第8章连续发酵
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【课堂笔记】《发酵⼯程》《发酵⼯程笔记》笔者:赵可⽬录第⼀章绪论(p1) (1)1.1概念 (1)1.2发酵⼯程的研究内容 (1)1.3发酵过程的特点 (2)1.4发酵过程的问题 (2)1.5发酵⼯程的发展简史 (2)1.6发酵⼯程⼯程的任务 (2)1.7发展⽅向 (3)第⼆章⽣物发酵的基本过程(p36) (3)2.1发酵的基本过程 (3)2.2发酵过程的⼀般过程和操作⽅式 (3)2.3微⽣物的发酵类型 (4)2.3.1液体发酵 (4)2.3.2固体发酵 (4)2.3.3好氧发酵 (5)2.3.4厌氧发酵 (5)第三章种⼦扩⼤配培养(p44) (5)3.1概念 (5)3.2种⼦扩⼤培养⼯艺 (6)3.2.1制备流程 (6)3.2.2优良种⼦具备的条件 (6)3.2.3影响种⼦的质量因素 (6)3.2.4种⼦质量控制措施 (6)第四章发酵培养基(p48) (6)4.1⼀般特点 (6)4.2发酵培养基的组成与制备 (6)4.2.1发酵培养基的组成 (6)4.2.2发酵培养基的制备要点 (7)4.3发酵培养基的设计和优化 (8)4.3.1设计发酵培养基要考虑的因素: (8)4.3.2摇瓶实验: (8)4.3.3正交实验:多因素多⽔平 (8)第五章发酵过程产物分析(p53) (8)5.1分析项⽬按性质分可分三类: (8)5.2发酵终点的判断 (8)第六章发酵动⼒学(p59) (8)6.1发酵动⼒学概念 (8)6.2研究发酵动⼒学的⽬的 (9)6.3动⼒学 (9)6.3.1课程重点 (9)6.4⽣物反应类型 (9)6.5发酵的⽬的 (9)6.6发酵研究的关键问题 (9)6.7优化发酵过程达到⾼产⽬标的⽅法 (10)6.8发酵动⼒学研究的基本过程 (10)6.9分批发酵动⼒学 (10)6.9.1菌龄 (10)6.9.2分类 (10)6.9.3细胞⽣长动⼒学 (10)6.9.4分批发酵基质消耗动⼒学 (11)6.9.5分批发酵产物形成动⼒学 (11)6.9.6分批发酵的优缺点 (12)6.9.7重要截图(来⾃中国MOOC余龙江教授) (12)6.10讨论与问题 (13)第七章分批发酵、补料分批发酵和⾼密度发酵(p81) (14)7.1分批发酵 (14)7.1.1分批发酵的操作⼯艺 (15)7.1.2菌体⽣长规律 (15)7.1.3代谢变化 (15)7.2补料分批发酵 (16)7.2.1适⽤范围: (16)7.2.2物料流加⽅式 (16)7.2.3补料分批动⼒学 (16)7.3⾼密度发酵 (16)7.3.1影响⾼密度发酵⽣产的因素 (16)7.3.2⾼密度发酵存在的问题 (17)7.4讨论与问题 (17)7.4.1分批发酵和补料分批发酵有哪些联系和区别? (17)7.4.2分批发酵的流程 (17)7.4.3分批发酵包括哪些时期 (17)7.5课堂问题 (17)第⼋章连续发酵(p105) (19)8.1基本概念 (19)8.2连续发酵的优缺点 (19)8.3连续发酵的类型 (19)8.4连续发酵操作⽅式 (20)8.4.1开放式连续发酵 (20)8.4.2封闭式连续发酵 (20)8.5膜连续发酵 (21)8.6连续发酵的控制⽅式 (21)8.7连续发酵的实际应⽤ (22)8.7.1连续发酵 (22)8.7.2分批发酵 (22)8.7.3补料分批发酵 (22)8.7.4连续发酵在⼯业上的应⽤ (23)第九章微⽣物的现代固态发酵(p121) (23)9.1固态发酵 (23)9.1.1固态发酵的特点 (23)9.1.2固体培养的优点 (23)9.1.3固液发酵的⽐较 (23)9.1.4传统固态发酵与现代固态发酵 (24)9.1.5固态发酵分类 (25)9.1.6适合固态发酵的微⽣物 (25)9.1.7固态发酵的界⾯作⽤ (25)9.2固态发酵反应器 (25)9.2.1静态固态发酵反应器 (25)9.2.2动态固态发酵反应器 (26)9.2.3固态发酵反应器 (26)9.3固态发酵的应⽤ (26)第⼗章基因⼯程菌株发酵(p154) (27)10.1⼯业化⽣产的基因⼯程菌应具备的条件 (27)10.2基因⼯程菌的发酵 (27)10.2.1培养操作和发酵设备 (27)10.3讨论与问题 (27)10.3.1基因⼯程菌的不稳定性 (27)10.3.2改善措施: (27)10.3.3⽣产过程: (27)第⼗⼀章发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素(p167) (28)第⼗⼆章发酵控制⼯程(p183) (28)12.1讨论与问题 (28)第⼗三章空⽓除菌(p250) (29)13.1⼏个基本概念 (29)13.2染菌的危害 (29)13.3树⽴⽆菌概念,强调⽆菌操作 (29)13.4灭菌和除菌的基本原理 (30)13.5发酵⼯程的灭菌⼯程(p228) (30)13.5.1化学物质灭菌 (30)13.5.2⼲热灭菌法 (30)13.5.3湿热灭菌法 (31)13.5.4射线灭菌 (31)13.5.5过滤介质除菌 (31)13.5.6静电除菌 (31)13.5.7臭氧灭菌 (31)13.6名词概念 (32)13.7培养基和发酵设备的灭菌 (32)13.7.1温度和时间对培养基的影响 (32)13.7.2影响培养基灭菌的其他因素 (33)13.7.3培养基分批灭菌 (33)13.7.4发酵设备的灭菌 (34)13.8空⽓除菌 (34)13.8.1发酵⽤⽆菌空⽓的概念和质量标准 (34)第⼗四章发酵⼯程设备(p265) (35)14.1通⽓发酵罐 (35)14.1.1机械搅拌通⽓发酵罐 (35)14.1.2⾃吸式发酵罐 (35)14.2嫌⽓发酵罐 (36)14.2.1基本要求 (36)《发酵⼯程》1-14章节笔记第⼀章绪论(p1)1.1概念发酵⼯程利⽤微⽣物或动植细胞的⽣长繁殖和代谢活动以及特定功能,通过现代化⼯程技术⽣产有⽤物质或直接应⽤于⼯业化⽣产的技术体系;是将传统发酵与现代的DNA重组,细胞融合,分⼦修饰,和改造新技术结合并发展起来的现代发酵技术;它是渗透有⼯程学的微⽣物学和细胞⽣物学,是现代⽣物技术产业的基础与核⼼。
第八章发酵动力学发酵动力学是研究各种环境因素与微生物代谢活动之间的相互作用随时间变化的规律的科学。
fermentation kinetics生化反应工程的基础内容之一,以研究发酵过程的反应速率和环境因素对速率的影响为主要内容。
通过发酵动力学的研究,可进一步了解微生物的生理特征,菌体生长和产物形成的合适条件,以及各种发酵参数之间的关系,为发酵过程的工艺控制、发酵罐的设计放大和用计算机对发酵过程的控发酵动力学制创造条件。
研究发酵过程中菌的生长速率、培养基的消耗速率和产品形成速率的相互作用和随时间变化的规律。
发酵动力学包括化学热力学(研究反应的方向)和化学动力学(研究反应的速度)并涉及酶反应动力学和细胞生长动力学。
它为发酵过程的控制、小罐试验数据的放大以及从分批发酵过渡到半连续发酵和连续发酵提供了理论基础。
发酵动力学也是计算机模拟发酵过程研究及发酵过程计算机在线控制的基础。
在发酵中同时存在着菌体生长和产物形成两个过程,它们都需要消耗培养基中的基质,发酵动力学因此有各自的动力学表达式,但它们之间是有相互联系的,都是以菌体生长动力学为基础的。
所谓菌体生长动力学是以研究菌体浓度、限制性基质(培养基中含量最少的基质,其他组分都是过量的)浓度、抑制剂浓度、温度和pH等对菌体生长速率的影响为内容的。
在分批发酵中,菌体浓度X,产物浓度P和限制性基质浓度S均随时间t变化菌体生长可分迟滞、对数、减速、静止、衰退等五个时期。
其中菌体的主要生长期是对数期,它的特点是:随着基质浓度继续下降,菌体的衰老死亡逐步与生长平衡以至超过生长,也即进入静止和衰退期。
发酵动力学J.莫诺于1949年提出了一个μ与S间的经验关联式,此式被称莫诺方程式:μm为最大比生长速率, 即不因基质浓度变化而改变的最大μ值;Ks为饱和常数,即在数量上相当于μ=0.5μm时的S值。
Ks值愈小,说明在低基质浓度范围中,S对μ愈为敏感,而保持μm的临界S值愈低。
发酵工艺过程,不同于化学反应过程,它既涉及生物细胞的生长、生理和繁殖等生命过程,又涉及生物细胞分泌的各种酶所催化的生化反应过程。
发酵工程是生物应用工程学科,是微生物学在工业生产领域的大规模应用,是化学工程在生物技术领域的延伸,是生物、化学和工程等学科的综合利用。
8.1发酵过程的主要控制参数1. 物理参数(1)温度(℃)直接影响发酵过程的酶反应速率,氧的溶解度和传递速率,菌体生长速率和合成速率。
(2)压力(Pa)影响发酵过程氧和CO2的溶解度,正压防止外界杂菌污染。
罐压一般控制在0.2×105~0.5×105 Pa。
(3)搅拌速度(r/min)搅拌器在发酵过程中的转动速度。
其大小影响发酵过程氧的传递速率,受醪液的流变学性质影响,还受发酵罐的容积限制(见下表)(4)搅拌功率(kW)搅拌器搅拌时所消耗的功率(kW/m3),在发酵过程中的转动速度。
其大小与液相体积氧传递系数有关。
(5)空气流量(m3空气/(m3发酵液·min))单位时间内单位体积发酵液里通入空气的体积,一般控制在0.5~1.0(m3空气/(m3发酵液·min))(6)粘度(Pa·s)细胞生长或细胞形态的一种标志,反映发酵罐中的菌丝分裂情况,表示菌体的浓度。
(7)浊度(%)反映应单细胞生长情况(8)料液流量(L/min)进料参数(6)粘度(Pa·s)细胞生长或细Array胞形态的一种标志,反映发酵罐中的菌丝分裂情况,表示菌体的浓度。
(7)浊度(%)反映应单细胞生长情况(8)料液流量(L/min)进料参数(3)溶解氧浓度(ppm或饱和度,%)溶解氧是好氧发酵的必备条件,是生化产能反应的最终电子受体,也是细胞及产物重要的组分。
通常用饱和百分度表示。
(4)氧化还原电位(mV)培养基的氧化还原电位是影响微生物生长及生化活性的因素之一。
在某些限氧发酵(如氨基酸),氧电极以不能精确使用,氧化还原电位参数控制较为理想。