河北科技大学：《发酵工艺原理》课程教学资源（PPT课件）第七章 发酵工艺控制

第七章 发酵工艺控制 发酵工艺控制的基础： 了解产生菌生长、发育及代谢情况及动力学模拟 了解生物、物理、化学和工程的环境条件对发酵过程的影响 如何进行控制？ 测定各种参数 依据参数变化，并通过动力学关系获得发酵过程的各项最佳 参数

第七章 发酵工艺控制 发酵工艺控制的基础： 了解产生菌生长、发育及代谢情况及动力学模拟 了解生物、物理、化学和工程的环境条件对发酵过程的影响 如何进行控制？ 测定各种参数 依据参数变化，并通过动力学关系获得发酵过程的各项最佳 参数

一、发酵过程检测控制的主要的参数 1、物理参数 检测参数 检测方法 单位 影响 温度 铂电阻 热敏 电阻 ℃ μ qP c* 罐压(0.20.5×105Pa) 隔膜传感器 压敏电阻 Pa 保持正压，防止染菌 O2 及 CO2 的溶解度 搅拌转数 频率计数器 r/min Kla 发酵液的均匀性 搅拌功率(2 -4KW/m3) 功率计 Kw Kla 空气流量 浮子流量计 孔板差压计 m3h-1 vvm Kla 粘度 旋转粘度计 Pas Kla 浊度 浊度计 % 反映单细胞的生长 料液的流量 蠕动泵 荷重传感器 量筒 Lh-1 S

一、发酵过程检测控制的主要的参数 1、物理参数 检测参数 检测方法 单位 影响 温度 铂电阻 热敏 电阻 ℃ μ qP c* 罐压(0.20.5×105Pa) 隔膜传感器 压敏电阻 Pa 保持正压，防止染菌 O2 及 CO2 的溶解度 搅拌转数 频率计数器 r/min Kla 发酵液的均匀性 搅拌功率(2 -4KW/m3) 功率计 Kw Kla 空气流量 浮子流量计 孔板差压计 m3h-1 vvm Kla 粘度 旋转粘度计 Pas Kla 浊度 浊度计 % 反映单细胞的生长 料液的流量 蠕动泵 荷重传感器 量筒 Lh-1 S

发酵过程检测控制的主要的参数 2、化学参数 检测参数 检测方法 单位 影响及作用 PH 复合玻璃电极 菌体和产物合成速度 酶促反应的方向 基质浓度 产物浓度 HPLC 离子选择电极 生物传感器 取样 gL-1 μ qP 发酵周期的长短 氧化还原电位 氧化还原电位电极 mV 生长和生化活性 溶氧浓度 覆膜氧电极 % qo2 气相O2含量 顺磁氧分析仪 Pa 反映OUR 和 Kla 气相CO2含量 红外气体分析仪 % 反映OUR 和 Kla

发酵过程检测控制的主要的参数 2、化学参数 检测参数 检测方法 单位 影响及作用 PH 复合玻璃电极 菌体和产物合成速度 酶促反应的方向 基质浓度 产物浓度 HPLC 离子选择电极 生物传感器 取样 gL-1 μ qP 发酵周期的长短 氧化还原电位 氧化还原电位电极 mV 生长和生化活性 溶氧浓度 覆膜氧电极 % qo2 气相O2含量 顺磁氧分析仪 Pa 反映OUR 和 Kla 气相CO2含量 红外气体分析仪 % 反映OUR 和 Kla

发酵过程检测控制的主要的参数 3、生物参数 检测参数 检测方法 单位 影响 菌丝形态 摄像显微镜 取样镜检 反映菌体发育阶段 和正常与否 菌体浓度 取样 ：干重、浊度、 活菌计数、离心沉降 gL-1 影响菌体的生化反应 Kla

发酵过程检测控制的主要的参数 3、生物参数 检测参数 检测方法 单位 影响 菌丝形态 摄像显微镜 取样镜检 反映菌体发育阶段 和正常与否 菌体浓度 取样 ：干重、浊度、 活菌计数、离心沉降 gL-1 影响菌体的生化反应 Kla

μ qP qS qo2 (OUR) CER(Co2释放速率) RQ(呼吸商: CER/ OUR) Yxs Yps Kla 等 发酵过程检测控制的主要的参数 4、间接状态参数

μ qP qS qo2 (OUR) CER(Co2释放速率) RQ(呼吸商: CER/ OUR) Yxs Yps Kla 等 发酵过程检测控制的主要的参数 4、间接状态参数

二、控制方式 • 一般检控系统包括3个部分。 • 1．测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH计 直接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信号。 • 2．控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各 种参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指 令执行元件进行调整控制。 •3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭 有关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达 到预定位置。 手动控制和自动控制

二、控制方式 • 一般检控系统包括3个部分。 • 1．测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH计 直接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信号。 • 2．控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各 种参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指 令执行元件进行调整控制。 •3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭 有关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达 到预定位置。 手动控制和自动控制

发 酵 控 制 Fermentation Control Sample Analysis •pH •DO •Sugar •Ammonia •Phosphate •Sulphate •Products •Precursors •Contamination Pressure probe Level probe pH probe Temp. probe DO probe Antifoam Acid/Base Cooling Air/agitation Sugar/Oil feed

发 酵 控 制 Fermentation Control Sample Analysis •pH •DO •Sugar •Ammonia •Phosphate •Sulphate •Products •Precursors •Contamination Pressure probe Level probe pH probe Temp. probe DO probe Antifoam Acid/Base Cooling Air/agitation Sugar/Oil feed

Penicillin Fermentation Profile 变化曲线

Penicillin Fermentation Profile 变化曲线

第一节 温度的影响及控制 一、温度对发酵的影响： 影响各种酶促反应的速度 酶活 温度 发酵温度升高，生长代谢加快，生 产期提前。 发酵温度太高，菌体容易衰老，发 酵周期缩短。 改变发酵液的物理性质： 温度影响基质和氧的吸收速度 影响饱和溶氧浓度 改变菌体代谢产物的合成方向 例：温度小于30℃，合成金霉素的能力强 温度等于35℃，只合成四环素

第一节 温度的影响及控制 一、温度对发酵的影响： 影响各种酶促反应的速度 酶活 温度 发酵温度升高，生长代谢加快，生 产期提前。 发酵温度太高，菌体容易衰老，发 酵周期缩短。 改变发酵液的物理性质： 温度影响基质和氧的吸收速度 影响饱和溶氧浓度 改变菌体代谢产物的合成方向 例：温度小于30℃，合成金霉素的能力强 温度等于35℃，只合成四环素