《发酵工艺过程控制》PPT课件
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《发酵过程控制》PPT课件
在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量， 因此中期温度要稍低一些，可以延緩衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和 核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。
发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺 激产物合成到放罐。如四环素生长阶段28oC，合成期26oC后期再升温；黑曲霉生长 37oC，产糖化酶32～34oC。但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌 生长30～32oC，产酸34～37oC。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。
实验：甘油发酵是在髙渗透压环境中进行的，因此可望通过热冲击 来提高发酵甘油的产量 正交条件A 冲击温度（0C） 40，45，50
B 开始时机（h） 8，16，30 C 冲击时间（分） 15，30，60 结果发酵16小时，450C冲击60分钟最佳，发酵96小时后甘油浓度提 高32.6％，发酵罐实验见图 （A）16h,450C,30min （B）12h,450C,30min
E——额定电压 I——额定电流 cosφ——功率因素，1千瓦时＝860×4186.8焦耳
3、蒸发热Q蒸发
通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸发所需的热量叫 蒸发热。此外，排气也会带走部分热量叫显热Q显热，显热很小， 一般可以忽略不计。
4、辐射热Q辐射
发酵罐内温度与环境温度不同，发酵液中有部分热通过罐体 向外辐射。辐射热的大小取决于罐温与环境的温差。冬天大一些， 夏天小一些，一般不超过发酵热的5％。 Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
三、发酵过程引起温度变化的因素
（一）发酵热Q发酵
发酵热是引起发酵过程温度变化的原因。
所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢？ 在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐 壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种 散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。 发酵热大，温度上升快，发酵热小，温度上升慢。
发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺 激产物合成到放罐。如四环素生长阶段28oC，合成期26oC后期再升温；黑曲霉生长 37oC，产糖化酶32～34oC。但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌 生长30～32oC，产酸34～37oC。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。
实验：甘油发酵是在髙渗透压环境中进行的，因此可望通过热冲击 来提高发酵甘油的产量 正交条件A 冲击温度（0C） 40，45，50
B 开始时机（h） 8，16，30 C 冲击时间（分） 15，30，60 结果发酵16小时，450C冲击60分钟最佳，发酵96小时后甘油浓度提 高32.6％，发酵罐实验见图 （A）16h,450C,30min （B）12h,450C,30min
E——额定电压 I——额定电流 cosφ——功率因素，1千瓦时＝860×4186.8焦耳
3、蒸发热Q蒸发
通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸发所需的热量叫 蒸发热。此外，排气也会带走部分热量叫显热Q显热，显热很小， 一般可以忽略不计。
4、辐射热Q辐射
发酵罐内温度与环境温度不同，发酵液中有部分热通过罐体 向外辐射。辐射热的大小取决于罐温与环境的温差。冬天大一些， 夏天小一些，一般不超过发酵热的5％。 Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
三、发酵过程引起温度变化的因素
（一）发酵热Q发酵
发酵热是引起发酵过程温度变化的原因。
所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢？ 在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐 壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种 散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。 发酵热大，温度上升快，发酵热小，温度上升慢。
《发酵过程工艺》PPT课件
第六章 发酵工艺过程控制
• 发酵，原本是指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程 。 在广义的工艺上，则把发酵看做是微生物把一些原料养分在合适的条件下（通常是 需氧）经特定的代谢转变成产物的过程。
• 发酵是一种很复杂的生化过程，发酵生产受许多因素的影响和工艺条件的制约。需要 多年的经验才能掌握。
第二节 发酵过程的主要控制参 数
• 在发酵工艺中，要想控制发酵，使其按人的意志转移，是很难办到的。因为影响发 酵的因素太多，有些因素还是未知的，但了解发酵工艺条件对过程的影响和掌握反 映菌的生理代谢和发酵过程变化的规律，可以帮助人们有效地控制微生物的生长和 生产。
第二节 发酵过程的主要控制参
数 1. pH值（酸碱度）
以溶氧、pH值、呼吸商、排气中CO2分 压及代谢产物浓度等作为控制参数
３、半连续发酵
是指在补料－分批发酵的基础上，间歇地放掉部分发酵液 （行业中称为带放）的培养方法。
优点：
① 可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当 的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；
② 克服养分的不足，避免发酵过早结束； 缺点
（Yx/s）和产物得率系数（Yp/s），分别定义为消耗1g营养物质生成的细胞的克数和生成产物 的克数。
工业生产中可通过测定一定时间内细胞和产物的生成量及营养物质的消耗量来进行计算。
在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同 步的关系，将微生物产物形成动力学分为① 生长关 联型 和② 非生长关联型。
二、pH值对发酵的影响及控制
• 发酵液pH对菌体生长、繁殖和产物积累影响较大 。生产前应进行试验和研究。
• 菌体生长、繁殖和产物积累的最适pH不一定相同 。
• 整个发酵过程的pH是变化的。 1、 pH对发酵的影响 2、影响发酵pH的因素 3、最适pH的选择和调节
• 发酵，原本是指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程 。 在广义的工艺上，则把发酵看做是微生物把一些原料养分在合适的条件下（通常是 需氧）经特定的代谢转变成产物的过程。
• 发酵是一种很复杂的生化过程，发酵生产受许多因素的影响和工艺条件的制约。需要 多年的经验才能掌握。
第二节 发酵过程的主要控制参 数
• 在发酵工艺中，要想控制发酵，使其按人的意志转移，是很难办到的。因为影响发 酵的因素太多，有些因素还是未知的，但了解发酵工艺条件对过程的影响和掌握反 映菌的生理代谢和发酵过程变化的规律，可以帮助人们有效地控制微生物的生长和 生产。
第二节 发酵过程的主要控制参
数 1. pH值（酸碱度）
以溶氧、pH值、呼吸商、排气中CO2分 压及代谢产物浓度等作为控制参数
３、半连续发酵
是指在补料－分批发酵的基础上，间歇地放掉部分发酵液 （行业中称为带放）的培养方法。
优点：
① 可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当 的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；
② 克服养分的不足，避免发酵过早结束； 缺点
（Yx/s）和产物得率系数（Yp/s），分别定义为消耗1g营养物质生成的细胞的克数和生成产物 的克数。
工业生产中可通过测定一定时间内细胞和产物的生成量及营养物质的消耗量来进行计算。
在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同 步的关系，将微生物产物形成动力学分为① 生长关 联型 和② 非生长关联型。
二、pH值对发酵的影响及控制
• 发酵液pH对菌体生长、繁殖和产物积累影响较大 。生产前应进行试验和研究。
• 菌体生长、繁殖和产物积累的最适pH不一定相同 。
• 整个发酵过程的pH是变化的。 1、 pH对发酵的影响 2、影响发酵pH的因素 3、最适pH的选择和调节
第五章-发酵过程控制ppt课件(全)
第一节 发酵方式
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇 等的分解代谢过程。
广义发酵：微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过 特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养：亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺 不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。两者在工艺过 程上大体相同，主要工艺过程为： 斜面菌种培养～菌体或孢子悬浮液制备～种子扩大培养～ 发酵培养～发酵产物与发酵基质分离～提纯与精制～成品。
分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方 式。
分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期 或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；
也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静 止期和死亡（衰亡）期
分批培养中的微生物的典型生长曲线
停滞期（Ⅰ）
停滞期（Ⅰ）： 刚接种后的一段时间内，细胞不生长，细胞 数目和菌量基本不变。
第五章 发酵过程及控制
学习目标
知识目标 能陈述发酵过程的影响因素（温度、溶氧、pH等）； 能陈述不同发酵方式的理论及异同及优劣； 掌握发酵动力学的有关原理、发酵器的分类及发展趋势。 能力目标 能够找出发酵最适宜条件，并采取相应控制措施； 能够进行发酵终点判断； 能够进行发酵过程重要检测；
三、产物形成动力学
产物形成与生长的关系 细胞生长与代谢产物形成之间的动力学关系决定
于细胞代谢中间产物所起的作用。描述这种关系的 模式有三种，即生长联系型模式、非生长联系型模 式和复合型模式。 （1）生长联系型模式 （2）非生长联系型模式 （3）复合模式
四、生长得率与产物得率
1.生长得率和产物得率的定义 生长得率：消耗每单位数量的基质所得到的菌体，
发酵工艺过程及控制介绍课件(129页)
1、影响发酵温度的因素
产热因素：生物热 搅拌热 散热因素：蒸发热 辐射热
27
发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
28
✓ 生物热：生物热是生产菌在生长繁殖时产 生的大量热量。培养基中碳水化合物，脂 肪，蛋白质等物质被分解为CO2,NH3时释放 出的大量能量。
• 蒸发热的计算： Q蒸发=G（I2-I1） G：空气流量，按干重计算，kg/h I1 、 I2 ：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg （干空气）
33
• 辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐体 向外辐射的热量。
• 辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超 过发酵热的5%。
34
发酵热的测定
（1）通过测定一定时间内冷却水的流量和冷 却水进出口温度，由下式求得这段时间内的 发酵热。
22
2、连续发酵的优缺点
• 优点
– 能维持低基质浓度； – 可以提高设备利用率和单位时间的产量； – 便于自动控制。
• 缺点
– 菌种发生变异的可能性较大； – 要求严格的无菌条件。
23
3、连续发酵的类型
• 恒化培养
– 使培养基中限制性基质的浓度保持恒定
• 恒浊培养
– 使培养基中菌体的浓度保持恒定
43
1、pH值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响
• pH影响酶的活性 • pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态 • pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离
解 • pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使
代谢产物的质量和比例发生改变
44
2、发酵过程中pH的变化
❖生长阶段 ❖生成阶段 ❖自溶阶段
45
这节介绍分批发酵、补料分批发酵及连续发酵三种
产热因素：生物热 搅拌热 散热因素：蒸发热 辐射热
27
发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
28
✓ 生物热：生物热是生产菌在生长繁殖时产 生的大量热量。培养基中碳水化合物，脂 肪，蛋白质等物质被分解为CO2,NH3时释放 出的大量能量。
• 蒸发热的计算： Q蒸发=G（I2-I1） G：空气流量，按干重计算，kg/h I1 、 I2 ：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg （干空气）
33
• 辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐体 向外辐射的热量。
• 辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超 过发酵热的5%。
34
发酵热的测定
（1）通过测定一定时间内冷却水的流量和冷 却水进出口温度，由下式求得这段时间内的 发酵热。
22
2、连续发酵的优缺点
• 优点
– 能维持低基质浓度； – 可以提高设备利用率和单位时间的产量； – 便于自动控制。
• 缺点
– 菌种发生变异的可能性较大； – 要求严格的无菌条件。
23
3、连续发酵的类型
• 恒化培养
– 使培养基中限制性基质的浓度保持恒定
• 恒浊培养
– 使培养基中菌体的浓度保持恒定
43
1、pH值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响
• pH影响酶的活性 • pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态 • pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离
解 • pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使
代谢产物的质量和比例发生改变
44
2、发酵过程中pH的变化
❖生长阶段 ❖生成阶段 ❖自溶阶段
45
这节介绍分批发酵、补料分批发酵及连续发酵三种
发酵工艺的过程控制课件.pptx
二、动力学
• 下面以多罐，开放式（相对于菌体截留的密闭 式）混合均匀为例
• F 流量 L/h • X 菌浓度 g/L • S 基质浓度 g/L • P 产物浓度 g/L • 每一罐流量一样为F • 要保持连续发酵系统的稳定
1.菌的情况 流入量十生长菌量=流出菌量 即：
3、对基质情况
• 同理
• •
• 饱和常数 K,为S 1/2 m时基质浓度
算。
2、产物类型 此一类型产物主要有两大类：
• ①菌体 产量常数在一定条件下，用一定菌体产量常数相对稳定。故知 产量常数可控制流加糖的量，还可利用产量常数检查，发酵条 件的控制是否合适。
• ②代谢产物：酵母的酒精发酵、乳酸发酵 另部分次级代谢产物也属此型，但大多数属类型III ③次级代谢产物，杆菌肽、氯霉素。
• ①将预知某个发酵将按什么情况进展
• ②可作为发酵的中间控制的理论基础，在实践上指导生产监督生产，如控制 流加糖。根据菌体生产和产物形成是否同步的，可控制不同的发酵条件，如 Ⅱ、Ⅲ型可在不同时期，为不同目的（菌体或产物），控制不同发酵条件， 从营养上说，生长的营养条件和产物的营养条件有区别。
• ③在连续发酵的设计上，类型Ⅰ可用单级，如为类型Ⅱ、Ⅲ就要采用二级以 上的连续发酵，使菌体生长和产物形成都得到保证。
发酵：1、速度：表征是什么？几个表征间关系；
2、影响因素：其如何影响，怎样控制这些因素
• 现主要讨论第1个问题
• 将培养基灭菌，加入菌种，在一定容器中发酵，将其动态变化 画成曲线，此为发酵曲线图
• 所以影响因素为：
a 基质中糖或碳源
b 菌种
c 产物
从此三个因素分析发酵速度。
发酵曲线图
浓 度
发酵工艺知识ppt课件
精选ppt课件2021
35
（六）、二氧化碳的影响和控 制
CO2是微生物生长繁殖过程中的代谢产 物，也是某些合成代谢的基质，对微生 物生长和发酵具有刺激或抑制作用
CO2对菌体生长还具有抑制作用，排气 中CO2浓度高于4%时，菌体的代谢和呼 吸速率都下降
CO2对微生物发酵也有影响 CO2影响培养液的酸-碱平衡
(2)能够增加微生物细脑的合成能力。因为通过补料工艺能 够不断地提供足够的养料用于合成微生物细胞。 (3)能够提高非生长偶联型产物(如抗生素等次级代谢产物) 的合成量。因为通过补料工艺可在微生物生长期和产物合 成期提供不同质和不问量的养分用于微生物生长和产物合 成。
(4)可以解除快速利用底物而造成的阻遏效应。 (5)能够降低发酵液的粘度，提高溶解氧的浓度。 (6)可以防止培养基中某一组分的毒性。
(2)搅拌热(Q搅拌):机械装置的摩擦、机械装置 和发酵液之间摩擦产生一定量的机械热的释放。
(3)蒸发热(Q蒸发)
(4)辐射热(Q辐射)
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7
2．温度对微生物生长和产物形成 的影响
1.从酶动力学角度来看，酶促反应导致温度升 高，反应速率加大，生长代谢加快，生产期提 前。但因酶本身很容易因热而失去活性，温度 越高，酶的失活也越快，表现在菌体易于哀老， 发酵周期缩短，影响产物的最终产量。
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13
-----引起发酵液pH值上升的因素有： ①培养基中碳、氮肥比例不当，氮源过
多，氨基酸释放； ②生理碱性物质过多； ③中间补料时氨水或尿素等碱性物质的
加入量过多。
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2．pH值对菌体生长和产物形成 的影响
培养液的pH值是微生物庞杂的代谢过程 的综合反映。反之，环境的pH值也能影 响微生物的代谢和形态
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连续流加、不连续流加、多周期流加 补料方式 快速流加、恒速流加、指数速率流加、变速流加
单组分流加、多组分流加
直接以限制性营养物浓度作为反馈参数，如
流加操作控制系统
控制氮源、碳源、C/N比等，由于目前缺乏 能直接测量重要参数的传感器，因此直接方
为了使发酵能在一定温度下进行，要设法进行控制。
三、温度的控制
1. 最适温度的选择
在生长阶段，应选择最适生长温度； 在产物分泌阶段，应选择最适生产温度。 发酵温度可根据不同菌种、不同产品进行选择。
2. 温度的控制
工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热， 因发酵中释放了大量的发酵热，需要冷却的情况较多。 利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层 或蛇行管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵。 如果气温较高（特别是我国南方的夏季气温），冷却水的温度 又高，致使冷却效果很差，达不到预定的温度，就可采用冷冻 盐水进行循环式降温，以迅速降到最适温度。因此大工厂需要 建立冷冻站，提高冷却能力，以保证在正常温度下进行发酵。
第三节 pH值对发酵的影响及其控制
一、pH值对发酵的影响
1. 影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活性时， 会阻碍菌体的新陈代谢；
2. 影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通 透性，影响微生物对营养物的吸收和代谢产物的排泄； 影响培养基中某些组分的解离，进而微生物对这些成 分的吸收；
3. pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产 物的质量和比例发生改变。
一、补料分批培养（FBC）的优点
① 可以解除底物抑制、产物反馈抑制和分解代谢物的阻遏； ② 可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成细胞大量生长
所引起的影响，改善发酵流变学的性质； ③ 可用作控制细胞质量的手段，以提高发芽孢子的比例； ④ 可作为理论研究的手段，为自动控制和最优控制提供实验
基础。
二、补其控制
一、温度对发酵的影响
微生物发酵所用的菌体绝大多数是中温菌，如霉菌、放线 菌和一般细菌。它们的最适生长温度一般在20～40℃。
温度会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成 方向，影响微生物的代谢调控机制。影响发酵液的理化性质， 进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。
b. 在发酵过程中直接补加酸或碱和补料的方式来控制； 补充生理酸性物质（如(NH4)2SO4）和生理碱性物质 （如NaNO3）来控制。
第四节 溶解氧对发酵的影响及其控制
一、溶解氧对发酵的影响
在发酵过程中，影响耗氧的因素有以下几方面：
（1）培养基的成分和浓度 （2）菌龄 （3）发酵条件
二、溶解氧浓度的控制
在发酵过程中，需要维持适当的温度，才能使菌体生长和 代谢产物的合成顺利进行。
二、影响发酵温度变化的因素
产热因素：生物热（Q生物）、搅拌热（Q搅拌） 散热因素：蒸发热（Q蒸发）、辐射热（Q辐射）、显热（Q显）
发酵热（Q发酵）是发酵温度变化的主要因素。 Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射－Q显
由于Q生物、Q蒸发和Q显，特别是Q生物在发酵过程中随时间变化，因 此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化，引起发酵温度发生波动。
四、发酵pH值的确定和控制
1. 发酵pH值的确定
微生物发酵的最适pH值范围一般是在5～8之间。 最适pH值是根据实验结果来确定的。
a. 将发酵培养基调节成不同的出发pH值，进行发酵，在发酵过程中， 定时测定和调节pH值，以分别维持出发pH值，或者利用缓冲液来配 制培养基来维持。
b. 到时观察菌体的生长情况，以菌体生长达到最高值的pH值为菌体生 长的合适pH值。
三、引起发酵液pH值异常波动的因素
pH值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养条件。
1、pH下降： ① 培养基中碳、氮比例不当。碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者 中间补糖过多加上溶氧不足，致使有机酸大量积累而pH下降； ② 消泡剂加得过多； ③ 生理酸性物质的存在，铵被利用，pH下降。 2、pH上升： ① 培养基中碳、氮比例不当。氮源过多，氨基氮释放，使pH上升； ② 生理碱性物质存在； ③ 中间补料氨水活尿素等碱性物质加入过多。
对于非生长关A联（型葡产萄糖品异，构则酶） 宜缩短菌体的B对（数菌体生浓长度期） ，
对于生长关联型A产（品杀念，珠可菌素） 采用有利于细胞B生（菌长体的浓培度）
并迅速获得足够量的菌体细 养条件，延长与产物合成
胞后，延长稳定期，从而提 有关的对数生长期。
高产量。
生长关联型
非生长关联型
产物的生成速率与菌体生长速率成正 比。这种产物通常是微生物分解基质 的直接产物，如酒精，但也有某些酶 类，如脂肪酶和葡萄糖异构酶
① 维持低基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应， 并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；
② 避免培养基积累有毒代谢物；
③ 可以提高设备利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的 非生产时间；
④ 便于自动控制。
但连续培养也有缺点：
长时间的连续培养难以保证纯种培养，并且菌种发生 变异的可能性较大，故在工业规模上很少采用。生产 上只有丙酮丁醇厌氧发酵、纸浆液生产饲料酵母、以 及活性污泥处理各种废水等才使用连续培养工艺，此 方法多数用于实验室以研究微生物的生理特性。
3、自溶阶段：随着养分的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培 养液中氨基氮增加，致使pH又上升，此时菌体趋于自溶 而代谢活动终止。
pH值
培养过程中培 养液pH值的大 致变化趋势
培养时间
由此可见，在适合于菌生长及合成产物的环境条件下， 菌体本身具有一定的调节pH的能力，但是当外界条件变 化过于剧烈，菌体就失去了调节能力，培养液的pH就会 波动。
这里介绍分批发酵、补料分批发酵、半连续发 酵及连续发酵四种类型的操作方式下的代谢特征。
1、分批发酵
指在一个封闭的培养系统内含有初始限制量的基质的发酵
方式。即一次性投料，一次性收获产品的发酵方式。
分
菌体 浓度
批
培
养
条
件
稳定期
下
衰亡期
的
典
指数期
时间（t）
型
生
长
延滞期
曲
线
在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系，将 微生物产物形成动力学分为① 生长关联型 和② 非生长关联型。
三、发酵过程的主要控制参数
1. pH值（酸碱度） 2. 温度（℃） 3. 溶解氧浓度 4. 基质含量 5. 空气流量 6. 压力 7. 搅拌转速 8. 搅拌功率 9. 粘度
10. 浊度 11. 料液流量 12. 产物浓度 13. 氧化还原电位 14. 废气中的氧含量 15. 废气中的CO2含量 16. 菌丝形态 17. 菌体浓度
在供氧方面，主要是设法提高氧传递的推动力和液相体积氧传递系数。
◙调节搅拌转速或通气速率来控制供氧；
◙控制补料速度来控制基质的浓度，从而达到最适的菌体浓 度，保证产物的比生长速率维持在最大值，又不会使需氧 大于供氧。
◙采用调节温度（降低培养温度可提高溶氧浓度）、液化培 养基、中间补水、添加表面活性剂等工艺措施，来改善溶 氧水平。
产物的生成速率与菌体生长速率 成无关，而与菌体量的多少有关。
2、补料－分批发酵
是指分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培 养方法。
与传统的分批发酵相比，优点在于使发酵系统中维持 很低的基质浓度。低基质浓度的优点： ① 可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的 菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾； ② 克服养分的不足，避免发酵过早结束。
二、发酵过程pH值的变化
在发酵过程中，随着菌种对培养基种碳、氮源的利用，随着有机酸 和氨基酸的积累，会使pH值产生一定的变化。
1、生长阶段：菌体产生蛋白酶水解培养基中的蛋白质， 生成铵离子，使pH上升至碱性；随着菌体量增多，铵离 子的消耗也增多，另外糖利用过程中有机酸的积累使pH 值下降。
2、生产阶段：这个阶段pH值趋于稳定。
第七章 发酵工艺过程控制
第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数
一、发酵工艺过程控制的重要性
微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的性能， 而且要赋以合适的环境条件才能使它的生产能力充分表达 出来；
必须了解有关生产菌种对环境条件的要求，如培养基、培 养温度、pH、氧的需求等，并深入了解生产菌在合成产 物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢途径，为设计合 理的生产工艺提供理论基础；
利用菌体代谢产生的CO2量来控制生产过程的补糖量， 以控制菌体的生长和浓度。
二、基质对发酵的影响及控制
基质即培养微生物的营养物质。
1. 碳源对发酵的影响及控制
迅速利用的碳源 缓慢利用的碳源
葡萄糖、蔗糖等 迅速参与代谢、合成菌体和产生能量，并产生分 解产物，有利于菌体生长，但有的分解代谢产物对 产物的合成可能产生阻遏作用；
缓慢利用的氮源
延长代谢产物的分泌期、提高产物的产量；但一次投入也容易促进菌体生 长和养分过早耗尽，以致菌体过早衰老而自溶，缩短产物的分泌期。
发酵培养基一般选用含有快速和慢速利用的混合氮源， 还要在发酵过程中补加氮源来控制浓度。
① 补加有机氮源，如酵母汁、玉米浆、尿素 ② 补加无机氮源，如氨水或硫酸铵
3. 磷酸盐对发酵的影响及控制
磷是微生物菌体生长繁殖所必需的成分，也是合成代谢产物所必需的。
微生物生长良好所允许的磷酸盐浓度为0.32～300mmol/L， 次级代谢产物合成良好所允许的最高平均浓度仅为1.0mmol/L.
磷酸盐浓度的控制，一般是在基础培养基中采用适当的浓度。
第六节 补料的控制
补料分批培养（fed-batch culture，简称FBC），是指在分 批培养过程中，间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培 养基的培养方法，是分批培养和连续培养之间的一种过渡培 养方式，是一种控制发酵的好方法，现已广泛用于发酵工业。