基质浓对发酵影响及控制PPT课件

1、基质对发酵的影响基质对发酵的影响（1 1）基质浓度对菌体生长的影响）基质浓度对菌体生长的影响 最初菌体比生长速率与之成正比；后来比生长速率达到最大；后保持不变。最初菌体比生长速率与之成正比；后来比生长速率达到最大；后保持不变。（2 2）基质浓度对产物形成和发酵液特性的影响）基质浓度对产物形成和发酵液特性的影响 浓度过高引起阻遏现象；菌体生长旺盛，传质或溶氧传递差，从而影响菌体生浓度过高引起阻遏现象；菌体生长旺盛，传质或溶氧传递差，从而影响菌体生长等。长等。第1页/共22页基质浓度的控制基质浓度的控制 工业发酵中，常采用中间补料的方法来控制基质的浓度。工业发酵中，常采用中间补料的方法来控制基质的

2、浓度。 选择合适的补料内容，补料方式，反馈控制参数。选择合适的补料内容，补料方式，反馈控制参数。 补料内容包括什么？需注意什么？补料内容包括什么？需注意什么？第2页/共22页 补料的方式指什么？补料的方式指什么？ 补料方式：分批补加和连续流加补料方式：分批补加和连续流加 连续流加：等速补料和变速补料连续流加：等速补料和变速补料 补料方式要根据基质种类、消耗速度、用量、发酵条件、菌种特性和种子质量补料方式要根据基质种类、消耗速度、用量、发酵条件、菌种特性和种子质量及产物形成速率来判断。及产物形成速率来判断。第3页/共22页 反馈控制参数：直接和间接反馈控制参数：直接和间接 直接控制是指直接以限制

3、性营养物浓度作为反馈控制参数，例如控制氮源、碳直接控制是指直接以限制性营养物浓度作为反馈控制参数，例如控制氮源、碳源等。源等。 间接控制是指以溶氧、间接控制是指以溶氧、PHPH、呼吸商、排气中二氧化碳分压及代谢物质浓度等作、呼吸商、排气中二氧化碳分压及代谢物质浓度等作为反馈控制参数。为反馈控制参数。第4页/共22页举例举例碳源的影响和控制碳源的影响和控制氮源的影响和控制氮源的影响和控制磷酸盐的影响和控制磷酸盐的影响和控制第5页/共22页一、碳源一、碳源 种类：葡萄糖种类：葡萄糖 优点：优点： 吸收快，利用快，能迅速参加代谢合吸收快，利用快，能迅速参加代谢合成菌体和产生能量成菌体和产生能量 缺点

4、：缺点： 有些品种产生分解产物有些品种产生分解产物 阻遏效应。阻遏效应。一）、碳源种类的影响及控制迅速利用的碳源缓慢利用的碳源n种类：淀粉、乳糖、蔗种类：淀粉、乳糖、蔗糖、麦芽糖、玉米油糖、麦芽糖、玉米油n优点：优点： 不易产生分解产物不易产生分解产物 阻阻遏效应。遏效应。 有利于延长次级代谢产有利于延长次级代谢产物的分泌期物的分泌期n缺点：溶解度低，发酵缺点：溶解度低，发酵液粘度大。液粘度大。 第6页/共22页发酵工业中常采用含迅速利用的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。和缓慢利用的碳源的混合碳源。迅速利用的碳源满足菌体生长的消耗，迅速利用的碳源满足菌体生长的消

5、耗，缓慢利用的碳源，满足产物合成，可延缓慢利用的碳源，满足产物合成，可延长合成期，提高产量，并可解除葡萄糖长合成期，提高产量，并可解除葡萄糖效应。效应。碳源种类的控制碳源种类的控制第7页/共22页二）、碳源浓度的控制二）、碳源浓度的控制在发酵过程中，补加糖类控制碳源浓在发酵过程中，补加糖类控制碳源浓度度补料的类型：补料的类型：1 1、流加、流加2 2、少量多次的加入、少量多次的加入3 3、多量少次的加入、多量少次的加入第8页/共22页 残糖量残糖量 pH值值 Qc X指发酵液的菌体浓度，单位为（指发酵液的菌体浓度，单位为（g g干菌体干菌体/L/L） 粘度粘度 溶氧溶氧 尾气中尾气中O2和和C

6、O2的含量的含量 发酵液的总体积发酵液的总体积补糖的依据：补糖的依据：第9页/共22页 根据经验，以最高产量的罐批的加糖率为指标，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。残糖等加以修正。 例：例：青霉素发酵开始补糖在残糖降至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开始回升时补糖。补糖量以最高罐批经验量为参考。考。每小时每小时 前期前期040h 中期中期4090h 后期后期90以以后后 加糖量加糖量 0.08%-0.15% 0.15% - 0.18%

7、 0.15% -0.18% 补糖量的控制：补糖量的控制：经验法：经验法：第10页/共22页补糖的控制补糖的控制 把计算的加糖量，输入计算机，由计算把计算的加糖量，输入计算机，由计算机控制加料装置精确控制加入的糖量。机控制加料装置精确控制加入的糖量。第11页/共22页二、氮源的影响和控制二、氮源的影响和控制一）氮源的种类影响一）氮源的种类影响 种类：氨水、铵盐和玉种类：氨水、铵盐和玉米浆米浆 优点：优点： 易被菌体利用，明显易被菌体利用，明显促进菌体生长促进菌体生长 缺点：缺点： 对于有些品种高浓度对于有些品种高浓度的铵离子抑制产物合成的铵离子抑制产物合成迅速利用的氮源缓慢利用的氮源n种类：黄豆

8、饼粉、花生种类：黄豆饼粉、花生饼粉、和棉子饼粉饼粉、和棉子饼粉n优点：优点：利用缓慢，有利于延长次利用缓慢，有利于延长次级代谢产物的分泌期。级代谢产物的分泌期。防止早衰。防止早衰。n缺点：溶解度低，发酵缺点：溶解度低，发酵液粘度大。液粘度大。 第12页/共22页 发酵工业中常采用含迅速利用的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。氮源和缓慢利用的氮源的混合氮源。 迅速利用的氮源促进菌体生长繁殖，迅速利用的氮源促进菌体生长繁殖，缓慢利用的氮源，满足产物合成，可延缓慢利用的氮源，满足产物合成，可延长合成期，延缓自溶期。长合成期，延缓自溶期。二）氮源种类的控制二）氮源种类的控制第

9、13页/共22页三）氮源浓度的影响控制三）氮源浓度的影响控制氮源浓度对菌体生长和产物合成的量与方向氮源浓度对菌体生长和产物合成的量与方向都有影响。都有影响。氮源浓度的控制：氮源浓度的控制：控制基础培养基中的配比。控制基础培养基中的配比。通过补加氮源。通过补加氮源。如何补加氮源呢？如何补加氮源呢？第14页/共22页在发酵过程中具体补加氮源来控制其浓度：在发酵过程中具体补加氮源来控制其浓度：1.1.补加某些具有调节生长代谢作用的有机氮源，如酵母粉、玉米浆、尿素等。补加某些具有调节生长代谢作用的有机氮源，如酵母粉、玉米浆、尿素等。2.2.补加氨水或硫酸铵等无机氮源补加氨水或硫酸铵等无机氮源当当pHp

10、H偏低又需补氮时，可通入氨气；偏低又需补氮时，可通入氨气；当当pHpH偏高又需补氮时，可加入生理酸性物质如硫酸铵等。偏高又需补氮时，可加入生理酸性物质如硫酸铵等。补氮的依据：补氮的依据：残氮量、残氮量、pHpH值、菌体量值、菌体量第15页/共22页补氮量的控制补氮量的控制： 经验法：经验法： 依据使依据使pHpH升高升高0.10.1而通入氨水的量来计算。而通入氨水的量来计算。依据残氮量和工艺控制残氮量来计算。依据残氮量和工艺控制残氮量来计算。例：土霉素发酵例：土霉素发酵50m50m3 3发酵罐使发酵罐使pHpH升高升高0.10.1通氨量为通氨量为1010升。使氨基氮上升升。使氨基氮上升0.00

11、4%-0.004%-0.005%0.005%。 动力学方法；动力学方法；通过通过q qN N、 q qP P ，计算每小时的补氮量。计算每小时的补氮量。第16页/共22页 磷酸盐能明显促进产生菌的生长。磷酸盐能明显促进产生菌的生长。 菌体生长所允许的磷酸盐浓度比次级代谢产物合成所允许的浓度大得多，菌体生长所允许的磷酸盐浓度比次级代谢产物合成所允许的浓度大得多，两者平均相差几十至几百倍。两者平均相差几十至几百倍。 10mmol10mmol的磷酸盐就明显地抑制次级代谢产物的合的磷酸盐就明显地抑制次级代谢产物的合成。成。 适合微生物生长的磷酸盐浓度是适合微生物生长的磷酸盐浓度是0.30.3300mm

12、ol300mmol，适合次级代谢产物合成所，适合次级代谢产物合成所需的浓度平均仅为需的浓度平均仅为0.1mmol0.1mmol。三、磷酸盐的影响和控制三、磷酸盐的影响和控制一）磷酸盐源的影响一）磷酸盐源的影响第17页/共22页 磷酸盐对初级代谢产物合成的调节往往是通过促进生长而间接产生的，对次级代磷酸盐对初级代谢产物合成的调节往往是通过促进生长而间接产生的，对次级代谢产物生物合成的调节有多种可能的机制。谢产物生物合成的调节有多种可能的机制。第18页/共22页 在基础培养基中采用适当的磷酸盐浓度在基础培养基中采用适当的磷酸盐浓度 抗生素发酵中常采用亚适量的磷酸盐浓度抗生素发酵中常采用亚适量的磷酸

13、盐浓度亚适量：对菌体生长不是最适量但又不影响菌体生长的量。亚适量：对菌体生长不是最适量但又不影响菌体生长的量。 磷酸盐的最适浓度必须结合当地的具体条件和使用的原材料进行实验确定磷酸盐的最适浓度必须结合当地的具体条件和使用的原材料进行实验确定磷酸盐的控制磷酸盐的控制第19页/共22页 一般磷酸盐采用单消，防止发生沉淀反应使溶磷量达不到最适量。一般磷酸盐采用单消，防止发生沉淀反应使溶磷量达不到最适量。 要控制有机氮源中的磷含量，以防溶磷量超过最适量。要控制有机氮源中的磷含量，以防溶磷量超过最适量。 当菌体生长缓慢时，可适当补加适量的磷，促进菌体生长。当菌体生长缓慢时，可适当补加适量的磷，促进菌体生长。 初级代谢产物