发酵参数及控制

生物制药工艺中的重要参数和控制方法生物制药是指利用生物学原理和技术，以微生物、动植物细胞、动物和人体组织及其代谢产物为原料，进行提取、纯化、改性、重组、结构修饰等一系列工艺操作，获取具有特殊药理活性的药物或治疗性制品的生产过程。

在生物制药工艺中，生产过程的重要参数和控制方法是确保产品质量和生产效率的关键。

本文将分别介绍生物制药工艺中常用的参数以及它们的控制方法。

一、发酵参数发酵是生物制药生产中最重要的工艺环节之一。

发酵参数指的是影响生物反应的各种因素，包括温度、pH、气体组成、氧气传递量、搅拌速度等。

1.温度控制：发酵过程中，微生物的生长和代谢活动对温度变化十分敏感，温度控制是保证发酵反应正常进行的关键。

通常情况下，发酵温度在30-37℃之间，因具体菌株而异。

控制发酵罐内的温度可以通过调节发酵罐内冷却水的流量以及添加温度传感器等手段实现。

2.pH控制：pH值是微生物生长和代谢所必须的生化参数之一，对于大多数微生物来说，pH值维持在6.5-7.5之间为最适宜。

过高或过低的pH值不仅会影响微生物生长和产物质量，还会使微生物变得易感染和易受到毒素伤害。

通过添加酸和碱等药剂可以控制发酵罐内的pH值。

3.气体组成控制：气体组成是影响微生物代谢的重要参数之一，包括氧气、二氧化碳、氮气等。

其中，氧气含量是生物制药中最重要的气体参数，因为氧气供应能明显提高微生物的生长速度和代谢活性。

控制氧气供给可以通过调节氧气进口的流量和罐内的搅拌情况实现。

4.氧气传递量控制：氧气传递量指氧气将溶解于水中并向发酵物中输送的速率，它对微生物的代谢和生长状态具有重要影响。

传统上，氧气传递量通过调整搅拌和氧气进口流量来实现。

目前已出现一些新型发酵罐，可以通过增加气体扩散区域来改善氧气传递效率。

二、纯化参数纯化是生物制药生产的关键环节之一，质量好坏会直接影响到最终产品的纯度和活性，而纯化参数的控制也是保证产品质量的关键。

常用的纯化参数包括剪切力、流速、pH、液体流变性等。

发酵工艺控制概述一. 发酵体系的主要特征1. 细胞内部结构和代谢反应的复杂性2. 细胞所处环境的复杂性3. 过程系统状态的时变性及参数的多样性和复杂性影响因素多，有的因素未知，主要影响因素变化。

发酵水平主要取决于：生产菌种的特性；对工艺条件的控制（适合程度）必须了解：菌体的生理代谢规律工艺条件对发酵过程的影响及其控制发酵过程的有关变化规律常规发酵的工艺控制参数：温度、pH、搅拌转速与功率、空气流量、罐压、液位、补料速率及补料量等。

二. 发酵过程的参数检测1.直接状态参数指能直接反映发酵过程中微生物生理代谢状况的参数包括：pH、DO、溶解CO2、尾气O2、尾气CO2 、黏度、基质和产物浓度、菌体浓度（OD、DCW、湿重）等参数的检测在线检测各种传感器：pH电极、DO电极、温度电极、液位电极、泡沫电极尾气分析仪：测尾气O2和CO2含量离线检测分光光度计、pH 计、温度计、气相色谱（GC)、液相色谱（HPLC)、色质连用（GC-MS)等2.间接状态参数指利用直接状态参数计算求得的参数包括：比生长速率μ、摄氧率OUR、CO2释放率CER、呼吸商RQ、氧的得率系数YX/O 、氧体积传质系数KLa、基质比消耗速率QS、产物比生成速率Qp等综合各种状态参数，获得代谢过程的各种信息，从而对发酵过程做出相应的调整和控制，以获得最经济的发酵生产。

三. 发酵过程的代谢调控和优化1. 代谢调控以代谢（流）的调节最重要调节酶的合成量，称为“粗调”调节酶的催化活性，称为“细调”工艺控制和过程优化的实质，就是利用各种方法和手段，使细胞的外部和内部环境最适合基质和能量流向产物合成的生物途径，以获得最大的产量。

2. 发酵过程优化的一般步骤确定反映发酵过程的各种理化参数及其检测方法研究这些参数的变化对发酵过程的影响及其机制，获得最佳的范围和最适的水平建立数学模型定量描述个参数间随时间的变化关系，为过程优化控制提供依据通过计算机实施在线自动检测和控制，验证各种控制模型的可行性及其适用范围，实现发酵过程的最优控制基质浓度对发酵的影响及其控制先进的培养基组成是充分支持高产、稳产和经济的发酵过程的关键因素之一。

工业发酵主要类型及主要控制参数工业发酵是利用微生物在适宜条件下生长和代谢产物的过程。

它是一种常见的生物技术方法，广泛应用于食品、药品、饲料和化妆品等行业。

工业发酵可以分为多种类型，每种类型都有其特定的控制参数。

1.醇类发酵：醇类发酵是指利用微生物将可溶性糖转化为醇类化合物的过程。

常见的醇类发酵包括乙醇发酵和丙酮发酵。

乙醇发酵主要利用酵母菌将葡萄糖转化为乙醇，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

丙酮发酵主要利用丙酮菌将二糖转化为丙酮，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

2.酸类发酵：酸类发酵是指利用微生物将可溶性糖转化为有机酸的过程。

常见的酸类发酵包括乳酸发酵、醋酸发酵和柠檬酸发酵。

乳酸发酵主要利用乳酸菌将葡萄糖转化为乳酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

醋酸发酵主要利用醋酸菌将酒精转化为醋酸，主要控制参数包括温度、氧供给和培养基成分。

柠檬酸发酵主要利用柠檬酸菌将糖转化为柠檬酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

3.氨基酸发酵：氨基酸发酵是指利用微生物将有机物质转化为氨基酸的过程。

常见的氨基酸发酵包括谷氨酸发酵、赖氨酸发酵和组氨酸发酵。

谷氨酸发酵主要利用谷氨酸菌将有机物质转化为谷氨酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

赖氨酸发酵主要利用赖氨酸菌将有机物质转化为赖氨酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

组氨酸发酵主要利用组氨酸菌将有机物质转化为组氨酸，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

4.抗生素发酵：抗生素发酵是指利用微生物产生抗生素的过程。

常见的抗生素发酵包括青霉素发酵、链霉素发酵和红霉素发酵。

青霉素发酵主要利用青霉菌将有机物质转化为青霉素，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

链霉素发酵主要利用链霉菌将有机物质转化为链霉素，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

红霉素发酵主要利用红霉菌将有机物质转化为红霉素，主要控制参数包括温度、pH值、氧供给和培养基成分。

发酵过程中工艺参数的检测和控制引言发酵是许多生物过程中的重要步骤，广泛应用于食品工业、制药工业以及生物燃料生产等领域。

在发酵过程中，工艺参数的检测和控制对于保证产品质量和提高生产效率起着关键作用。

本文将介绍发酵过程中常见的工艺参数，以及如何通过检测和控制这些参数来优化发酵过程。

1. 温度的检测和控制温度是发酵过程中最基本也是最重要的工艺参数之一。

不同的微生物对温度的要求不同，因此在发酵过程中，需要准确地检测和控制温度以满足微生物的生长和代谢需求。

1.1 温度的检测方法常用的温度检测方法包括使用温度计、红外线测温仪以及温度传感器等。

温度计适用于小规模的发酵过程，能够直接测量液体中的温度。

红外线测温仪可以通过测量光谱的方式非接触地测量物体表面的温度，适用于大规模发酵过程中的温度检测。

温度传感器可以安装在发酵罐内，通过测量发酵液的温度来得到准确的温度数据。

1.2 温度的控制方法温度的控制可以通过调节加热或冷却系统来实现。

在小规模的发酵过程中，可以使用加热器和冷却器来控制温度。

温度传感器监测到的温度与设定的目标温度进行比较，然后通过调节加热器或冷却器的电流或气流来调整温度。

在大规模发酵过程中，还可以使用冷却水循环系统或蒸汽加热系统来控制温度。

2. pH值的检测和控制pH值是指溶液酸碱程度的指标，对于许多微生物的生长和代谢过程也起着重要作用。

在发酵过程中，pH值的检测和控制对于调节微生物的生长环境、抑制有害菌的生长以及促进产品产生等方面起着重要作用。

2.1 pH值的检测方法常用的pH值检测方法包括使用酸碱度试纸、玻璃电极pH计以及电化学传感器等。

酸碱度试纸是一种简单易用的检测方法，通过试纸的颜色变化来判断溶液的pH值范围。

玻璃电极pH计可以直接测量溶液的pH值，并给出精确的数值结果。

电化学传感器也可以被用于连续监测pH值的变化。

2.2 pH值的控制方法pH值的控制可以通过添加酸或碱来实现。

根据pH值的变化情况，通过自动控制系统来准确地调节加酸或加碱的量。

发酵工艺控制(pH值参数)发酵工艺控制——pH对发酵的影响及控制录入时间:2010-8-13 9:19:45 来源：青岛海博《微生物工程》发酵过程中培养液的pH值是微生物在一定环境条件下代谢活动的综合指标，是一项重要的发酵参数。

它对菌体的生长和产品的积累有很大的影响。

因此，必须掌握发酵过程中pH的变化规律，及时监测并加以控制，使它处于最佳的状态。

尽管多数微生物能在3～4个pH单位的pH范围内生长，但是在发酵工艺中，为了达到高生长速率和最佳产物形成，必须使pH在很窄的范围内保持恒定。

一、PH对发酵的影响微生物生长和生物合成都有其最适和能够耐受的pH范围，大多数细菌生长的最适pH范围在6.3～7.5，霉菌和酵母生长的最适pH范围在3～6，放线菌生长的最适pH范围在7～8。

有的微生物生长繁殖阶段的最适pH范围与产物形成阶段的最适pH范围是一致的，但也有许多是不一致的。

表7-1列举了几种生长最适pH范围与产物形成最适pH范围不一致的例子。

pH还会影响菌体的形态。

例如，产黄青霉细胞壁的厚度随pH的增加而减小；当pH低于6时，菌丝的长度缩短，直径为2～3μm，当pH=7或>7时，直径为2～18μm，酵母状膨胀菌丝的数目增加。

pH下降后，菌丝形态又恢复正常。

pH 还影响细胞膜的电荷状态，引起膜的渗透性发生改变，进而影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的形成。

对产物的稳定性同样有影响。

除此之外，pH对某些生物合成途径有显著影响。

例如，丙酮丁醇发酵中，细菌增殖的pH范围是5.5～7.0为好，发酵后期pH=4.3～5.3时积累丙酮丁醇，pH升高则丙酮丁醇产量减少，而丁酸、乙酸含量增加。

又如，黑曲霉在pH=2～3时产生柠檬酸，pH近中性时，积累草酸和葡萄糖酸。

谷氨酸发酵中，pH=7或微碱时形成谷氨酸，pH酸性时产生N—乙酰谷酰胺。

从以上看出，为要更有效地控制生产过程，必须充分了解微生物生长和产物形成的最适pH范围。

发酵工艺的过程控制引言发酵工艺是一种将有机物质通过微生物的作用转化为需要的产物的过程。

在发酵过程中，微生物通过吸收养分、产生代谢产物和释放能量，完成了物质的转化。

为了保证发酵过程的高效和稳定，控制发酵过程至关重要。

本文将介绍发酵工艺的过程控制，包括控制参数和控制策略。

1. 发酵过程的控制参数发酵过程的控制参数是指影响发酵过程的参数，包括温度、pH值、溶氧量、搅拌速度、发酵菌种等等。

这些控制参数对于发酵过程的高效和稳定起到了重要的作用。

1.温度：发酵过程中适宜的温度可以促进微生物的生长和代谢活动。

不同的发酵过程需要不同的温度，一般在微生物的最适生长温度附近，通常在25-42摄氏度之间。

2.pH值：发酵过程中的pH值对微生物的生长和代谢活动有重要影响。

不同的微生物对于pH值的需求不同，一般在微生物最适生长pH值的附近维持。

3.溶氧量：溶氧量是指发酵液中的氧气饱和度。

微生物在发酵过程中需要氧气进行呼吸和代谢活动。

合适的溶氧量可以提高发酵效率和产物质量。

4.搅拌速度：搅拌速度对于发酵液中的微生物的分散性和氧气气液传递有着重要影响。

适当的搅拌速度可以保证发酵液中的微生物充分接触营养物质和氧气。

5.发酵菌种：选择适宜的发酵菌种对于发酵过程的控制至关重要。

合适的发酵菌种应具备高发酵活力、产物合成能力和抗污染能力。

2. 发酵过程的控制策略为了实现对发酵过程的有效控制，需要采取相应的控制策略。

以下是几种常见的发酵过程控制策略。

1.反馈控制：反馈控制是根据实时的监测数据对发酵过程进行调节。

通过监测发酵过程中的温度、pH值、溶氧量等参数，将实际参数与设定值进行比较，根据误差进行反馈调整，以维持发酵过程的稳定性。

2.前馈控制：前馈控制是根据预期的发酵过程需求提前对控制参数进行调整。

通过事先设定好的控制策略，根据发酵过程中的状态进行预测和计算，提前对控制参数进行调整，以达到预期的控制效果。

3.比例积分控制：比例积分控制是通过调整控制器的比例参数和积分参数来改变控制器的工作方式。