第六章發(fā)酵過程控制

1、上節(jié)知識(shí)回顧 本章內(nèi)容本章內(nèi)容一、一、概述概述二、二、溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制三、三、pH對(duì)發(fā)酵的影響及其控制對(duì)發(fā)酵的影響及其控制四、四、溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及其控制五、五、CO2和呼吸商對(duì)發(fā)酵的影響及其控制和呼吸商對(duì)發(fā)酵的影響及其控制六、六、基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響及補(bǔ)料控制基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響及補(bǔ)料控制七、七、泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及其控制泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及其控制八、八、自動(dòng)控制技術(shù)在發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)在發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用1、 過程控制的重要過程控制的重要性性 菌株特性菌株特性(營養(yǎng)要求、生長速率、營養(yǎng)要求、生長速率、 呼吸強(qiáng)度、產(chǎn)物合

2、成速率呼吸強(qiáng)度、產(chǎn)物合成速率) 傳遞性能傳遞性能 物理：物理：n、T、Ws 化學(xué)：化學(xué)：pH、DO、濃度、濃度 過程控制的意義：最佳工藝條件的優(yōu)選（即最佳工藝參數(shù)過程控制的意義：最佳工藝條件的優(yōu)選（即最佳工藝參數(shù) 的確定）以及在發(fā)酵過程中通過過程調(diào)節(jié)達(dá)到最適水平的的確定）以及在發(fā)酵過程中通過過程調(diào)節(jié)達(dá)到最適水平的 控制?？刂?。決定發(fā)酵決定發(fā)酵單位單位(水平水平)的因素的因素外部環(huán)境因素外部環(huán)境因素工藝條件工藝條件生物因素：生物因素：設(shè)備性能：設(shè)備性能：一、概述一、概述2. 發(fā)酵過程控制的一般步驟發(fā)酵過程控制的一般步驟 確定能反映過程變化的各種理化參數(shù)及其檢測(cè)方法確定能反映過程變化的各種理化參數(shù)

3、及其檢測(cè)方法 研究這些參數(shù)的變化對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)水平的影響及其機(jī)制，研究這些參數(shù)的變化對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)水平的影響及其機(jī)制，獲取最適水平或最佳范圍獲取最適水平或最佳范圍 建立數(shù)學(xué)模型定量描述各參數(shù)之間隨時(shí)間變化的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型定量描述各參數(shù)之間隨時(shí)間變化的關(guān)系 通過計(jì)算機(jī)實(shí)施在線自動(dòng)檢測(cè)和控制，驗(yàn)證各種控制通過計(jì)算機(jī)實(shí)施在線自動(dòng)檢測(cè)和控制，驗(yàn)證各種控制模型的可行性及其適用范圍，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程最優(yōu)控制模型的可行性及其適用范圍，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程最優(yōu)控制 3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v代謝參數(shù)按性質(zhì)可分為三類：代謝參數(shù)按性質(zhì)可分為三類：物理參數(shù)：物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓、空氣流量、溶解溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓、空氣流量、

4、溶解氧、表觀粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等氧、表觀粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等化學(xué)參數(shù)：化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷）、基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷）、 pH、產(chǎn)物、產(chǎn)物濃度、核酸量等濃度、核酸量等生物參數(shù)：生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌體濃度、菌體比生長速率、菌絲形態(tài)、菌體濃度、菌體比生長速率、呼吸強(qiáng)度、攝氧率、關(guān)鍵酶活力等呼吸強(qiáng)度、攝氧率、關(guān)鍵酶活力等3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)按獲取方式可分為兩類：參數(shù)按獲取方式可分為兩類： 如如T、pH、罐壓、空氣流量、攪罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、溶氧濃度等拌轉(zhuǎn)速、溶氧濃度等 如攝氧率如攝氧率()、呼吸強(qiáng)度、呼吸強(qiáng)度(QO2)、比生長、比生長速率（速率（)

5、 、體積溶氧系數(shù)體積溶氧系數(shù)(KLa)、呼吸商呼吸商(RQ)等等。直接參數(shù)：直接參數(shù)： 間接參數(shù)：間接參數(shù)：將直接參數(shù)通過公式計(jì)算獲得的將直接參數(shù)通過公式計(jì)算獲得的參數(shù)，參數(shù)，3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)的測(cè)量形式參數(shù)的測(cè)量形式離線測(cè)量：離線測(cè)量：基質(zhì)（糖、脂類、無機(jī)鹽等）、前體和代基質(zhì)（糖、脂類、無機(jī)鹽等）、前體和代謝產(chǎn)物（抗生素、酶、有機(jī)酸、氨基酸等）謝產(chǎn)物（抗生素、酶、有機(jī)酸、氨基酸等）在線測(cè)量：在線測(cè)量：如如T 、pH、DO、溶解、溶解CO2、尾氣、尾氣CO2、黏度、黏度、攪拌轉(zhuǎn)速等攪拌轉(zhuǎn)速等優(yōu)點(diǎn)：及時(shí)、省力，可從繁瑣操作中解脫出來，便優(yōu)點(diǎn)：及時(shí)、省力，可從繁瑣操作中解脫出來，便于計(jì)算

6、機(jī)控制。于計(jì)算機(jī)控制。 困難：傳感器要求較高。困難：傳感器要求較高。 對(duì)傳感器的要求：對(duì)傳感器的要求：v能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；v傳感器及其二次儀表具有長期穩(wěn)定性；傳感器及其二次儀表具有長期穩(wěn)定性；v最好能在過程中隨時(shí)校正，靈敏度好；最好能在過程中隨時(shí)校正，靈敏度好；v探頭材料不易老化，使用壽命長；探頭材料不易老化，使用壽命長；v安裝使用和維修方便；安裝使用和維修方便；v解決探頭敏感部位被物料（反應(yīng)液）粘住、堵塞解決探頭敏感部位被物料（反應(yīng)液）粘住、堵塞 問題；問題；v價(jià)格合理，便于推廣。價(jià)格合理，便于推廣。 3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方

7、法v（1）溫度測(cè)量）溫度測(cè)量 感溫元件：感溫元件：熱電偶（溫度信號(hào)熱電偶（溫度信號(hào) 電信號(hào)電信號(hào)） 二次儀表：二次儀表：將熱電偶輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成將熱電偶輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成 被測(cè)介質(zhì)的溫度被測(cè)介質(zhì)的溫度v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法v（2）攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌功率的測(cè)量）攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌功率的測(cè)量攪拌轉(zhuǎn)速：磁感應(yīng)式，光感應(yīng)式，攪拌轉(zhuǎn)速：磁感應(yīng)式，光感應(yīng)式， 測(cè)速電機(jī)；測(cè)速電機(jī)；攪拌功率：功率表，測(cè)定力矩求功率法。攪拌功率：功率表，測(cè)定力矩求功率法。3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法v（3）空氣流量測(cè)定）空氣流量測(cè)定體積流量型：體積流量型： 會(huì)引起流體能量損失，受溫度和壓

8、力變化的影響；會(huì)引起流體能量損失，受溫度和壓力變化的影響； 同心孔板壓差式流量計(jì)；同心孔板壓差式流量計(jì)； 轉(zhuǎn)子流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)。質(zhì)量流量型：質(zhì)量流量型： 根據(jù)流體固有性質(zhì)（質(zhì)量、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性能）根據(jù)流體固有性質(zhì)（質(zhì)量、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性能）設(shè)計(jì)的流量計(jì)。設(shè)計(jì)的流量計(jì)。v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法v（4）罐壓測(cè)量）罐壓測(cè)量 壓力表壓力表 壓力傳感器壓力傳感器 3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法v（5）料液計(jì)量與液位控制）料液計(jì)量與液位控制 壓差法：壓差法：H=（P2/P1）H 直接重量測(cè)量法：直接稱重直接重量測(cè)量法：直接稱重 體積計(jì)量法：計(jì)算進(jìn)出料液體積計(jì)量法：計(jì)算進(jìn)出料液 流量

9、計(jì)量法：計(jì)算流量和時(shí)間流量計(jì)量法：計(jì)算流量和時(shí)間 液位探針液位探針3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法v（6）發(fā)酵液粘度測(cè)定）發(fā)酵液粘度測(cè)定 毛細(xì)管粘度計(jì)毛細(xì)管粘度計(jì) 回轉(zhuǎn)式粘度計(jì)回轉(zhuǎn)式粘度計(jì) 渦輪旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)渦輪旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法v（7）pH測(cè)量測(cè)量 復(fù)合復(fù)合pH電極電極 pH測(cè)量儀器測(cè)量儀器3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法v（8）溶解氧的測(cè)量）溶解氧的測(cè)量 化學(xué)法化學(xué)法 極譜法極譜法 復(fù)膜氧電極法復(fù)膜氧電極法 3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)復(fù)膜氧電極示意圖復(fù)膜氧電極示意圖（a）極譜型極譜型 （b）原電池型原電池型v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢

10、測(cè)方法v（9）溶解二氧化碳測(cè)量）溶解二氧化碳測(cè)量 復(fù)膜式電極法復(fù)膜式電極法 滲透膜滲透膜碳酸氫鈉法碳酸氫鈉法v（10）發(fā)酵尾氣的在線分析）發(fā)酵尾氣的在線分析 CO2分析分析 O2分析分析3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法v（11）細(xì)胞濃度的測(cè)量）細(xì)胞濃度的測(cè)量 化學(xué)法：化學(xué)法：如如DNA、RNA分分析等析等 物理法：物理法：如重量分析、分光光度分析、如重量分析、分光光度分析、 濁度分析等濁度分析等新技術(shù)：新技術(shù)：以電容法為測(cè)量原理的在線以電容法為測(cè)量原理的在線 活細(xì)胞濃度測(cè)量傳感器活細(xì)胞濃度測(cè)量傳感器 3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)原位活細(xì)胞在線檢測(cè)儀原位活細(xì)胞在線檢測(cè)儀二、溫度對(duì)發(fā)酵的

11、影響及其控制二、溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制1. 影響發(fā)酵溫度的因素影響發(fā)酵溫度的因素2. 溫度對(duì)微生物生長的影響溫度對(duì)微生物生長的影響3. 溫度對(duì)基質(zhì)消耗的影響溫度對(duì)基質(zhì)消耗的影響4. 溫度對(duì)產(chǎn)物合成的影響溫度對(duì)產(chǎn)物合成的影響5. 最適溫度的選擇與控制最適溫度的選擇與控制 (1)發(fā)酵發(fā)酵熱熱v發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的熱量，叫做發(fā)酵熱發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的熱量，叫做發(fā)酵熱。 Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q輻射 (2)生物熱生物熱v來源來源 ：微生物微生物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的分解所釋放的能量對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的分解所釋放的能量v影響因素：影響因素：菌株菌株培養(yǎng)基成分培養(yǎng)基成分 發(fā)酵時(shí)期發(fā)酵時(shí)期 v生物熱與其它參數(shù)的關(guān)系生

12、物熱與其它參數(shù)的關(guān)系 呼吸強(qiáng)度呼吸強(qiáng)度QO2 糖利用速率糖利用速率當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達(dá)到高峰時(shí)，菌的呼當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達(dá)到高峰時(shí)，菌的呼吸強(qiáng)度最大，糖的利用速率也最大，吸強(qiáng)度最大，糖的利用速率也最大，可用耗氧量、糖耗來衡量生物熱。可用耗氧量、糖耗來衡量生物熱。2. 溫度對(duì)微生物生長的影響溫度對(duì)微生物生長的影響v當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)，可忽略，微生物處于生長狀態(tài)可忽略，微生物處于生長狀態(tài)。、皆與皆與T有有關(guān)，其關(guān)系均可用阿累尼烏斯公式描述關(guān)，其關(guān)系均可用阿累尼烏斯公式描述：vEE 死亡速率比生長速率對(duì)溫度變化更為敏感死亡速率比生長速率對(duì)溫度變化更為敏感 xxdtdxdtdxx1RTE1eARTE2eA嗜冷、嗜中溫、

13、嗜熱菌的典型生長與溫度關(guān)系嗜冷、嗜中溫、嗜熱菌的典型生長與溫度關(guān)系2. 溫度對(duì)微生物生長的影響溫度對(duì)微生物生長的影響(續(xù)續(xù))v在其最適溫度范圍內(nèi)，生長速率隨溫度升高而增加，在其最適溫度范圍內(nèi)，生長速率隨溫度升高而增加，當(dāng)溫度超過最適生長溫度，生長速率隨溫度增加而迅當(dāng)溫度超過最適生長溫度，生長速率隨溫度增加而迅速下降。速下降。 v不同生長階段的微生物對(duì)溫度的反應(yīng)不同不同生長階段的微生物對(duì)溫度的反應(yīng)不同 處于延遲期的細(xì)菌對(duì)溫度的影響十分敏感。處于延遲期的細(xì)菌對(duì)溫度的影響十分敏感。對(duì)于對(duì)數(shù)生長期的細(xì)菌，如果在略低于最適溫度的對(duì)于對(duì)數(shù)生長期的細(xì)菌，如果在略低于最適溫度的條件下培養(yǎng)，即使在發(fā)酵過程中升溫

14、，則升溫的破條件下培養(yǎng)，即使在發(fā)酵過程中升溫，則升溫的破壞作用較弱。壞作用較弱。 處于生長后期的細(xì)菌，其生長速度一般主要取決于處于生長后期的細(xì)菌，其生長速度一般主要取決于溶解氧，而不是溫度。溶解氧，而不是溫度。 (1) 糖比消耗速率糖比消耗速率qs vRighelato假定假定：m維持因子，即生長速率為零時(shí)的葡萄糖的消耗維持因子，即生長速率為零時(shí)的葡萄糖的消耗。m項(xiàng)項(xiàng)與滲透壓調(diào)節(jié)、代謝產(chǎn)物的生成、遷移性及除繁殖以與滲透壓調(diào)節(jié)、代謝產(chǎn)物的生成、遷移性及除繁殖以外的其它生物轉(zhuǎn)化等過程所需的能量有關(guān)。這些過程外的其它生物轉(zhuǎn)化等過程所需的能量有關(guān)。這些過程受溫度的影響，所以受溫度的影響，所以m也和溫度

15、相關(guān)也和溫度相關(guān)。B生長系數(shù)，即同一生長速率下的糖耗生長系數(shù)，即同一生長速率下的糖耗，B值越大，說值越大，說明同樣比生長速率下，用于純粹生長的糖耗越大明同樣比生長速率下，用于純粹生長的糖耗越大。 v改變溫度可以控制改變溫度可以控制qs和和 Bmqs（2）T對(duì)對(duì)B、m和和的影響的影響 vqs一定一定：v當(dāng)當(dāng)TTm時(shí)時(shí)， m ， , B 底物轉(zhuǎn)化效率低底物轉(zhuǎn)化效率低當(dāng)當(dāng)T=Tm時(shí)時(shí)，mT(K)m溫度對(duì)溫度對(duì)B、m和不同和不同qs下對(duì)下對(duì)值的影響值的影響4. 溫度對(duì)產(chǎn)物合成的影響溫度對(duì)產(chǎn)物合成的影響v影響發(fā)酵過程中各種反應(yīng)速率，從而影響微生物的生影響發(fā)酵過程中各種反應(yīng)速率，從而影響微生物的生長代謝與

16、產(chǎn)物生成。長代謝與產(chǎn)物生成。 e.g. 青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素 青霉菌生長活化能青霉菌生長活化能E1=34kJ/mol 青霉素合成活化能青霉素合成活化能E2=112kJ/mol 青霉素合成速率對(duì)溫度較敏感青霉素合成速率對(duì)溫度較敏感v改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，間接影響菌的生物合成改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，間接影響菌的生物合成 。v影響生物合成方向。影響生物合成方向。 e.g. 四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌：四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌：T5.0：酵母形態(tài)變小，發(fā)酵液變黑，且污染大量細(xì)菌酵母形態(tài)變小，發(fā)酵液變黑，且污染大量細(xì)菌 pH0.5% 低低pH6.8控制加糖控制加糖 7% ， OTR逐漸逐漸至

17、至OTR=，即即 ，高位平衡高位平衡 當(dāng)處于高位平衡時(shí)，表明供氧性能好。當(dāng)處于高位平衡時(shí)，表明供氧性能好。高位平衡通常發(fā)生高位平衡通常發(fā)生在正常情況的前、后期。在正常情況的前、后期。LLaCCKOTR0dtdCLOTR,CC,CLL0dtdCLn平衡點(diǎn)分析平衡點(diǎn)分析：當(dāng)當(dāng)CL（如對(duì)數(shù)生長期如對(duì)數(shù)生長期很大很大）， ，OTRCm, 卷須霉素卷須霉素: v而有些菌株而有些菌株 Ccr CCr，生產(chǎn)階段滿足生產(chǎn)階段滿足CLCm。 （1 1）發(fā)酵異常指標(biāo)）發(fā)酵異常指標(biāo)v發(fā)酵中污染雜菌，溶解氧發(fā)生異常變化。發(fā)酵中污染雜菌，溶解氧發(fā)生異常變化。 對(duì)于好氣性雜菌，溶解氧會(huì)一反往常在較短時(shí)間內(nèi)跌對(duì)于好氣性雜菌

18、，溶解氧會(huì)一反往常在較短時(shí)間內(nèi)跌到零附近，跌零后長時(shí)間不回升到零附近，跌零后長時(shí)間不回升。 對(duì)于厭氣性雜菌，對(duì)于厭氣性雜菌，溶解氧溶解氧升高升高。v污染噬菌體或其它不明原因引起發(fā)酵液變稀，此時(shí)污染噬菌體或其它不明原因引起發(fā)酵液變稀，此時(shí)溶解溶解氧氧迅速上升。迅速上升。 v操作故障或事故分析操作故障或事故分析 谷氨酸正常發(fā)酵和異常發(fā)酵的溶解氧曲線谷氨酸正常發(fā)酵和異常發(fā)酵的溶解氧曲線正常發(fā)酵溶解氧曲線正常發(fā)酵溶解氧曲線-異常發(fā)酵溶解氧曲線異常發(fā)酵溶解氧曲線異常發(fā)酵光密度曲線異常發(fā)酵光密度曲線（2）補(bǔ)料控制指標(biāo)補(bǔ)料控制指標(biāo) v中間補(bǔ)料是否得當(dāng)可以從中間補(bǔ)料是否得當(dāng)可以從溶解氧溶解氧的變化看出。的變化

19、看出。v發(fā)酵過程中出現(xiàn)發(fā)酵過程中出現(xiàn)“發(fā)酸發(fā)酸”現(xiàn)象，此時(shí)溶解氧現(xiàn)象，此時(shí)溶解氧很快下降。很快下降。 （3）代謝方向控制指標(biāo)）代謝方向控制指標(biāo) v測(cè)量溶解氧可以確定測(cè)量溶解氧可以確定CCr、Cm值值v通過溶氧測(cè)量可以掌握由好氣轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)機(jī)通過溶氧測(cè)量可以掌握由好氣轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)機(jī) e.g.天門冬酰胺酶發(fā)酵天門冬酰胺酶發(fā)酵：45%飽和度飽和度 v在酵母以及其他微生物菌體的生產(chǎn)中，溶氧值是控制其代在酵母以及其他微生物菌體的生產(chǎn)中，溶氧值是控制其代謝方向的最好的指標(biāo)之一謝方向的最好的指標(biāo)之一 。（4）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)v評(píng)價(jià)設(shè)備性能、工藝合理性的最終指

20、標(biāo)：發(fā)酵單位評(píng)價(jià)設(shè)備性能、工藝合理性的最終指標(biāo)：發(fā)酵單位 v設(shè)備反映供氧性能：設(shè)備反映供氧性能： 攪拌槳形式攪拌槳形式 葉片形式葉片形式 攪拌器直徑攪拌器直徑d 攪拌檔數(shù)攪拌檔數(shù)m和攪拌器間距和攪拌器間距s 檔板寬度檔板寬度w和檔板數(shù)和檔板數(shù)z 通氣：通氣：空氣分布器的類型和位置空氣分布器的類型和位置 n，P/V 設(shè)備操作參數(shù)設(shè)備操作參數(shù) 罐壓罐壓 WS或或VVM攪拌攪拌設(shè)備幾何參數(shù)設(shè)備幾何參數(shù)（4）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)工藝條件反映耗氧和供氧特征工藝條件反映耗氧和供氧特征 菌種性能：耗菌種性能：耗O2 培養(yǎng)基性能：耗培養(yǎng)基性能：耗O2、供供O2 溫度：耗溫度：耗O

21、2、供供O2 RQ（O2與與CO2水平比較水平比較）：耗耗O2 表面活性劑：耗表面活性劑：耗O2、供供O2改進(jìn)工藝：控制補(bǔ)料速度、改進(jìn)工藝：控制補(bǔ)料速度、T 的調(diào)節(jié)、中間補(bǔ)水、的調(diào)節(jié)、中間補(bǔ)水、 添加表面活性劑等等添加表面活性劑等等 對(duì)現(xiàn)有發(fā)酵工對(duì)現(xiàn)有發(fā)酵工廠進(jìn)行技術(shù)改造廠進(jìn)行技術(shù)改造 淺層次淺層次 修改設(shè)備和工藝修改設(shè)備和工藝 規(guī)模和控制水平上檔次規(guī)模和控制水平上檔次 引入新型發(fā)酵類型引入新型發(fā)酵類型 深層次深層次 工藝的改進(jìn)是否有效可通過溶解氧水平進(jìn)行評(píng)價(jià)：工藝的改進(jìn)是否有效可通過溶解氧水平進(jìn)行評(píng)價(jià)： P/V的改變對(duì)溶解氧和產(chǎn)量的影響的改變對(duì)溶解氧和產(chǎn)量的影響 e.g.利福霉素發(fā)酵利福霉素

22、發(fā)酵：5080h波谷階段波谷階段，P/V，KLa，供氧供氧；3W/L比比1 W/L批號(hào)的發(fā)酵單位增加約批號(hào)的發(fā)酵單位增加約900u/ml 攪拌轉(zhuǎn)數(shù)攪拌轉(zhuǎn)數(shù)n 對(duì)溶解氧和產(chǎn)量的影響對(duì)溶解氧和產(chǎn)量的影響e.g.赤霉素發(fā)酵赤霉素發(fā)酵：15 50h期間期間，n從從155 提高至提高至180r/min， 赤霉素單位赤霉素單位（1 1）溶解氧控制的一般原則）溶解氧控制的一般原則 v生長階段生長階段： 即可即可v產(chǎn)物合成階段產(chǎn)物合成階段： 即可即可v過高的溶氧水平反而對(duì)菌體代謝有不可逆的抑過高的溶氧水平反而對(duì)菌體代謝有不可逆的抑制作用制作用CrLCC mLCC （2）溶解氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一溶解

23、氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一 v控控制原理制原理 發(fā)酵過程中，發(fā)酵過程中， 糖量糖量 x , QO2 CL 糖量糖量 QO2 CL 補(bǔ)糖使補(bǔ)糖使CL下降，而下降，而CL回升的快慢取決于供氧效率回升的快慢取決于供氧效率。 對(duì)于一個(gè)具體的發(fā)酵，存在一個(gè)最適氧濃度對(duì)于一個(gè)具體的發(fā)酵，存在一個(gè)最適氧濃度（Cm）水水平，補(bǔ)糖速率應(yīng)與其相適應(yīng)。平，補(bǔ)糖速率應(yīng)與其相適應(yīng)。 mLCC，加大補(bǔ)糖速率加大補(bǔ)糖速率 mLCC ，減小補(bǔ)糖速率減小補(bǔ)糖速率實(shí)現(xiàn)用溶解氧水平控制補(bǔ)料速率實(shí)現(xiàn)用溶解氧水平控制補(bǔ)料速率 補(bǔ)糖速率控制在正好使生產(chǎn)菌處于所謂補(bǔ)糖速率控制在正好使生產(chǎn)菌處于所謂“半饑餓狀態(tài)半饑餓狀態(tài)”，使其僅能維

24、持正常的生長代謝，即把更多的糖用于產(chǎn)物合使其僅能維持正常的生長代謝，即把更多的糖用于產(chǎn)物合成，并永遠(yuǎn)不超過罐設(shè)計(jì)時(shí)的成，并永遠(yuǎn)不超過罐設(shè)計(jì)時(shí)的KLa水平所能提供的最大供水平所能提供的最大供氧速率。氧速率。 v控制原則控制原則（2）溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一 v控制方法控制方法 溶氧和補(bǔ)糖控制系統(tǒng)溶氧和補(bǔ)糖控制系統(tǒng) 溶氧和溶氧和pH控制的系統(tǒng)控制的系統(tǒng) （2）溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一 溶氧在加糖控制上的應(yīng)用溶氧在加糖控制上的應(yīng)用溶氧與溶氧與pH協(xié)同控制系統(tǒng)協(xié)同控制系統(tǒng)（3）溶解氧控制的工藝方法：溶解氧控制的工藝

25、方法：從供氧、需氧兩方面考慮從供氧、需氧兩方面考慮 v供氧方面：供氧方面：提高氧分壓（氧分含量），即提高氧分壓（氧分含量），即 ，提高供氧能力提高供氧能力改變攪拌轉(zhuǎn)速：通過改變改變攪拌轉(zhuǎn)速：通過改變KLa來提高供氧能力來提高供氧能力 通氣速率通氣速率Ws ：Ws增加有上限，引起增加有上限，引起“過載過載”、泡沫、泡沫提高罐壓：提高罐壓： ，但同時(shí)會(huì)增加，但同時(shí)會(huì)增加CO2的溶解度，影響的溶解度，影響pH及及可能會(huì)影響菌的代謝，另外還會(huì)增加對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度要求?？赡軙?huì)影響菌的代謝，另外還會(huì)增加對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度要求。 CC改變發(fā)酵液理化性質(zhì)改變發(fā)酵液理化性質(zhì)（， ，Ii） 加消泡劑，補(bǔ)加無菌水，改變培養(yǎng)基成分