發(fā)酵工藝的過程控制課件

第四章發(fā)酵工藝控制

第四章發(fā)酵工藝控制

1第一節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)方法的類型

發(fā)酵過程狀態(tài)：1、間歇：（1）培養(yǎng)基加入和發(fā)酵液放出是一致的；（2）發(fā)酵一次一次進(jìn)行。2、連續(xù)：（1）培養(yǎng)液加入到放出是連續(xù)的；（2）培養(yǎng)罐中處于穩(wěn)定狀態(tài)。3、半連續(xù)發(fā)酵：培養(yǎng)基連續(xù)加入發(fā)酵液分批或分別放出I→II→III整個(gè)系統(tǒng)培養(yǎng)液連續(xù)加入，但各罐的發(fā)酵液分別放出。第一節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)方法的類型2第二節(jié)發(fā)酵過程的動(dòng)力學(xué)類型反應(yīng)化學(xué)因素則化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶→酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)發(fā)酵：1、速度：表征是什么？幾個(gè)表征間關(guān)系；2、影響因素：其如何影響，怎樣控制這些因素現(xiàn)主要討論第1個(gè)問題將培養(yǎng)基滅菌，加入菌種，在一定容器中發(fā)酵，將其動(dòng)態(tài)變化畫成曲線，此為發(fā)酵曲線圖所以影響因素為：

a基質(zhì)中糖或碳源

b菌種c產(chǎn)物從此三個(gè)因素分析發(fā)酵速度。第二節(jié)發(fā)酵過程的動(dòng)力學(xué)類型反應(yīng)化學(xué)3發(fā)酵曲線圖發(fā)酵曲線圖4從此三個(gè)因素分析發(fā)酵速度。所以研究發(fā)酵速度就是研究1．碳源利用速度

2．菌生長(zhǎng)速度

3．產(chǎn)物形成速度

4．上述三者之間關(guān)系根據(jù)以上四個(gè)條件將所有發(fā)酵過程分為三大類型從此三個(gè)因素分析發(fā)酵速度。5發(fā)酵過程分為三大類型發(fā)酵過程分為三大類型6（一）類型I

（一）類型I

7（一）類型I

1、特點(diǎn)①菌生長(zhǎng)比速度μC、μP都有一個(gè)高峰②三者的高峰同時(shí)出現(xiàn)，三者基本平行③產(chǎn)物的量和碳源利用量有一定的化學(xué)劑量關(guān)系可進(jìn)行理論計(jì)算。2、產(chǎn)物類型此一類型產(chǎn)物主要有兩大類：①菌體產(chǎn)量常數(shù)在一定條件下，用一定菌體產(chǎn)量常數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。故知產(chǎn)量常數(shù)可控制流加糖的量，還可利用產(chǎn)量常數(shù)檢查，發(fā)酵條件的控制是否合適。②代謝產(chǎn)物：酵母的酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵另部分次級(jí)代謝產(chǎn)物也屬此型，但大多數(shù)屬類型III③次級(jí)代謝產(chǎn)物，桿菌肽、氯霉素。（一）類型I8（一）類型I乳酸發(fā)酵（一）類型I乳酸發(fā)酵9（一）類型I乳酸發(fā)酵（一）類型I乳酸發(fā)酵10（一）類型I桿菌肽發(fā)酵（一）類型I桿菌肽發(fā)酵11（二）類型II（二）類型II12（二）類型II1特點(diǎn)：

①分成兩個(gè)時(shí)期：菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成在不同時(shí)期，分別在菌生長(zhǎng)期產(chǎn)物形成期。②碳源利用的比速度有兩個(gè)高峰，分別在兩個(gè)時(shí)期，第一個(gè)高峰用于菌體生長(zhǎng)，第二個(gè)高峰用于產(chǎn)物合成（在產(chǎn)物形成期可能還有菌體第二次生長(zhǎng)）。③碳源利用和產(chǎn)物形成無明確的化學(xué)劑量關(guān)系，但還是有一定關(guān)系的。2、產(chǎn)物類型①有中間產(chǎn)物積累：產(chǎn)物在合成過程中先積累一定產(chǎn)物，再由中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物。如丙酮丁醇發(fā)醇，丙酮丁醇發(fā)酵分為三個(gè)時(shí)期。（二）類型II13增酸期：0~18h有機(jī)酸大量積累，菌體大量生長(zhǎng)產(chǎn)物溶劑形成少減酸期：18~40h菌體長(zhǎng)到最大期，溶劑就大量形成，培養(yǎng)液中pH值上升后發(fā)酵：40~72h菌體不增長(zhǎng)，甚至有些下降，溶劑增長(zhǎng)到最大值，酸降低到最小值。②無中間產(chǎn)物積累如：延胡索酸發(fā)酵用黑根霉谷氨酸發(fā)酵用棒狀桿菌檸檬酸發(fā)酵用黑曲霉土霉素發(fā)酵金色鏈霉菌（四環(huán)類抗生等）土霉素生產(chǎn)因其菌生長(zhǎng)，C利用有兩個(gè)高峰而劃入Ⅱ型，產(chǎn)物產(chǎn)量較高。增酸期：0~18h有機(jī)酸大量積累，菌體大量生長(zhǎng)產(chǎn)物溶14（三）類型Ⅲ（三）類型Ⅲ15（三）類型Ⅲ1.特點(diǎn)：①分成兩個(gè)時(shí)期，但產(chǎn)物形成比類型Ⅱ早，在菌體接近或達(dá)到最大值時(shí)，產(chǎn)物開始生長(zhǎng)。②菌體生長(zhǎng)和碳源利用沒有第二個(gè)高峰。③產(chǎn)物的形成和碳源利用無量上的關(guān)系，都是屬于次級(jí)代謝產(chǎn)物，產(chǎn)物量占發(fā)酵液中的0.1~2%。鏈霉素發(fā)酵(用灰色鏈霉菌生產(chǎn))2、產(chǎn)物類型:分為三種類型，知道發(fā)酵的類型①將預(yù)知某個(gè)發(fā)酵將按什么情況進(jìn)展②可作為發(fā)酵的中間控制的理論基礎(chǔ)，在實(shí)踐上指導(dǎo)生產(chǎn)監(jiān)督生產(chǎn)，如控制流加糖。根據(jù)菌體生產(chǎn)和產(chǎn)物形成是否同步的，可控制不同的發(fā)酵條件，如Ⅱ、Ⅲ型可在不同時(shí)期，為不同目的（菌體或產(chǎn)物），控制不同發(fā)酵條件，從營(yíng)養(yǎng)上說，生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)條件和產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)條件有區(qū)別。③在連續(xù)發(fā)酵的設(shè)計(jì)上，類型Ⅰ可用單級(jí)，如為類型Ⅱ、Ⅲ就要采用二級(jí)以上的連續(xù)發(fā)酵，使菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成都得到保證。（三）類型Ⅲ16（三）類型Ⅲ

鏈霉素發(fā)酵（用灰色鏈霉素生產(chǎn)）

（三）類型Ⅲ

鏈霉素發(fā)酵（用17第三節(jié)連續(xù)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)一、控制方法1、恒濁法：根據(jù)培養(yǎng)液的濁度與菌的濃度成正，比通過一種儀器（如光電效應(yīng)）控制菌的流量，使菌的濃度保持一致，在此培養(yǎng)基的各種養(yǎng)料是充足過量的，菌都在最大生長(zhǎng)速度，菌濃度被控制，適用于動(dòng)力學(xué)類型Ⅰ。2、恒化法：培養(yǎng)基中有一種可限制菌的生長(zhǎng)速度，此為限制性基質(zhì)，如培養(yǎng)基中糖的含量很低，還可用氨基酸，無機(jī)氮等而別的成分不是過量的，培養(yǎng)基的流量一定，這種方法，菌的生長(zhǎng)速度不是在最大生長(zhǎng)速度，以此控制菌的濃度一定，采用這種方法適于動(dòng)力學(xué)Ⅱ、Ⅲ型。第三節(jié)連續(xù)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)一、控制方法18二、動(dòng)力學(xué)下面以多罐，開放式（相對(duì)于菌體截留的密閉式）混合均勻?yàn)槔鼺流量L/hX菌濃度g/LS基質(zhì)濃度g/LP產(chǎn)物濃度g/L每一罐流量一樣為F要保持連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定二、動(dòng)力學(xué)下面以多罐，開放式（相對(duì)于菌體截留的密閉式）混合均191.菌的情況流入量十生長(zhǎng)菌量=流出菌量即：1.菌的情況流入量十生長(zhǎng)菌量=流出菌量即：20發(fā)酵工藝的過程控制課件213、對(duì)基質(zhì)情況同理

Yx/s為以消耗基質(zhì)基準(zhǔn)的菌生長(zhǎng)得率常數(shù)。

將其代(3-6)3、對(duì)基質(zhì)情況同理22發(fā)酵工藝的過程控制課件23對(duì)單級(jí)罐而言

根據(jù)Michadis--mentem公式對(duì)單級(jí)罐而言24飽和常數(shù),為1/2時(shí)基質(zhì)濃度為最大比生長(zhǎng)速率Monod公式飽和常數(shù),為1/2時(shí)基質(zhì)濃25發(fā)酵工藝的過程控制課件26發(fā)酵工藝的過程控制課件27發(fā)酵工藝的過程控制課件28發(fā)酵工藝的過程控制課件29三、連續(xù)發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：1、提高了生產(chǎn)率，一般至少幾倍至十多倍。原因①提高了發(fā)醇罐的利用率，其表示用兩種：生產(chǎn)單位重量的產(chǎn)品每日所需發(fā)醇罐的立方米?；騿挝环e的發(fā)醇罐每日生產(chǎn)的產(chǎn)品重量。②便于管理控制由于上面原因，生產(chǎn)成本大大降低，水、電、氣平衡易于控制。三、連續(xù)發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：1、提高了生產(chǎn)率，一般至少幾倍至十多倍。30四、存在的問題1、理論上：菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成的關(guān)系，最適D、最適菌濃度的掌握理論上的推導(dǎo)不完全符合實(shí)際生產(chǎn)。2、退化與變異：連續(xù)發(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng)越好，但許多菌會(huì)發(fā)生退化，表現(xiàn)在生產(chǎn)能力上退化，合成產(chǎn)物上發(fā)生變換。解決方法，更換菌種或種子。3、染菌問題：要解決之，對(duì)設(shè)備嚴(yán)密度、無菌操作嚴(yán)格，及好氣氣體供給。4、均勻度：與輸送能否順利進(jìn)行，主要是絲狀菌。四、存在的問題1、理論上：菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成的關(guān)系，31第四節(jié)溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溫度是保證酶活性的重要條件，因此在發(fā)酵系統(tǒng)中，必須保證穩(wěn)定而合適的溫度環(huán)境。一、影響發(fā)酵溫度的因素。（1）產(chǎn)熱因素：生物熱和攪拌熱。（2）散熱因素：蒸發(fā)熱和輻射熱。發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。第四節(jié)溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溫度是保證酶活性的重要條件32①生物熱：定義：生物熱是生產(chǎn)菌在生長(zhǎng)繁殖時(shí)產(chǎn)生的大量熱量。培養(yǎng)基中碳水化合物，脂肪，蛋白質(zhì)等物質(zhì)被分解為CO2,NH3時(shí)釋放出的大量能量。用途：合成高能化合物，供微生物生命代謝活動(dòng)，熱能散發(fā)。影響生物熱的因素：生物熱隨菌株，培養(yǎng)基，發(fā)酵時(shí)期的不同而不同。一般，菌株對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用的速率越大，培養(yǎng)基成分越豐富，生物熱也就越大。發(fā)酵旺盛期的生物熱大于其他時(shí)間的生物熱。生物熱的大小還與菌體的呼吸強(qiáng)度有對(duì)應(yīng)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)抗生素高產(chǎn)量批號(hào)的生物熱高于低產(chǎn)量批號(hào)的生物熱。說明抗生素合成時(shí)微生物的新陳代謝十分旺盛。①生物熱：33發(fā)酵工藝的過程控制課件34發(fā)酵過程中生物熱的變化在四環(huán)素發(fā)酵中，還發(fā)現(xiàn)生物熱和菌的呼吸強(qiáng)度的變化有對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是在80小時(shí)以前。從此實(shí)驗(yàn)中還可看到，當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達(dá)到高峰時(shí)，糖的利用速度也最大。另外也有人提出，可從菌體的耗氧率來衡量生物熱的大小。四環(huán)素生物合成過程中系列參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過程1：效價(jià)；2：呼吸強(qiáng)度；3：生物熱；4：糖濃度發(fā)酵過程中生物熱的變化35②攪拌熱定義：通風(fēng)發(fā)酵都有大功率攪拌，攪拌的機(jī)械運(yùn)動(dòng)造成液體之間，液體與設(shè)備之間的摩擦而產(chǎn)生的熱。攪拌熱的計(jì)算：

Q攪拌=3600（P/V）式中3600：熱功當(dāng)量（kJ/（kW.h））（P/V）：通氣條件下單位體積發(fā)酵液所消耗的功率（kW/m3）②攪拌熱36③蒸發(fā)熱定義：通入發(fā)酵罐的空氣，其溫度和濕度隨季節(jié)及控制條件的不同而有所變化。空氣進(jìn)入發(fā)酵罐后，就和發(fā)酵液廣泛接觸進(jìn)行熱交換。同時(shí)必然會(huì)引起水分的蒸發(fā)；蒸發(fā)所需的熱量即為蒸發(fā)熱。蒸發(fā)熱的計(jì)算：

Q蒸發(fā)=G（I2-I1）式中G：空氣流量，按干重計(jì)算，kg/hI2

、I1

：進(jìn)出發(fā)酵罐的空氣的熱焓量，J/kg（干空氣）（4）輻射熱定義：由于發(fā)酵罐內(nèi)外溫度差，通過罐體向外輻射的熱量。輻射熱的計(jì)算：輻射熱可通過罐內(nèi)外的溫差求得，一般不超過發(fā)酵熱的5%。③蒸發(fā)熱373，發(fā)酵熱的測(cè)定（1）通過測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水進(jìn)出口溫度，由下式求得這段時(shí)間內(nèi)的發(fā)酵熱。（2）通過罐溫的自動(dòng)控制，先使罐溫達(dá)到恒定，再關(guān)閉自控裝置測(cè)得溫度隨時(shí)間上升的速率S，按下式可求得發(fā)酵熱：3，發(fā)酵熱的測(cè)定38二、溫度對(duì)微生物影響。分為嗜冷菌，嗜中溫菌，嗜熱菌生長(zhǎng)活化能25~33104KJ/mol小于死亡的活化能104~122KJ/mol∴死亡速率比生產(chǎn)速度對(duì)溫度更敏感三、溫度對(duì)發(fā)醇影響溫度低，反應(yīng)速度低，周期長(zhǎng)溫度高，反應(yīng)速度快，但菌易衰老，影響產(chǎn)量。菌合成與產(chǎn)物合成溫度要求不同。二、溫度對(duì)微生物影響。39溫度通過以下方式影響發(fā)酵過程（1）影響各種酶的反應(yīng)速率和蛋白質(zhì)性質(zhì)（2）影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)（3）影響生物合成的方向。例如，四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌同時(shí)能產(chǎn)生金霉素。在低于30℃溫度下，該菌種合成金霉素能力較強(qiáng)。當(dāng)溫度提高，合成四環(huán)素的比例也提高。在溫度達(dá)35℃則只產(chǎn)生四環(huán)素而金霉素合成幾乎停止。發(fā)酵工藝的過程控制課件40發(fā)酵過程中，微生物生長(zhǎng)速率變化

dX/dt=μX-αX式中μ：比生長(zhǎng)速率

α：比死亡速率當(dāng)處于生長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)，μ>>α，α可忽略。μ與α與溫度有關(guān)根據(jù)Arrenhnius公式μ=Ae-E/RTα=A’e-E’/RT通常E’大于E，所以α比μ對(duì)溫度變化更為敏感。發(fā)酵過程中，微生物生長(zhǎng)速率變化41例：青霉菌生產(chǎn)青霉素青霉菌生長(zhǎng)活化能E=34kJ/mol青霉素合成活化能E=112kJ/mol青霉素合成速率對(duì)溫度較敏感，溫度控制相當(dāng)重要。例：青霉菌生產(chǎn)青霉素42五、最適溫度的確定在發(fā)酵過程中，最適溫度是一種相對(duì)概念，是指在該溫度下最適于菌的生長(zhǎng)或發(fā)酵產(chǎn)物的生成。最適發(fā)酵溫度與菌種，培養(yǎng)基成分，培養(yǎng)條件和菌體生長(zhǎng)階段有關(guān)。最適發(fā)酵溫度的選擇：在發(fā)酵的整個(gè)周期內(nèi)僅選一個(gè)最適培養(yǎng)溫度不一定好。溫度的選擇要參考其它發(fā)酵條件。溫度的選擇還應(yīng)考慮培養(yǎng)基成分和濃度六、溫度的控制發(fā)酵罐：夾套（10M3以下）盤管（蛇管）（10M3以上）五、最適溫度的確定43第五節(jié)微生物的耗氧與氧的供給第五節(jié)微生物的耗氧與氧的供給44∴谷氨酸發(fā)醇氧供應(yīng)要適量——合理供氧一、微生物的需氧量，即微生物的耗氧量，Oxypenconsumcd微生的耗氧量用：1、耗氧速率來表示單位體積的培養(yǎng)液在單位時(shí)間的耗氧量叫耗氧速率（r）單位毫摩分子/升·小時(shí)mM/l·h耗氧速率與培養(yǎng)液中微生物的呼吸強(qiáng)度和細(xì)胞濃度有關(guān)∴谷氨酸發(fā)醇氧供應(yīng)要適量——合理供氧45R=QO2*CCQO2－－－g/lCC－－－mM/hl呼吸強(qiáng)度與菌特性有關(guān)如青霉素菌4.2mM/hl鏈霉菌4.0mM/hlR=QO2*CC46發(fā)酵工藝的過程控制課件475、世上最美好的事是：我已經(jīng)長(zhǎng)大，父母還未老;我有能力報(bào)答，父母仍然健康。

6、沒什么可怕的，大家都一樣，在試探中不斷前行。

7、時(shí)間就像一張網(wǎng)，你撒在哪里，你的收獲就在哪里。紐扣第一顆就扣錯(cuò)了，可你扣到最后一顆才發(fā)現(xiàn)。有些事一開始就是錯(cuò)的，可只有到最后才不得不承認(rèn)。

8、世上的事，只要肯用心去學(xué)，沒有一件是太晚的。要始終保持敬畏之心，對(duì)陽光，對(duì)美，對(duì)痛楚。

9、別再去抱怨身邊人善變，多懂一些道理，明白一些事理，畢竟每個(gè)人都是越活越現(xiàn)實(shí)。

10、山有封頂，還有彼岸，慢慢長(zhǎng)途，終有回轉(zhuǎn)，余味苦澀，終有回甘。

11、人生就像是一個(gè)馬爾可夫鏈，你的未來取決于你當(dāng)下正在做的事，而無關(guān)于過去做完的事。

12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果兩者你都不占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，那你就選擇善良。

13、時(shí)間，抓住了就是黃金，虛度了就是流水。理想，努力了才叫夢(mèng)想，放棄了那只是妄想。努力，雖然未必會(huì)收獲，但放棄，就一定一無所獲。

14、一個(gè)人的知識(shí)，通過學(xué)習(xí)可以得到;一個(gè)人的成長(zhǎng)，就必須通過磨練。若是自己沒有盡力，就沒有資格批評(píng)別人不用心。開口抱怨很容易，但是閉嘴努力的人更加值得尊敬。

15、如果沒有人為你遮風(fēng)擋雨，那就學(xué)會(huì)自己披荊斬棘，面對(duì)一切，用倔強(qiáng)的驕傲，活出無人能及的精彩。5、人生每天都要笑，生活的下一秒發(fā)生什么，我們誰也不知道。所以，放下心里的糾結(jié)，放下腦中的煩惱，放下生活的不愉快，活在當(dāng)下。人生喜怒哀樂，百般形態(tài)，不如在心里全部淡然處之，輕輕一笑，讓心更自在，生命更恒久。積極者相信只有推動(dòng)自己才能推動(dòng)世界，只要推動(dòng)自己就能推動(dòng)世界。

6、人性本善，純?nèi)缜逑魉冬摖q。欲望與情緒如風(fēng)沙襲擾，把原本如天空曠蔚藍(lán)的心蒙蔽。但我知道，每個(gè)人的心靈深處，不管烏云密布還是陰淤蒼茫，但依然有一道彩虹，亮麗于心中某處。

7、每個(gè)人的心里，都藏著一個(gè)了不起的自己，只要你不頹廢，不消極，一直悄悄醞釀著樂觀，培養(yǎng)著豁達(dá)，堅(jiān)持著善良，只要在路上，就沒有到達(dá)不了的遠(yuǎn)方！

8、不要活在別人眼中，更不要活在別人嘴中。世界不會(huì)因?yàn)槟愕谋г共粷M而為你改變，你能做到的只有改變你自己！

9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天賜，不都是一路披荊斬棘才換來的。

10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你會(huì)覺得解脫。但舌頭總會(huì)不由自主地往那個(gè)空空的牙洞里舔，一天數(shù)次。不痛了不代表你能完全無視，留下的那個(gè)空缺永遠(yuǎn)都在，偶爾甚至?xí)惓炷睢＿m應(yīng)是需要時(shí)間的，但牙總是要拔，因?yàn)樘矗越K歸還是要放手，隨它去。

11、這個(gè)世界其實(shí)很公平，你想要比別人強(qiáng)，你就必須去做別人不想做的事，你想要過更好的生活，你就必須去承受更多的困難，承受別人不能承受的壓力。

12、逆境給人寶貴的磨煉機(jī)會(huì)。只有經(jīng)得起環(huán)境考驗(yàn)的人，才能算是真正的強(qiáng)者。自古以來的偉人，大多是抱著不屈不撓的精神，從逆境中掙扎奮斗過來的。

13、不同的人生，有不同的幸福。去發(fā)現(xiàn)你所擁有幸運(yùn)，少抱怨上蒼的不公，把握屬于自己的幸福。你，我，我們大家都可以經(jīng)歷幸福的人生。

14、給自己一份堅(jiān)強(qiáng)，擦干眼淚；給自己一份自信，不卑不亢；給自己一份灑脫，悠然前行。輕輕品，靜靜藏。為了看陽光，我來到這世上；為了與陽光同行，我笑對(duì)憂傷。

15、總不能流血就喊痛，怕黑就開燈，想念就聯(lián)系，疲憊就放空，被孤立就討好，脆弱就想家，不要被現(xiàn)在而蒙蔽雙眼，終究是要長(zhǎng)大，最漆黑的那段路終要自己走完。5、從來不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起來，才是最大的榮耀。

6、這個(gè)世界到處充滿著不公平，我們能做的不僅僅是接受，還要試著做一些反抗。

7、一個(gè)最困苦、最卑賤、最為命運(yùn)所屈辱的人，只要還抱有希望，便無所怨懼。

8、有些人，因?yàn)榕隳阕叩臅r(shí)間長(zhǎng)了，你便淡然了，其實(shí)是他們給你撐起了生命的天空；有些人，分開了，就忘了吧，殘缺是一種大美。

9、照自己的意思去理解自己，不要小看自己，被別人的意見引入歧途。

10、沒人能讓我輸，除非我不想贏！

11、花開不是為了花落，而是為了開的更加燦爛。

12、隨隨便便浪費(fèi)的時(shí)間，再也不能贏回來。

13、不管從什么時(shí)候開始，重要的是開始以后不要停止；不管在什么時(shí)候結(jié)束，重要的是結(jié)束以后不要后悔。

14、當(dāng)你決定堅(jiān)持一件事情，全世界都會(huì)為你讓路。

15、只有在開水里，茶葉才能展開生命濃郁的香氣。5、世上最美好的事是：我已經(jīng)長(zhǎng)大，父母還未老;我有能力報(bào)答，48第四章發(fā)酵工藝控制

第四章發(fā)酵工藝控制

49第一節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)方法的類型

發(fā)酵過程狀態(tài)：1、間歇：（1）培養(yǎng)基加入和發(fā)酵液放出是一致的；（2）發(fā)酵一次一次進(jìn)行。2、連續(xù)：（1）培養(yǎng)液加入到放出是連續(xù)的；（2）培養(yǎng)罐中處于穩(wěn)定狀態(tài)。3、半連續(xù)發(fā)酵：培養(yǎng)基連續(xù)加入發(fā)酵液分批或分別放出I→II→III整個(gè)系統(tǒng)培養(yǎng)液連續(xù)加入，但各罐的發(fā)酵液分別放出。第一節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)方法的類型50第二節(jié)發(fā)酵過程的動(dòng)力學(xué)類型反應(yīng)化學(xué)因素則化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶→酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)發(fā)酵：1、速度：表征是什么？幾個(gè)表征間關(guān)系；2、影響因素：其如何影響，怎樣控制這些因素現(xiàn)主要討論第1個(gè)問題將培養(yǎng)基滅菌，加入菌種，在一定容器中發(fā)酵，將其動(dòng)態(tài)變化畫成曲線，此為發(fā)酵曲線圖所以影響因素為：

a基質(zhì)中糖或碳源

b菌種c產(chǎn)物從此三個(gè)因素分析發(fā)酵速度。第二節(jié)發(fā)酵過程的動(dòng)力學(xué)類型反應(yīng)化學(xué)51發(fā)酵曲線圖發(fā)酵曲線圖52從此三個(gè)因素分析發(fā)酵速度。所以研究發(fā)酵速度就是研究1．碳源利用速度

2．菌生長(zhǎng)速度

3．產(chǎn)物形成速度

4．上述三者之間關(guān)系根據(jù)以上四個(gè)條件將所有發(fā)酵過程分為三大類型從此三個(gè)因素分析發(fā)酵速度。53發(fā)酵過程分為三大類型發(fā)酵過程分為三大類型54（一）類型I

（一）類型I

55（一）類型I

1、特點(diǎn)①菌生長(zhǎng)比速度μC、μP都有一個(gè)高峰②三者的高峰同時(shí)出現(xiàn)，三者基本平行③產(chǎn)物的量和碳源利用量有一定的化學(xué)劑量關(guān)系可進(jìn)行理論計(jì)算。2、產(chǎn)物類型此一類型產(chǎn)物主要有兩大類：①菌體產(chǎn)量常數(shù)在一定條件下，用一定菌體產(chǎn)量常數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。故知產(chǎn)量常數(shù)可控制流加糖的量，還可利用產(chǎn)量常數(shù)檢查，發(fā)酵條件的控制是否合適。②代謝產(chǎn)物：酵母的酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵另部分次級(jí)代謝產(chǎn)物也屬此型，但大多數(shù)屬類型III③次級(jí)代謝產(chǎn)物，桿菌肽、氯霉素。（一）類型I56（一）類型I乳酸發(fā)酵（一）類型I乳酸發(fā)酵57（一）類型I乳酸發(fā)酵（一）類型I乳酸發(fā)酵58（一）類型I桿菌肽發(fā)酵（一）類型I桿菌肽發(fā)酵59（二）類型II（二）類型II60（二）類型II1特點(diǎn)：

①分成兩個(gè)時(shí)期：菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成在不同時(shí)期，分別在菌生長(zhǎng)期產(chǎn)物形成期。②碳源利用的比速度有兩個(gè)高峰，分別在兩個(gè)時(shí)期，第一個(gè)高峰用于菌體生長(zhǎng)，第二個(gè)高峰用于產(chǎn)物合成（在產(chǎn)物形成期可能還有菌體第二次生長(zhǎng)）。③碳源利用和產(chǎn)物形成無明確的化學(xué)劑量關(guān)系，但還是有一定關(guān)系的。2、產(chǎn)物類型①有中間產(chǎn)物積累：產(chǎn)物在合成過程中先積累一定產(chǎn)物，再由中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物。如丙酮丁醇發(fā)醇，丙酮丁醇發(fā)酵分為三個(gè)時(shí)期。（二）類型II61增酸期：0~18h有機(jī)酸大量積累，菌體大量生長(zhǎng)產(chǎn)物溶劑形成少減酸期：18~40h菌體長(zhǎng)到最大期，溶劑就大量形成，培養(yǎng)液中pH值上升后發(fā)酵：40~72h菌體不增長(zhǎng)，甚至有些下降，溶劑增長(zhǎng)到最大值，酸降低到最小值。②無中間產(chǎn)物積累如：延胡索酸發(fā)酵用黑根霉谷氨酸發(fā)酵用棒狀桿菌檸檬酸發(fā)酵用黑曲霉土霉素發(fā)酵金色鏈霉菌（四環(huán)類抗生等）土霉素生產(chǎn)因其菌生長(zhǎng)，C利用有兩個(gè)高峰而劃入Ⅱ型，產(chǎn)物產(chǎn)量較高。增酸期：0~18h有機(jī)酸大量積累，菌體大量生長(zhǎng)產(chǎn)物溶62（三）類型Ⅲ（三）類型Ⅲ63（三）類型Ⅲ1.特點(diǎn)：①分成兩個(gè)時(shí)期，但產(chǎn)物形成比類型Ⅱ早，在菌體接近或達(dá)到最大值時(shí)，產(chǎn)物開始生長(zhǎng)。②菌體生長(zhǎng)和碳源利用沒有第二個(gè)高峰。③產(chǎn)物的形成和碳源利用無量上的關(guān)系，都是屬于次級(jí)代謝產(chǎn)物，產(chǎn)物量占發(fā)酵液中的0.1~2%。鏈霉素發(fā)酵(用灰色鏈霉菌生產(chǎn))2、產(chǎn)物類型:分為三種類型，知道發(fā)酵的類型①將預(yù)知某個(gè)發(fā)酵將按什么情況進(jìn)展②可作為發(fā)酵的中間控制的理論基礎(chǔ)，在實(shí)踐上指導(dǎo)生產(chǎn)監(jiān)督生產(chǎn)，如控制流加糖。根據(jù)菌體生產(chǎn)和產(chǎn)物形成是否同步的，可控制不同的發(fā)酵條件，如Ⅱ、Ⅲ型可在不同時(shí)期，為不同目的（菌體或產(chǎn)物），控制不同發(fā)酵條件，從營(yíng)養(yǎng)上說，生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)條件和產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)條件有區(qū)別。③在連續(xù)發(fā)酵的設(shè)計(jì)上，類型Ⅰ可用單級(jí)，如為類型Ⅱ、Ⅲ就要采用二級(jí)以上的連續(xù)發(fā)酵，使菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成都得到保證。（三）類型Ⅲ64（三）類型Ⅲ

鏈霉素發(fā)酵（用灰色鏈霉素生產(chǎn)）

（三）類型Ⅲ

鏈霉素發(fā)酵（用65第三節(jié)連續(xù)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)一、控制方法1、恒濁法：根據(jù)培養(yǎng)液的濁度與菌的濃度成正，比通過一種儀器（如光電效應(yīng)）控制菌的流量，使菌的濃度保持一致，在此培養(yǎng)基的各種養(yǎng)料是充足過量的，菌都在最大生長(zhǎng)速度，菌濃度被控制，適用于動(dòng)力學(xué)類型Ⅰ。2、恒化法：培養(yǎng)基中有一種可限制菌的生長(zhǎng)速度，此為限制性基質(zhì)，如培養(yǎng)基中糖的含量很低，還可用氨基酸，無機(jī)氮等而別的成分不是過量的，培養(yǎng)基的流量一定，這種方法，菌的生長(zhǎng)速度不是在最大生長(zhǎng)速度，以此控制菌的濃度一定，采用這種方法適于動(dòng)力學(xué)Ⅱ、Ⅲ型。第三節(jié)連續(xù)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)一、控制方法66二、動(dòng)力學(xué)下面以多罐，開放式（相對(duì)于菌體截留的密閉式）混合均勻?yàn)槔鼺流量L/hX菌濃度g/LS基質(zhì)濃度g/LP產(chǎn)物濃度g/L每一罐流量一樣為F要保持連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定二、動(dòng)力學(xué)下面以多罐，開放式（相對(duì)于菌體截留的密閉式）混合均671.菌的情況流入量十生長(zhǎng)菌量=流出菌量即：1.菌的情況流入量十生長(zhǎng)菌量=流出菌量即：68發(fā)酵工藝的過程控制課件693、對(duì)基質(zhì)情況同理

Yx/s為以消耗基質(zhì)基準(zhǔn)的菌生長(zhǎng)得率常數(shù)。

將其代(3-6)3、對(duì)基質(zhì)情況同理70發(fā)酵工藝的過程控制課件71對(duì)單級(jí)罐而言

根據(jù)Michadis--mentem公式對(duì)單級(jí)罐而言72飽和常數(shù),為1/2時(shí)基質(zhì)濃度為最大比生長(zhǎng)速率Monod公式飽和常數(shù),為1/2時(shí)基質(zhì)濃73發(fā)酵工藝的過程控制課件74發(fā)酵工藝的過程控制課件75發(fā)酵工藝的過程控制課件76發(fā)酵工藝的過程控制課件77三、連續(xù)發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：1、提高了生產(chǎn)率，一般至少幾倍至十多倍。原因①提高了發(fā)醇罐的利用率，其表示用兩種：生產(chǎn)單位重量的產(chǎn)品每日所需發(fā)醇罐的立方米?；騿挝环e的發(fā)醇罐每日生產(chǎn)的產(chǎn)品重量。②便于管理控制由于上面原因，生產(chǎn)成本大大降低，水、電、氣平衡易于控制。三、連續(xù)發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：1、提高了生產(chǎn)率，一般至少幾倍至十多倍。78四、存在的問題1、理論上：菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成的關(guān)系，最適D、最適菌濃度的掌握理論上的推導(dǎo)不完全符合實(shí)際生產(chǎn)。2、退化與變異：連續(xù)發(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng)越好，但許多菌會(huì)發(fā)生退化，表現(xiàn)在生產(chǎn)能力上退化，合成產(chǎn)物上發(fā)生變換。解決方法，更換菌種或種子。3、染菌問題：要解決之，對(duì)設(shè)備嚴(yán)密度、無菌操作嚴(yán)格，及好氣氣體供給。4、均勻度：與輸送能否順利進(jìn)行，主要是絲狀菌。四、存在的問題1、理論上：菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成的關(guān)系，79第四節(jié)溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溫度是保證酶活性的重要條件，因此在發(fā)酵系統(tǒng)中，必須保證穩(wěn)定而合適的溫度環(huán)境。一、影響發(fā)酵溫度的因素。（1）產(chǎn)熱因素：生物熱和攪拌熱。（2）散熱因素：蒸發(fā)熱和輻射熱。發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。第四節(jié)溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溫度是保證酶活性的重要條件80①生物熱：定義：生物熱是生產(chǎn)菌在生長(zhǎng)繁殖時(shí)產(chǎn)生的大量熱量。培養(yǎng)基中碳水化合物，脂肪，蛋白質(zhì)等物質(zhì)被分解為CO2,NH3時(shí)釋放出的大量能量。用途：合成高能化合物，供微生物生命代謝活動(dòng)，熱能散發(fā)。影響生物熱的因素：生物熱隨菌株，培養(yǎng)基，發(fā)酵時(shí)期的不同而不同。一般，菌株對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用的速率越大，培養(yǎng)基成分越豐富，生物熱也就越大。發(fā)酵旺盛期的生物熱大于其他時(shí)間的生物熱。生物熱的大小還與菌體的呼吸強(qiáng)度有對(duì)應(yīng)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)抗生素高產(chǎn)量批號(hào)的生物熱高于低產(chǎn)量批號(hào)的生物熱。說明抗生素合成時(shí)微生物的新陳代謝十分旺盛。①生物熱：81發(fā)酵工藝的過程控制課件82發(fā)酵過程中生物熱的變化在四環(huán)素發(fā)酵中，還發(fā)現(xiàn)生物熱和菌的呼吸強(qiáng)度的變化有對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是在80小時(shí)以前。從此實(shí)驗(yàn)中還可看到，當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達(dá)到高峰時(shí)，糖的利用速度也最大。另外也有人提出，可從菌體的耗氧率來衡量生物熱的大小。四環(huán)素生物合成過程中系列參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過程1：效價(jià)；2：呼吸強(qiáng)度；3：生物熱；4：糖濃度發(fā)酵過程中生物熱的變化83②攪拌熱定義：通風(fēng)發(fā)酵都有大功率攪拌，攪拌的機(jī)械運(yùn)動(dòng)造成液體之間，液體與設(shè)備之間的摩擦而產(chǎn)生的熱。攪拌熱的計(jì)算：

Q攪拌=3600（P/V）式中3600：熱功當(dāng)量（kJ/（kW.h））（P/V）：通氣條件下單位體積發(fā)酵液所消耗的功率（kW/m3）②攪拌熱84③蒸發(fā)熱定義：通入發(fā)酵罐的空氣，其溫度和濕度隨季節(jié)及控制條件的不同而有所變化。空氣進(jìn)入發(fā)酵罐后，就和發(fā)酵液廣泛接觸進(jìn)行熱交換。同時(shí)必然會(huì)引起水分的蒸發(fā)；蒸發(fā)所需的熱量即為蒸發(fā)熱。蒸發(fā)熱的計(jì)算：

Q蒸發(fā)=G（I2-I1）式中G：空氣流量，按干重計(jì)算，kg/hI2

、I1

：進(jìn)出發(fā)酵罐的空氣的熱焓量，J/kg（干空氣）（4）輻射熱定義：由于發(fā)酵罐內(nèi)外溫度差，通過罐體向外輻射的熱量。輻射熱的計(jì)算：輻射熱可通過罐內(nèi)外的溫差求得，一般不超過發(fā)酵熱的5%。③蒸發(fā)熱853，發(fā)酵熱的測(cè)定（1）通過測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水進(jìn)出口溫度，由下式求得這段時(shí)間內(nèi)的發(fā)酵熱。（2）通過罐溫的自動(dòng)控制，先使罐溫達(dá)到恒定，再關(guān)閉自控裝置測(cè)得溫度隨時(shí)間上升的速率S，按下式可求得發(fā)酵熱：3，發(fā)酵熱的測(cè)定86二、溫度對(duì)微生物影響。分為嗜冷菌，嗜中溫菌，嗜熱菌生長(zhǎng)活化能25~33104KJ/mol小于死亡的活化能104~122KJ/mol∴死亡速率比生產(chǎn)速度對(duì)溫度更敏感三、溫度對(duì)發(fā)醇影響溫度低，反應(yīng)速度低，周期長(zhǎng)溫度高，反應(yīng)速度快，但菌易衰老，影響產(chǎn)量。菌合成與產(chǎn)物合成溫度要求不同。二、溫度對(duì)微生物影響。87溫度通過以下方式影響發(fā)酵過程（1）影響各種酶的反應(yīng)速率和蛋白質(zhì)性質(zhì)（2）影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)（3）影響生物合成的方向。例如，四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌同時(shí)能產(chǎn)生金霉素。在低于30℃溫度下，該菌種合成金霉素能力較強(qiáng)。當(dāng)溫度提高，合成四環(huán)素的比例也提高。在溫度達(dá)35℃則只產(chǎn)生四環(huán)素而金霉素合成幾乎停止。發(fā)酵工藝的過程控制課件88發(fā)酵過程中，微生物生長(zhǎng)速率變化

dX/dt=μX-αX式中μ：比生長(zhǎng)速率

α：比死亡速率當(dāng)處于生長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)，μ>>α，α可忽略。μ與α與溫度有關(guān)根據(jù)Arrenhnius公式μ=Ae-E/RTα=A’e-E’/RT通常E’大于E，所以α比μ對(duì)溫度變化更為敏感。發(fā)酵過程中，微生物生長(zhǎng)速率變化89例：青霉菌生產(chǎn)青霉素青霉菌生長(zhǎng)活化能E=34kJ/mol青霉素合成活化能E=112kJ/mol青霉素合成速率對(duì)溫度較敏感，溫度控制相當(dāng)重要。例：青霉菌生產(chǎn)青霉素90五、最適溫度的確定在發(fā)酵過程中，最適溫度是一種相對(duì)概念，是指在該溫度下最適于菌的生長(zhǎng)或發(fā)酵產(chǎn)物的生成。最適發(fā)酵溫度與菌種，培養(yǎng)基成分，培養(yǎng)條件和菌體生長(zhǎng)階段有關(guān)。最適發(fā)酵溫度的選擇：在發(fā)酵的整個(gè)周期內(nèi)僅選一個(gè)最適培養(yǎng)溫度不一定好。溫度的選擇要參考其它發(fā)酵條件。溫度的選擇還應(yīng)考慮培養(yǎng)基成分和濃度六、溫度的控制發(fā)酵罐：夾套（10M3以下）盤管（蛇管）（10M3以上）五、最適溫度的確定91第五節(jié)微生物的耗氧與氧的供給第五節(jié)微生物的耗氧與氧的供給92∴谷氨酸發(fā)醇氧供應(yīng)要適量——合理供氧一、微生物的需氧量，即微生物的耗氧量，Oxypenconsumcd微生的耗氧量用：1、耗氧速率來表示單位體積的培養(yǎng)液在單位時(shí)間的耗氧量叫耗氧速率（r）單位毫摩分子/升·小時(shí)mM/l·h耗氧速率與培養(yǎng)液中微生物的呼吸強(qiáng)度和細(xì)胞濃度有關(guān)∴谷氨酸發(fā)醇氧供應(yīng)要適量——合理供氧93R=QO2*CCQO2－－－g/lCC－－－mM/hl呼吸強(qiáng)度與菌特性有關(guān)如青霉素菌4.2mM/hl鏈霉菌4.0mM/hlR=QO2*CC94發(fā)酵工藝的過程控制課件955、世上最美好的事是：我已經(jīng)長(zhǎng)大，父母還未老;我有能力報(bào)答，父母仍然健康。

6、沒什么可怕的，大家都一樣，在試探中不斷前行。

7、時(shí)間就像一張網(wǎng)，你撒在哪里，你的收獲就在哪里。紐扣第一顆就扣錯(cuò)了，可你扣到最后一顆才發(fā)現(xiàn)。有些事一開始就是錯(cuò)的，可只有到最后才不得不承認(rèn)。

8、世上的事，只要肯用心去學(xué)，沒有一件是太晚的。要始終保持敬畏之心，對(duì)陽光，對(duì)美，對(duì)痛楚。

9、別再去抱怨身邊人善變，多懂一些道理，明白一些事理，畢竟每個(gè)人都是越活越現(xiàn)實(shí)。

10、山有封頂，還有彼岸，慢慢長(zhǎng)途，終有回轉(zhuǎn)，余味苦澀，終有回甘。

11、人生就像是一個(gè)馬爾可夫鏈，你的未來取決于你當(dāng)下正在做的事，而無關(guān)于過去做完