《发酵过程控制》课件2.ppt

1、(三三)温度对发酵的影响及其控制温度对发酵的影响及其控制1.1.影响发酵温度的因素影响发酵温度的因素2.2.温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响3.3.温度对基质消耗的影响温度对基质消耗的影响4.4.温度对产物合成的影响温度对产物合成的影响5.5.最适温度的选择与控制最适温度的选择与控制(1)发酵热发酵热 发酵过程中所产生的热量，叫做发酵热发酵过程中所产生的热量，叫做发酵热。Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射(2)生物热生物热 来源来源 ：微生物对营养物质的分解所释放的能量：微生物对营养物质的分解所释放的能量 影响因素：影响因素：菌株菌株 培养基成分培养基成分 发酵时期发酵时期 生

2、物热与其它参数的关系生物热与其它参数的关系 呼吸强度呼吸强度QO2 糖利用速率糖利用速率当产生的生物热达到高峰时，菌的呼当产生的生物热达到高峰时，菌的呼吸强度最大，糖的利用速率也最大，吸强度最大，糖的利用速率也最大，可用耗氧量、糖耗来衡量生物热。可用耗氧量、糖耗来衡量生物热。2.2.温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响 当当时时，可忽略，微生物处于生长状态可忽略，微生物处于生长状态。、皆皆与与T有关，其关系均可用阿累尼乌斯公式描述有关，其关系均可用阿累尼乌斯公式描述：EE 死亡速率比生长速率对温度变化更为死亡速率比生长速率对温度变化更为敏感敏感 xxdtdxdtdxx1RTE1eART

3、E2eA嗜冷、嗜中温、嗜热菌的典型生长与温度关系嗜冷、嗜中温、嗜热菌的典型生长与温度关系2.2.温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响(续续)在其最适温度范围内，生长速率随温度升高而增加，在其最适温度范围内，生长速率随温度升高而增加，当温度超过最适生长温度，生长速率随温度增加而迅当温度超过最适生长温度，生长速率随温度增加而迅速下降。速下降。不同生长阶段的微生物对温度的反应不同不同生长阶段的微生物对温度的反应不同 处于延迟期的细菌对温度的影响十分敏感。处于延迟期的细菌对温度的影响十分敏感。对于对数生长期的细菌，如果在略低于最适温度的对于对数生长期的细菌，如果在略低于最适温度的条件下培养，即

4、使在发酵过程中升温，则升温的破条件下培养，即使在发酵过程中升温，则升温的破坏作用较弱。坏作用较弱。处于生长后期的细菌，其生长速度一般主要取决于处于生长后期的细菌，其生长速度一般主要取决于溶解氧，而不是温度。溶解氧，而不是温度。4.4.温度对产物合成的影响温度对产物合成的影响 影响发酵过程中各种反应速率，从而影响微生物的生影响发酵过程中各种反应速率，从而影响微生物的生长代谢与产物生成。长代谢与产物生成。e.g.e.g.青霉菌发酵生产青霉素青霉菌发酵生产青霉素 青霉菌生长活化能青霉菌生长活化能E E1 1=34kJ/mol=34kJ/mol 青霉素合成活化能青霉素合成活化能E E2 2=112kJ

5、/mol=112kJ/mol 青霉素合成速率对温度较敏感青霉素合成速率对温度较敏感 改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成 。影响生物合成方向。影响生物合成方向。e.g.e.g.四环素发酵中金色链霉菌：四环素发酵中金色链霉菌：T30T ，OTR逐渐逐渐至至OTR=，即即 ，高位高位平衡平衡 当处于高位平衡时，表明供氧性能好。高位平衡通常发当处于高位平衡时，表明供氧性能好。高位平衡通常发生在正常情况的前、后期。生在正常情况的前、后期。LLaCCKOTR0dtdCLOTR,CC,CLL0dtdCLn平衡点分析平衡点分析：当当CL（如对数生长期如对数生长

6、期很大很大），OTRCCr），CO2的抑制作用不能解的抑制作用不能解除，这种负作用在放大过程更明显。除，这种负作用在放大过程更明显。正确评价通气的作用：正确评价通气的作用：供氧：供氧：排废气：排废气：水分及挥发性组分的散失水分及挥发性组分的散失 LaK,VVM(2)基质浓度对产物合成的影响基质浓度对产物合成的影响 低浓度限制低浓度限制 低水平诱导低水平诱导 高浓度抑制及分解阻遏作用高浓度抑制及分解阻遏作用e.g.e.g.葡萄糖氧化酶发酵：葡萄糖用量从葡萄糖氧化酶发酵：葡萄糖用量从8%降至降至6%，补入补入2%氨基乙酸或甘油，使酶活力分别提高氨基乙酸或甘油，使酶活力分别提高26%或或6.7%。谷

7、氨酸发酵（乙醇为碳源）：当乙醇浓度为谷氨酸发酵（乙醇为碳源）：当乙醇浓度为2.5g/L和和35g/L35g/L时，可延长谷氨酸生产时间，但在更高浓度下，时，可延长谷氨酸生产时间，但在更高浓度下，菌体生长受到抑制，谷氨酸产量降低。菌体生长受到抑制，谷氨酸产量降低。泡沫的不利影响泡沫的不利影响 降低了发酵罐的装料系数降低了发酵罐的装料系数 增加了菌群的非均一性增加了菌群的非均一性 增加了染菌机会增加了染菌机会 大量起泡引起大量起泡引起“逃液逃液”，导致产物的损失，导致产物的损失 泡沫严重时会影响通气搅拌的正常进行泡沫严重时会影响通气搅拌的正常进行 消泡剂的加入将给提取工序带来困难消泡剂的加入将给提

8、取工序带来困难1.1.泡沫的产生及其影响泡沫的产生及其影响（1 1）机械消泡）机械消泡 原理：靠机械力引起强烈振动或者压力变化，促使原理：靠机械力引起强烈振动或者压力变化，促使泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的液体加以分泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收。离回收。优缺点优缺点优点：不需引入外来物质，可节省原材料，减少优点：不需引入外来物质，可节省原材料，减少 污染机会，并可减少培养液性质污染机会，并可减少培养液性质复杂化的程度。复杂化的程度。缺点：不如化学消泡迅速可靠，需要一定的设备和消耗一定的动力；不能从根本上消缺点：不如化学消泡迅速可靠，需要一定的设备和消耗一定的动力；不能

9、从根本上消除引起稳定泡沫的因素除引起稳定泡沫的因素 （2 2）化学消泡）化学消泡 消泡机理消泡机理当泡沫的表层存在着极性的表面活性物质而形成双电层时，可以加入一种具有相当泡沫的表层存在着极性的表面活性物质而形成双电层时，可以加入一种具有相反电荷的表面活性剂，以降低泡沫的机械强度；或加入某些具有强极性的物质与反电荷的表面活性剂，以降低泡沫的机械强度；或加入某些具有强极性的物质与发泡剂争夺液膜上的空间，降低液膜强度，导致泡沫破裂。发泡剂争夺液膜上的空间，降低液膜强度，导致泡沫破裂。当泡沫的液膜具有较大的表面粘度时，可以加入某些分子内聚力较小的物质，以当泡沫的液膜具有较大的表面粘度时，可以加入某些分

10、子内聚力较小的物质，以降低液膜的表面粘度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂。降低液膜的表面粘度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂。发酵终点的判断发酵终点的判断发酵类型的不同，要求达到的目标也不同，因而对发酵终点的判断标准也应有所不同对原材料与发酵成本占整个生产成本的主要部分的发酵品种，主要追求提高产率，得率和发酵系数如下游提炼成本占主要部分和产品价值高，则除了高产率和发酵系数外，还要求高的产物浓度发酵染菌的防治及处理发酵染菌的防治及处理 染菌的途径分析染菌的途径分析种子包括进罐前菌种室阶段出问题培养基的配制和灭菌不彻底设备上特别是空气除菌不彻底和过程控制操作上的疏漏可编辑感谢下感谢下载载可编辑感感谢谢下下载载