發(fā)酵工藝過程控制-在線瀏覽
2025-04-10 13:10本頁(yè)面
【正文】 利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾； ② 避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物； ③ 可以提高設(shè)備利用率和單位時(shí)間的產(chǎn)量，節(jié)省發(fā)酵罐的非生產(chǎn)時(shí)間； ④ 便于自動(dòng)控制。生產(chǎn)上只有丙酮丁醇厭氧發(fā)酵、紙漿液生產(chǎn)飼料酵母、以及活性污泥處理各種廢水等才使用連續(xù)培養(yǎng)工藝，此方法多數(shù)用于實(shí)驗(yàn)室以研究微生物的生理特性。它們的最適生長(zhǎng)溫度一般在 20～ 40℃ 。影響發(fā)酵液的理化性質(zhì)，進(jìn)而影響發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)特性和產(chǎn)物的生物合成。 二、影響發(fā)酵溫度變化的因素 產(chǎn)熱因素： 生物熱（ Q生物 ）、攪拌熱（ Q攪拌 ） 散熱因素： 蒸發(fā)熱（ Q蒸發(fā) ）、輻射熱（ Q輻射 ）、顯熱（ Q顯 ） 發(fā)酵熱（ Q發(fā)酵 ）是發(fā)酵溫度變化的主要因素。 由于 Q生物 、 Q蒸發(fā) 和 Q顯 ，特別是 Q生物 在發(fā)酵過程中隨時(shí)間變化，因此發(fā)酵熱在整個(gè)發(fā)酵過程中也隨時(shí)間變化，引起發(fā)酵溫度發(fā)生波動(dòng)。 發(fā)酵溫度可根據(jù)不同菌種、不同產(chǎn)品進(jìn)行選擇。 ?利用自動(dòng)控制或手動(dòng)調(diào)整的閥門，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇行管中，通過熱交換來(lái)降溫，保持恒溫發(fā)酵。因此大工廠需要建立冷凍站，提高冷卻能力，以保證在正常溫度下進(jìn)行發(fā)酵。 二、發(fā)酵過程 pH值的變化 在發(fā)酵過程中，隨著菌種對(duì)培養(yǎng)基種碳、氮源的利用，隨著有機(jī)酸和氨基酸的積累，會(huì)使 pH值產(chǎn)生一定的變化。 生產(chǎn)階段：這個(gè)階段 pH值趨于穩(wěn)定。 pH值 培養(yǎng)時(shí)間 培養(yǎng)過程中培養(yǎng)液 pH值的大致變化趨勢(shì) 由此可見，在適合于菌生長(zhǎng)及合成產(chǎn)物的環(huán)境條件下，菌體本身具有一定的調(diào)節(jié) pH的能力，但是當(dāng)外界條件變化過于劇烈，菌體就失去了調(diào)節(jié)能力，培養(yǎng)液的 pH就會(huì)波動(dòng)。 pH下降： ① 培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。 pH上升： ① 培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。 四、發(fā)酵 pH值的確定和控制 1. 發(fā)酵 pH值的確定 ?微生物發(fā)酵的最適 pH值范圍一般是在 5～ 8之間。 a. 將發(fā)酵培養(yǎng)基調(diào)節(jié)成不同的出發(fā) pH值，進(jìn)行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，定時(shí)測(cè)定和調(diào)節(jié) pH值，以分別維持出發(fā) pH值，或者利用緩沖液來(lái)配制培養(yǎng)基來(lái)維持。 c. 用同樣的方法，可測(cè)得產(chǎn)物合成的合適 pH值。 e. 在確定合適發(fā)酵 pH值時(shí)，不定期要考慮培養(yǎng)溫度的影響，若溫度提供或降低，合適 pH值也可能發(fā)生變動(dòng)。 b. 在發(fā)酵過程中直接補(bǔ)加酸或堿和補(bǔ)料的方式來(lái)控制；補(bǔ)充生理酸性物質(zhì)（如 (NH4)2SO4）和生理堿性物質(zhì)（如 NaNO3）來(lái)控制。 ?調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速或通氣速率來(lái)控制供氧； ?控制補(bǔ)料速度來(lái)控制基質(zhì)的濃度，從而達(dá)到最適的菌體濃度，保證產(chǎn)物的比生長(zhǎng)速率維持在最大值，又不會(huì)使需氧大于供氧。 第五節(jié) 菌體濃度和基質(zhì)對(duì)發(fā)酵的影響及其控制 一、菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響及控制 菌體（細(xì)胞）濃度【簡(jiǎn)稱菌濃】是指單位體積培養(yǎng)液中菌體的含量。 依靠調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的濃度來(lái)控制菌濃。 ?然后通過中間補(bǔ)料來(lái)控制，如當(dāng)菌體生長(zhǎng)緩慢、菌濃太稀時(shí)，則可補(bǔ)加一部分磷酸鹽，促進(jìn)生長(zhǎng)，提高菌濃；但補(bǔ)加過多，則會(huì)使菌體過分生長(zhǎng)，超過臨界濃度，對(duì)產(chǎn)物合成產(chǎn)生抑制作用。 二、基質(zhì)對(duì)發(fā)酵的影響及控制 基質(zhì)即培養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 在工業(yè)上，發(fā)酵培養(yǎng)基中常采用含迅速和緩慢利用的混合碳源。 延長(zhǎng)代謝產(chǎn)物的分泌期、提高產(chǎn)物的產(chǎn)量；但一次投入也容易促進(jìn)菌體生長(zhǎng)和養(yǎng)分過早耗盡，以致菌體過早衰老而自溶，縮短產(chǎn)物的分泌期。 ① 補(bǔ)加有機(jī)氮源，如酵母汁、玉米漿、尿素 ② 補(bǔ)加無(wú)機(jī)氮源，如氨水或硫酸銨 3. 磷酸鹽對(duì)發(fā)酵的影響及控制 磷是微生物菌體生長(zhǎng)繁殖所必需的成分，也是合成代謝產(chǎn)物所必需的。 第六節(jié) 補(bǔ)料的控制 補(bǔ)料分批培養(yǎng)（ fedbatch culture，簡(jiǎn)稱 FBC），是指在分批培養(yǎng)過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，是分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)之間的一種過渡培養(yǎng)方式，是一種控制發(fā)酵的好方法，現(xiàn)已廣泛用于發(fā)酵工業(yè)。 一、補(bǔ)料分批培養(yǎng)（ FBC）的優(yōu)點(diǎn) 二、補(bǔ)料方式及控制 ?連續(xù)流加、不連續(xù)流加、多周期流加 ?快速流加、恒速流加、指數(shù)速率流加、變速流加 ?單組分流加、多組分流加 補(bǔ)料方式 流加操作控制系統(tǒng) ?反饋控制 ?無(wú)反饋控制 直接方法 間接方法 以溶氧、 pH值、呼吸商、排氣中 CO2分壓及代謝產(chǎn)物濃度等作為控制參數(shù) 直接以限制性營(yíng)養(yǎng)物濃度作為反饋參數(shù)，如控制氮源、碳源、 C/N比等，由于目前缺乏能直接測(cè)量重要參數(shù)的傳感器，因此直接方法的使用受到了限
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