宜宾学院：《微生物工程工艺原理》课程教学课件（PPT讲稿）第六章 发酵过程控制

第六章 发酵过程控制 第一节 温度控制 第二节 pH值控制 第三节 泡沫控制 第四节 补料控制 第五节 菌浓和基质对发酵的影响 第六节 二氧化碳和呼吸商 第七节 微生物发酵终点的判断

第六章 发酵过程控制 第一节 温度控制 第二节 pH值控制 第三节 泡沫控制 第四节 补料控制 第五节 菌浓和基质对发酵的影响 第六节 二氧化碳和呼吸商 第七节 微生物发酵终点的判断

重点：温度控制；发酵热；温度对发酵的影响； pH值的控制；pH值对菌生长和代谢产物形成的影响； 影响pH变化的因素；发酵过程中pH的调节及控制； 泡沫的控制；发酵过程中泡沫的变化；补料的控制； 菌体浓度对发酵的影响与控制；基质对发酵的影响； 二氧化碳对菌体生长和发酵的影响；呼吸商与发酵 的关系；发酵终点的判断

重点：温度控制；发酵热；温度对发酵的影响； pH值的控制；pH值对菌生长和代谢产物形成的影响； 影响pH变化的因素；发酵过程中pH的调节及控制； 泡沫的控制；发酵过程中泡沫的变化；补料的控制； 菌体浓度对发酵的影响与控制；基质对发酵的影响； 二氧化碳对菌体生长和发酵的影响；呼吸商与发酵 的关系；发酵终点的判断

发酵过程的主要控制参数 ❖ ⑴ pH值： 显示发酵过程中各种生化反应的综合结果。 ❖ ⑵ 温度：不同的菌种，不同产品，发酵不同阶段所维持的 温度亦不同。 ❖ ⑶ 溶氧浓度（DO值，简称溶氧）：一般用绝对含量(mg／ L)来表示，有时也用在相同条件下氧在培养液中饱和度的 百分数(％)来表示。 ❖ ⑷ 基质含量：定时测定糖(还原糖和总糖)、氮(氨基氮或铵 氮)等基质的浓度

发酵过程的主要控制参数 ❖ ⑴ pH值： 显示发酵过程中各种生化反应的综合结果。 ❖ ⑵ 温度：不同的菌种，不同产品，发酵不同阶段所维持的 温度亦不同。 ❖ ⑶ 溶氧浓度（DO值，简称溶氧）：一般用绝对含量(mg／ L)来表示，有时也用在相同条件下氧在培养液中饱和度的 百分数(％)来表示。 ❖ ⑷ 基质含量：定时测定糖(还原糖和总糖)、氮(氨基氮或铵 氮)等基质的浓度

❖ ⑸ 空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积， 也叫通风比。一般控制在0.5～1.0 L／(L·min)。 ❖ ⑹ 压力：罐压一般维持在0.02～0.05 MPa。 ❖ ⑺ 搅拌转速：控制搅拌转速以调节溶氧。以每分钟的转数 表示。 ❖ ⑻ 搅拌功率：常指每立方米发酵液所消耗的功率(kW／ m3)。 ❖ ⑼ 黏度：细胞生长或细胞形态的一项标志，也能反映发酵 罐中菌丝分裂过程的情况，通常用表观黏度表示之

❖ ⑸ 空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积， 也叫通风比。一般控制在0.5～1.0 L／(L·min)。 ❖ ⑹ 压力：罐压一般维持在0.02～0.05 MPa。 ❖ ⑺ 搅拌转速：控制搅拌转速以调节溶氧。以每分钟的转数 表示。 ❖ ⑻ 搅拌功率：常指每立方米发酵液所消耗的功率(kW／ m3)。 ❖ ⑼ 黏度：细胞生长或细胞形态的一项标志，也能反映发酵 罐中菌丝分裂过程的情况，通常用表观黏度表示之

❖ ⑽ 浊度：澄清培养液中低浓度非丝状菌的OD值与细胞浓 度成线性关系。一般采用分光光度计的波长420～660 nm 测量，要求吸光率0.3～0.5。波长600～700 nm间，一个 吸光率单位大约相当于1.5 g细胞干重／L。浊度对氨基酸、 核苷酸等产品的生产是极其重要的。 ❖ (11) 料液流量 ❖ (12) 产物的浓度： ❖ (13) 氧化还原电位：限氧条件发酵用氧化还原电位参数控 制则较理想。 ❖ (14) 废气中的氧含量：从废气中的氧和CO2的含量可以算 出产生菌的摄氧率、呼吸商和发酵罐的供氧能力

❖ ⑽ 浊度：澄清培养液中低浓度非丝状菌的OD值与细胞浓 度成线性关系。一般采用分光光度计的波长420～660 nm 测量，要求吸光率0.3～0.5。波长600～700 nm间，一个 吸光率单位大约相当于1.5 g细胞干重／L。浊度对氨基酸、 核苷酸等产品的生产是极其重要的。 ❖ (11) 料液流量 ❖ (12) 产物的浓度： ❖ (13) 氧化还原电位：限氧条件发酵用氧化还原电位参数控 制则较理想。 ❖ (14) 废气中的氧含量：从废气中的氧和CO2的含量可以算 出产生菌的摄氧率、呼吸商和发酵罐的供氧能力

❖ (15) 废气中的CO2含量：揭示产生菌的呼吸代谢规律。 ❖ (16) 菌丝形态：衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵 过程的代谢变化和决定发酵周期长短的依据之一。 ❖ (17) 菌体浓度：是控制微生物发酵的重要参数之一，特别 是对抗生素次级代谢产物的发酵。常根据菌浓来决定适合 的补料量和供氧量。 由以上参数计算得出的菌体生长比速、氧比消耗速率、 糖比消耗速率、氮比消耗速率和产物比生成速率也是控制 产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺条件的主要依据，多 用于发酵动力学的研究

❖ (15) 废气中的CO2含量：揭示产生菌的呼吸代谢规律。 ❖ (16) 菌丝形态：衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵 过程的代谢变化和决定发酵周期长短的依据之一。 ❖ (17) 菌体浓度：是控制微生物发酵的重要参数之一，特别 是对抗生素次级代谢产物的发酵。常根据菌浓来决定适合 的补料量和供氧量。 由以上参数计算得出的菌体生长比速、氧比消耗速率、 糖比消耗速率、氮比消耗速率和产物比生成速率也是控制 产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺条件的主要依据，多 用于发酵动力学的研究

第一节 温度控制 1 发酵热 伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热；发酵热的产生 引起发酵液温度变化。在发酵过程中，某些因素导致热的产 生，另外一些因素又导致热量散失。 产热>散热 → 净热量堆积 → 发酵液的温度上升； 相反，产热小于耗热，温度下降。 下面具体分析产热和散热的因素

第一节 温度控制 1 发酵热 伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热；发酵热的产生 引起发酵液温度变化。在发酵过程中，某些因素导致热的产 生，另外一些因素又导致热量散失。 产热>散热 → 净热量堆积 → 发酵液的温度上升； 相反，产热小于耗热，温度下降。 下面具体分析产热和散热的因素

1) 生物热Q生物 在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营 养物质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部 分用于合成高能化合物（如ATP）提供细胞合成 和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的 形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。 微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产 生的热多

1) 生物热Q生物 在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营 养物质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部 分用于合成高能化合物（如ATP）提供细胞合成 和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的 形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。 微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产 生的热多

⚫生物热与发酵类型有关 微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多 一摩尔葡萄糖彻底氧化成CO2和水 好氧：产生287.2千焦耳热量， 183千焦耳转变为高能化合物 104.2千焦以热的形式释放 厌氧：产生22.6千焦耳热量， 9.6千焦耳转变为高能化合物 13千焦以热的形式释放 二个例子中转化为高能化合物分别为63.7％和42.6％

⚫生物热与发酵类型有关 微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多 一摩尔葡萄糖彻底氧化成CO2和水 好氧：产生287.2千焦耳热量， 183千焦耳转变为高能化合物 104.2千焦以热的形式释放 厌氧：产生22.6千焦耳热量， 9.6千焦耳转变为高能化合物 13千焦以热的形式释放 二个例子中转化为高能化合物分别为63.7％和42.6％

特点： • 具有时间性； • 具有生物特异性； • 与营养有关； 如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢 缓慢，发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧 烈，有可能染菌，此外培养基营养越丰富，生 物热也越大

特点： • 具有时间性； • 具有生物特异性； • 与营养有关； 如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢 缓慢，发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧 烈，有可能染菌，此外培养基营养越丰富，生 物热也越大