發(fā)酵工藝控制修改版(編輯修改稿)
2024-09-12 03:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的方式： 1）于預(yù)定時間一次性補(bǔ)料或間歇補(bǔ)料 2）連續(xù)恒速補(bǔ)料 3）變速補(bǔ)料（指數(shù)流加 ） 為有效地進(jìn)行中間補(bǔ)料，須選擇恰當(dāng)?shù)姆答伩刂茀?shù)；掌握這些參數(shù)與微生物生長、基質(zhì)利用和產(chǎn)物形成之間的關(guān)系。 反饋控制操作分 直接法 和 間接法 1）直接法： ◇ 直接以限制性營養(yǎng)物質(zhì)濃度作為反饋控制參數(shù) 例如碳源、氮源、碳氮比 ◇ 由于缺乏直接測量重要參數(shù)的傳感器，該法的使用受到 一定限制。 目前只有少數(shù)基質(zhì)，如甲醇、乙醇、葡萄糖等可直接測量 2）間接法 以溶氧、呼吸商、代謝物濃度等作為反饋控制參數(shù) 第四節(jié) 溶氧濃度對發(fā)酵的影響及控制 一、溶氧測定的意義 溶氧作為發(fā)酵中氧是否足夠的度量，了解菌對氧利用的規(guī)律。 溶氧作為發(fā)酵異常情況的指示 ? 溶氧一反往常，在較短的時間內(nèi)跌到零附近，且跌零后長時間不回升，這很可能說明污染了好氣菌 ? 如發(fā)酵過程中溶氧迅速回升，發(fā)酵液變稀，則很可能是污染了噬菌體 溶氧作為發(fā)酵中間控制的手段之一 ? ? 補(bǔ)糖后，溶氧出現(xiàn)明顯下降的趨勢 ? ? 因此可利用溶氧作為參數(shù)來控制加料的次數(shù)、流加速度和加入量 溶氧作為考查設(shè)備、工藝條件對氧供需與產(chǎn)物形成影響的指標(biāo)之一 二、適當(dāng)溶解氧的選擇 ◆ 在好氧微生物反應(yīng)中，一般取 [DO] ＞ [DO]cri 以保證反應(yīng)的正常進(jìn)行 。 臨界氧濃度是不影響菌的呼吸所允許的最低氧濃度。 ◆ 氧的滿足度 —— 實(shí)際溶解氧濃度與臨界氧濃度之比。 合適溶解氧選擇的原則： 如果要使菌體快速生長繁殖（如發(fā)酵前期），則應(yīng)達(dá)到臨界氧濃度；如果要促進(jìn)產(chǎn)物的合成，則應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的目的不同，使溶解氧控制在最適濃度（不同的滿足度） 例如： 黃色短桿菌可生產(chǎn)多種氨基酸 ，但要求的氧濃度可能不同 ? 對谷氨酸和天門冬氨酸的生產(chǎn)，當(dāng)溶解氧濃度低于臨界氧濃度時，氨基酸產(chǎn)量下降，也就是說要求氧的滿足度 = 1 ? 但對于苯丙氨酸、纈氨酸和亮氨酸的生產(chǎn)，則在低于臨界氧濃度時獲得最大生產(chǎn)能力，它們的最佳氧濃度分別為臨界氧濃度的 、 、 。 三、發(fā)酵液中溶解氧的控制 培養(yǎng)液中溶解氧濃度的任何變化都是供需平衡的結(jié)果，因此調(diào)節(jié)發(fā)酵液中溶氧量不外乎從供、需兩方面考慮、著手 G/? = KLa V (C* CL) G 溶解于液體中的氧量， mmol ? 氣 液接觸時間， h V 培養(yǎng)液的體積， L CL 液相中氧的濃度， mmol/L C* 與氣相中氧分壓相平衡的液相中的氧飽和濃度， mmol/L KL 以濃度差表示推動力的傳質(zhì)系數(shù)（氧傳質(zhì)系數(shù)）， m/h a 比表面積（即單位體積的液體中所含的氣 液接觸面積）， m2/m3 供氧方面 1）增加空氣中氧的含量，使氧分壓增加，進(jìn)行富氧通氣 富氧空氣制備： 深冷分離法 （可得 %) 吸附分離法 （吸去 N2和 CO2) 膜分離法 （有機(jī)物高分子膜； 30%） 成本高，易爆炸 ；但關(guān)鍵時期使用也是明智的 2）提高罐壓 3）改變通氣速率 4）增加攪拌速度 ? 但同時會增加 CO2的溶解度（比氧氣高 30倍），影響 pH、可能會影響菌的代謝。 ? 一般 ～ 1kg /cm2 需氧方面 rO2=QO2X 1）調(diào)整養(yǎng)料的濃度 2）調(diào)節(jié)控制溫度 Note ： 溶氧濃度必須與其它參數(shù)配合起來分析 第五節(jié) 泡沫對發(fā)酵的影響及控制 一、泡沫對發(fā)酵的影響 1）降低了發(fā)酵罐的裝液系數(shù) 2）增加了菌群的非均一性 3）增加了污染雜菌的機(jī)會 4）導(dǎo)致產(chǎn)物的損失 5) 影響通氣效率 二、起泡機(jī)理 ? 當(dāng)氣體通入純水的氣 液界面時，氣泡只能維持幾分之一秒，其穩(wěn)定性等于零，這是由于能學(xué)上的不穩(wěn)定性和圍繞氣泡的液膜強(qiáng)度很低所致。 ? 當(dāng)氣體通入起泡劑液體，因這些物質(zhì)具有某些親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，分子帶極性的一端向著水溶液，而非極性一端向著空氣，并力圖在表面作定向排列，增加了泡沫的機(jī)械強(qiáng)度。 ? 培養(yǎng)基中蛋白質(zhì)以及微生物菌體等為起泡物質(zhì)，具有穩(wěn)定泡沫的作用 ? 培養(yǎng)基的成分、溫度、酸堿度、濃度及泡沫的表面積對泡沫的穩(wěn)定性都有一定影響 三、泡沫的消長規(guī)律及影響因素 消長規(guī)律 ◇ 發(fā)酵過程中泡沫的消長表現(xiàn)出一定的規(guī)律 ◇ 但不同微生物的不同發(fā)酵通常不同 影響泡沫的因素 1）與通氣量、通氣速度和攪拌速度等有關(guān) 2）與所用培養(yǎng)基的成分有關(guān) 玉米漿、蛋白胨、花生餅粉、黃豆餅粉、酵母粉、糖蜜是主要的發(fā)泡因素；且起泡能力隨品種、產(chǎn)地、貯藏和加工條件而不同。 3）與培養(yǎng)基的滅菌方法、滅菌溫度和時間有關(guān) 例如： 糖蜜培養(yǎng)基從 110℃ 升高到 130℃ （皆為 30分鐘），發(fā)泡系數(shù)增加一倍 四、泡沫的控制 一） 機(jī)械消泡 內(nèi)部：耙式、梳齒式、渦輪式 外部：離心式、碟片式 ? 優(yōu)點(diǎn)： ? 不需引入外界物質(zhì)（如消泡劑），可減少培養(yǎng)液性質(zhì)復(fù)雜化程度，便于產(chǎn)物的提取。 ? 缺點(diǎn)： ? 不能從根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素 二） 化學(xué)消泡 消泡機(jī)理 1）降低泡沫的機(jī)械強(qiáng)度，使泡沫破裂 2）降低液膜的表面黏度，使液膜的液體流失，導(dǎo)致泡沫破裂 當(dāng)泡沫表層存在著由極性的表面活性物質(zhì)形成的雙電層時，可以加入另一種具有相反電荷的表面活性劑，以降低泡沫的機(jī)械強(qiáng)度；或加入某些具有強(qiáng)極性的物質(zhì)與發(fā)泡劑爭奪膜上的空間，降低液膜強(qiáng)度，使泡沫破裂。 當(dāng)泡沫的液膜具有較大的表面黏度時，可以加入某些分子內(nèi)聚力較小的物質(zhì)，以降低液膜黏度 消泡劑選擇的原則： ① 對發(fā)酵過程無毒，對人、畜無害，不影響生物合成。 ② 消泡作用迅速，效果高和持久性能好。 ③ 能耐高壓蒸汽滅菌而不變性，在滅菌溫度下對設(shè)備無腐蝕性或不形成腐蝕性產(chǎn)物。 ④ 不影響
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