《发酵工艺学》课程教学课件（讲稿）第八章 发酵过程监测与控制

第八章发酵过程监测与控制

第八章 发酵过程监测与控制

发酵过程控制概述第八章

第 八 章 发酵过程控制概述 1

8.1.3发酵过程的参数检测代谢参数按性质可分为三类：温度、搅拌转速、罐压、空气流量、物理参数溶解氧、表观粘度等基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、0化学参数产物浓度、排气氧（二氧化碳）浓度等菌丝形态、菌体浓度、菌体比生长速率、生物参数w呼吸强度、摄氧率、关键酶活力等

8.1.3发酵过程的参数检测 代谢参数按性质可分为三类： 物理参数 生物参数 化学参数 温度、搅拌转速、罐压、空气流量、 溶解氧、表观粘度等 基质浓度（包括糖、氮、磷）、 pH、 产物浓度、 排气氧（二氧化碳）浓度 等 菌丝形态、菌体浓度、菌体比生长速率、 呼吸强度、摄氧率、关键酶活力等

物理参数单位参数名称测试方法意义、主要作用℃温度传感器维持生长、合成罐压Pa压力表维持正压、增加溶氧传感器空气流量供氧、排泄废气、提高KLaV/V.min传感器搅拌转速R/min物料混合、提高KLaKW传感器搅拌功率反映搅拌情况、KL粘度Pa.s粘度计反映菌的生长、KL浊度透光度传感器反映菌的生长情况泡沫传感器反映发酵代谢情况1/h体积氧传质间接计算反映供氧效率系数KLa4

4 参数名称 单位 测试方法 意义、主要作用 温度 罐压 空气流量 搅拌转速 搅拌功率 粘度 浊度 泡沫 体积氧传质 系数KLa ºC Pa V/V.min R/min KW Pa.s 透光度 l/h 传感器 压力表 传感器 传感器 传感器 粘度计 传感器 传感器 间接计算 维持生长、合成 维持正压、增加溶氧 供氧、排泄废气、提高KLa 物料混合、提高KLa 反映搅拌情况、KLa 反映菌的生长、KLa 反映菌的生长情况 反映发酵代谢情况 反映供氧效率 物理参数

化学、生物参数单位测试方法参数名称意义、主要作用pH传感器了解生长和产物合成取样基质浓度g/ml了解生长和产物合成传感器溶解氧浓度反映氧供需情况ppm传感器氧化还原电位mV反映菌的代谢情况取样产物浓度g/ml产物合成情况传感器尾气氧浓度Pa了解耗氧情况%尾气CO,浓度传感器了解菌的呼吸情况取样菌体浓度了解生长情况G(DCW)/ml取样RNA、DNA含量了解生长情况Mg(DCW)/g取样ATP、ADP、AMP了解能量代谢活力Mg(DCW)/gNADH含量取样了解菌的合成能力Mg(DCW)/ggO,/L.h摄氧率间接计算了解耗氧速率gO2/g菌.h间接计算呼吸强度了解比耗氧速率间接计算呼吸商了解菌的代谢途径间接计算1/h了解生长比生长速率

5 参数名称 单位 测试方法 意义、主要作用 pH 基质浓度 溶解氧浓度 氧化还原电位 产物浓度 尾气氧浓度 尾气CO2浓度 菌体浓度 RNA、DNA含量 ATP、ADP、AMP NADH含量 摄氧率 呼吸强度 呼吸商 比生长速率 g/ml ppm mV g/ml Pa % G(DCW)/ml Mg(DCW)/g Mg(DCW)/g Mg(DCW)/g gO2 /L.h gO2 /g菌.h 1/h 传感器 取样 传感器 传感器 取样 传感器 传感器 取样 取样 取样 取样 间接计算 间接计算 间接计算 间接计算 了解生长和产物合成 了解生长和产物合成 反映氧供需情况 反映菌的代谢情况 产物合成情况 了解耗氧情况 了解菌的呼吸情况 了解生长情况 了解生长情况 了解能量代谢活力 了解菌的合成能力 了解耗氧速率 了解比耗氧速率 了解菌的代谢途径 了解生长 化学、生物参数

8.1.3发酵过程的参数检测图参数的测量形式可分为两类：离线测量基质（糖、脂类、无机盐等）、前体和代谢产物（抗生素、酶、有机酸、氨基酸等）在线测量·如T、pH、DO、溶解CO、尾气CO、黏度、搅拌转速等。优点：及时、省力，可从繁琐操作中解脱出来，便于计算机控制，困难：传感器要求较高

8.1.3发酵过程的参数检测 参数的测量形式可分为两类： 离线测量 • 如T 、pH、DO、溶解CO2、尾气CO2、黏度、搅拌转速等 • 优点：及时、省力，可从繁琐操作中解脱出来，便于计算 机控制 • 困难：传感器要求较高 在线测量 • 基质（糖、脂类、无机盐等）、前体和代谢产物（抗 生素、酶、有机酸、氨基酸等）

8.1.3发酵过程的参数检测国参数按获取方式可分为两类T、pH、罐压、空气流量、直接参数搅拌转速、溶氧浓度等直接参数通过公式计算获得0间接参数的参数，如摄氧率（）、呼吸强度（Qo2）、比生长速率(μ）、体积溶氧系数(Ka)、呼吸商(RQ）等

8.1.3发酵过程的参数检测 参数按获取方式可分为两类： 直接参数 间接参数 T、pH、罐压、空气流量、 搅拌转速、溶氧浓度等 直接参数通过公式计算获得 的参数，如摄氧率(γ)、呼 吸强度(QO2 )、比生长速率 （μ) 、体积溶氧系数(KL a)、 呼吸商(RQ)等

8.1.3.1物理参数1，温度指发酵整个过程或不同阶段所维持的温度温度的高低与下列参数有密切关系发酵中的酶反应速度菌体生长速度，产物合成速度氧在培养液中的溶解度，传递速度

8.1.3.1 物理参数 1，温度  指发酵整个过程或不同阶段所维持的温度  温度的高低与下列参数有密切关系 发酵中的酶反应速度 菌体生长速度，产物合成速度 氧在培养液中的溶解度，传递速度

8.1.3.1物理参数2，压力√发酵罐维持的压力／罐内维持正压，可防止外界空气中杂菌的侵入，保证纯种培养罐压的高低与氧、CO,在培养液中的溶解度有关，间接影响菌体代谢罐压一般维持在0.2~0.5公斤9

9 8.1.3.1 物理参数 2，压力  发酵罐维持的压力  罐内维持正压，可防止外界空气中杂菌的侵入， 保证纯种培养  罐压的高低与氧、CO2在培养液中的溶解度有 关，间接影响菌体代谢  罐压一般维持在0.2~0.5公斤

8.1.3.1物理参数3，搅拌转速发酵罐的容积(L)搅拌转速范围(r/min)3V是指搅拌器在发200~2000酵罐中转动速度10200~120030150~1000V搅拌转速大小与发酵液的均匀性50100~800和氧在发酵液中20050~400的传递速率有关50050~3001000025~2005000025~16010

10 3，搅拌转速  是指搅拌器在发 酵罐中转动速度  搅拌转速大小与 发酵液的均匀性 和氧在发酵液中 的传递速率有关 发酵罐的容积(L) 搅拌转速范围(r/min) 3 200~2000 10 200~1200 30 150~1000 50 100~800 200 50~400 500 50~300 10000 25~200 50000 25~160 8.1.3.1 物理参数