第七章发酵工艺控制一、发酵过程检测控制的主要的参数1、物理参数发酵过程检测控制的主要的参数2、化学参数发酵过程检测控制的主要的参数3、生物参数μqPqSqo2(OUR)CER(Co2释放速率)RQ(呼吸商:CER/OUR)YxsYpsKla等二、控制方式一般检控系统包括3个部分。1．测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH计直接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信号。2．控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各种参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指令执行元件进行调整控制。3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭有关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达到预定位置。手动控制和自动控制发酵控制FermentationControlPenicillinFermentationProfile变化曲线第一节温度的影响及控制二、影响发酵温度变化的因素：发酵热（KJ/m3h）三、最适发酵温度的选择四、发酵温度的控制第二节pH的影响及控制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。四、pH的控制几种具体情况的调节方法pH的控制系统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最适菌体浓度的确定以青霉素发酵为例过高的比生长速率和过高的菌体浓度造成的不利影响：青霉素发酵的qP、OUR、OTR与X的关系生长速度和菌体浓度的控制方法第四节营养基质的影响及控制一、碳源发酵工业中常采用含迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源的混合碳源。三）、碳源浓度的控制残糖量pH值QcX粘度溶氧尾气中O2和CO2的含量发酵液的总体积根据经验，以最高产量的罐批的加糖率为指标，并依据菌体浓度、一定时间内的糖比消耗速率和残糖等加以修正。例：青霉素发酵开始补糖在残糖降至1.5%,pH开始回升时补糖。补糖量以最高罐批经验量为参考。每小时前期0—40h中期40—90h后期90以后加糖量0.08%-0.15%0.15%-0.18%0.15%-0.18%补糖量的控制：动力学方法具体方法：2、求μ、qp3、确定适宜的μ—μ04、确定适宜的qC补糖的控制二、氮源的影响和控制一）氮源的种类影响发酵工业中常采用含迅速利用的氮源和缓慢利用的氮源的混合氮源。三）氮源浓度的影响控制补氮量的控制：磷酸盐能明显促进产生菌的生长。（0.32-300mM）对于次级代谢产物，高浓度的磷酸盐能抑制产物合成。（10mM以下）二）磷酸盐浓度的控制一、泡沫对发酵的影响泡沫的持久存在影响着微生物对氧的吸收，妨碍二氧化碳的排除，因而破坏其生理代谢的正常进行，不利于发酵；使发酵液的装料系数减少。由于泡沫大量生成，致使培养液的容量一般只能等于种子罐容量的一半左右，大大影响了设备的利用率。大量的泡沫易造成逃液。增加污染杂菌的机会。造成巨大损失。二、泡沫的控制方法工业上常用的消泡剂泡沫的检测和控制消泡剂使用的注意事项：溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。在发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。第一节微生物对氧的需求二、溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响一般对于微生物：CCr:＝1～15%饱和浓度问题：一般微生物的临界溶氧浓度很小，是不是发酵过程中氧很容易满足。三、影响需氧的因素第二节反应器中氧的传递C*＝P/H,与气相中氧分压相平衡的液体中氧的浓度二、发酵液中氧的平衡三、供氧的调节调节Kla是最常用的方法，kla反映了设备的供氧能力，一般来讲大罐比小罐要好。第三节影响Kla的因素装液量，一般取1/10左右：250ml15-25ml500ml30ml750ml80ml二、影响发酵罐中Kla的因素1、理论上分析例某一产品的发酵dnp0/vc产量4501801.6220%49784502802.1240%55645501802.6160%84552、实际上：例：红曲霉生产色素用于食品工业，静止培养改为通气培养，比色法测定产量：3、小型发酵罐和大型发酵罐调节kla的特点4、影响Kla的其它因素溶氧浓度的变化及其控制二、发酵过程中溶氧的控制菌体生长期：产物形成期：发酵过程的控制一般策略：2、溶氧控制的实例一般认为，发酵初期较大的通风和搅拌而产生过大的剪切力，对菌体的生长有时会产生不利的影响，所