎn)說(shuō)明a：分批培養(yǎng)過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)方程，在純培養(yǎng)情況下，只有當(dāng)微生物細(xì)胞生長(zhǎng)受一種限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制約時(shí)，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相一致。b：Ks反映了微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收的親和力的大小，數(shù)值越小，表明微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的親和力大。反之則親和力小。一般微生物的Ks值為0.1—120mg/L，是很小的。c：μmax隨微生物的種類和培養(yǎng)條件不同，一般來(lái)說(shuō)細(xì)菌的μmax大于霉菌，就同種微生物來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)溫度升高，μmax增大。3、分批培養(yǎng)時(shí)微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成的動(dòng)力學(xué)在發(fā)酵過(guò)程中，常用得率系

6、數(shù)來(lái)描述微生物生長(zhǎng)過(guò)程的特征，即生成的細(xì)胞或產(chǎn)物與消耗的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的關(guān)系。在實(shí)際中，最常用的是細(xì)胞得率系數(shù)（Yx/s）和產(chǎn)物得率系數(shù)（Yp/s），分別定義為消耗1g營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生成的細(xì)胞的克數(shù)和生成產(chǎn)物的克數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)中可通過(guò)測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)細(xì)胞和產(chǎn)物的生成量及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。在分批培養(yǎng)過(guò)程中根據(jù)產(chǎn)物生成是否與菌體生長(zhǎng)同步的關(guān)系，將微生物產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)分為①生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型和②非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型。A（葡萄糖異構(gòu)酶）B（菌體濃度）B（菌體濃度）A（殺念珠菌素）生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型產(chǎn)物的生成速率與菌體生長(zhǎng)速率成正比。這種產(chǎn)物通常是微生物分解基

7、質(zhì)的直接產(chǎn)物，如酒精，但也有某些酶類，如脂肪酶和葡萄糖異構(gòu)酶產(chǎn)物的生成速率與菌體生長(zhǎng)速率成無(wú)關(guān)，而與菌體量的多少有關(guān)。對(duì)于生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型產(chǎn)品，可采用有利于細(xì)胞生長(zhǎng)的培養(yǎng)條件，延長(zhǎng)與產(chǎn)物合成有關(guān)的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。對(duì)于非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型產(chǎn)品，則宜縮短菌體的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并迅速獲得足夠量的菌體細(xì)胞后，延長(zhǎng)穩(wěn)定期，從而提高產(chǎn)量。（1）有關(guān)分批發(fā)酵的幾點(diǎn)討論生產(chǎn)的對(duì)象不同，掌握工藝的重點(diǎn)不同產(chǎn)物為細(xì)胞本身——采用能支持最高生長(zhǎng)量的培養(yǎng)條件產(chǎn)物為初級(jí)代謝物——延長(zhǎng)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期產(chǎn)物為次級(jí)代謝物——縮短對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，延長(zhǎng)穩(wěn)定期（2）分批發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，周期短，

8、染菌的機(jī)會(huì)減少生產(chǎn)過(guò)程易于控制、產(chǎn)品質(zhì)量易掌握。x缺點(diǎn)：分批發(fā)酵不適于測(cè)定過(guò)程動(dòng)力學(xué)，存在基質(zhì)的抑制問(wèn)題，出現(xiàn)二次生長(zhǎng)現(xiàn)象，對(duì)與一些對(duì)基質(zhì)敏感的產(chǎn)物，由于養(yǎng)分易耗盡，產(chǎn)率較低。2、補(bǔ)料－分批發(fā)酵（fed-b