發(fā)酵過程控制CO2課件

1、第八章 發(fā)酵過程控制 第七節(jié) CO2濃度對發(fā)酵的影響及其控制教學(xué)目標(biāo)：1. 了解CO2濃度對發(fā)酵的影響2. 了解CO2濃度對發(fā)酵的影響的機(jī)理3. 了解CO2濃度的控制方法4. 掌握菌體濃度控制的方法第七節(jié) CO2對發(fā)酵的影響及控制一、CO2對發(fā)酵的影響1、CO2對菌體具有抑制作用 當(dāng)排氣中CO2的濃度高于4%時(shí)，微生物的糖代謝和呼吸速率下降。 例如，發(fā)酵液中CO2的濃度達(dá)到1.610-1mol就會嚴(yán)重抑制酵母的生長；當(dāng)進(jìn)氣口CO2的含量占混合氣體的80%時(shí)，酵母活力與對照相比降低20%。2、CO2對發(fā)酵的影響 對發(fā)酵促進(jìn)。如牛鏈球菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖，最重要的發(fā)酵條件是提供的空氣中要含5%的CO2。

2、 對發(fā)酵抑制。如對肌苷、異亮氨酸、 組氨酸、抗生素等發(fā)酵的抑制。3、CO2 影響發(fā)酵液的酸堿平衡二、CO2對發(fā)酵影響的機(jī)理 CO2及HCO3-主要是影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致膜的流動性及表面電荷密度發(fā)生改變，影響到細(xì)胞膜的輸送效率，導(dǎo)致細(xì)胞生長受到抑制、形態(tài) 發(fā)生改變。 培養(yǎng)液中的CO2 主要作用于細(xì)胞膜的脂質(zhì)核心部位； HCO 3 -主要影響細(xì)胞膜的膜蛋白三、CO2的控制 在發(fā)酵液中的濃度變化不像溶解氧那樣有一定的規(guī)律。它的大小受到許多因素的影響，如細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度、 發(fā)酵液的流變學(xué)特性、通氣攪拌程度、 罐壓大小、設(shè)備規(guī)模等。在發(fā)酵過程中通常通過調(diào)節(jié)通風(fēng)和攪拌來控制。第八節(jié) 菌體濃度與基質(zhì)對發(fā)酵的

3、影響及控制一、菌體濃度對發(fā)酵的影響及控制菌體（細(xì)胞）濃度：單位體積培養(yǎng)液中菌體的含量。1、菌體濃度的意義菌濃大小，反映了菌體細(xì)胞的多少，也反映了菌體細(xì)胞生理特性不完全相同的分化階段；發(fā)酵動力學(xué)研究中，菌濃是一個(gè)基本參數(shù)，用它來計(jì)算菌體的比生長速率和產(chǎn)物的比生產(chǎn)速率等有關(guān)的動力學(xué)參數(shù)。2、影響菌體濃度的因素菌體濃度的增加與微生物的種類和自身的遺傳特性有關(guān)；菌體濃度的增加還受環(huán)境條件的影響；菌體濃度的增加與營養(yǎng)基質(zhì)的種類和濃度有關(guān)。 營養(yǎng)物質(zhì)均存在一個(gè)上限濃度，在此限度以內(nèi)，菌體的比生長速率隨著濃度增加而增加，但超過此上限，濃度繼續(xù)增加，反而會引起生長速率下降，這種效應(yīng)就是基質(zhì)抑制作用。 這可能是

4、由于高濃度基質(zhì)形成高滲透壓，引起細(xì)胞脫水而抑制生長。3、菌體濃度的控制 菌濃的大小，對發(fā)酵產(chǎn)物的得率有著重要的影響。在適當(dāng)?shù)谋壬L速率下，發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率與菌濃成正比關(guān)系。 但菌濃過高，營養(yǎng)物質(zhì)消耗過快，營養(yǎng)液的成分發(fā)生明顯改變，有毒物質(zhì)的積累，就有可能改變菌體的代謝途徑。同時(shí)菌濃增加會引起溶氧濃度降低，并成為限制性因素。 發(fā)酵中，菌體的生長速率，在一定的培養(yǎng)條件下，主要受基質(zhì)濃度的影響，所以經(jīng)常依靠調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的濃度來控制菌體濃度。3、菌體濃度的控制生長速度和菌體濃度的控制方法： 確定基礎(chǔ)培養(yǎng)基的適當(dāng)配比，防止培養(yǎng)基過于豐富或過于稀薄。通過調(diào)節(jié)中間補(bǔ)料的速度和量來控制。二、基質(zhì)對發(fā)酵的影響及控制

5、1、碳源對發(fā)酵的影響及控制種類：葡萄糖優(yōu)點(diǎn)：吸收快，利用快，能迅速參加代謝合成菌體和產(chǎn)生能量缺點(diǎn)： 有些品種產(chǎn)生分解代謝產(chǎn)物阻遏效應(yīng)。迅速利用的碳源緩慢利用的碳源種類：淀粉、乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油優(yōu)點(diǎn)： 不易產(chǎn)生分解產(chǎn)物 阻遏效應(yīng)。 有利于延長次級代謝產(chǎn)物的分 泌期缺點(diǎn)：溶解度低，發(fā)酵液粘度大。碳源種類及影響碳源種類的控制 發(fā)酵工業(yè)中常采用含迅速利用的碳源和緩慢利用的碳源的混合碳源。 迅速利用的碳源滿足菌體生長的消耗，緩慢利用的碳源，滿足產(chǎn)物合成，可延長合成期，提高產(chǎn)量，并可解除葡萄糖效應(yīng)。碳源濃度的影響 濃度過低，比生長速率小于臨界比生長速率，產(chǎn)物生成速率隨著比生長速率的降低而降低。 濃

6、度過高，比生長速率大于臨界比生長速率，菌體濃度過大；引起攝氧率增大，或發(fā)酵液黏度增大，最終導(dǎo)致產(chǎn)物的比生成速率降低。 產(chǎn)生分解代謝產(chǎn)物阻遏作用的碳源濃度過大，會抑制產(chǎn)物合成。碳源濃度的控制在發(fā)酵過程中，補(bǔ)加糖類控制碳源濃度。補(bǔ)料的類型有：流加少量多次的加入多量少次的加入2、氮源對發(fā)酵的影響及控制氮源種類的影響種類：氨水、銨鹽和玉米漿優(yōu)點(diǎn)： 易被菌體利用，明顯促進(jìn)菌體生長缺點(diǎn)： 對于有些品種高濃度的銨離子抑制產(chǎn)物合成迅速利用的氮源緩慢利用的氮源種類：黃豆餅粉、花生餅粉、和棉子餅粉優(yōu)點(diǎn)： 利用緩慢，有利于延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期。防止早衰。缺點(diǎn)：溶解度低，發(fā)酵液粘度大。 氮源種類的控制 發(fā)酵工業(yè)中

7、常采用含迅速利用的氮源和緩慢利用的氮源的混合氮源。 迅速利用的氮源促進(jìn)菌體生長繁殖，緩慢利用的氮源，滿足產(chǎn)物合成，可延長合成期，延緩自溶期。2、氮源對發(fā)酵的影響及控制氮源濃度的影響及控制補(bǔ)氮的依據(jù)：殘氮量、pH值、菌體量氮源濃度對菌體生長和產(chǎn)物合成的量與方向都有影響。氮源濃度的控制： 控制基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的配比。 通過補(bǔ)加氮源。3、磷酸鹽濃度的影響及控制 磷是菌體生長繁殖必需的成分，也是合成代謝產(chǎn)物所必需的。 微生物生長良好所允許的磷酸鹽濃度為0.32300mmol /L； 對次級代謝產(chǎn)物所允許的最高平均濃度僅為1.0mmol /L，提高到10mmol/L，就明顯地抑制合成。3、磷酸鹽濃度的影響及控制一般在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中采用適宜濃度。 對于初級代謝產(chǎn)物，