东北农业大学《生物工艺学》课程教学资源（PPT课件）生物工艺学讲义6

9发酵工艺控制 91引言 微生物发酵的生产水平: 生产菌种本身的性能 合适的环境条件 环境条件:培养基(碳源、氮源、磷酸盐), 培养温度,pH,氧的需求等 环境条件生产菌在合成产物过程中的代谢调控 代谢途径--发酵过程参数--优化环境、发酵动力 学--自动化调控

9 发酵工艺控制 9.1 引 言 微生物发酵的生产水平： 生产菌种本身的性能 合适的环境条件 环境条件：培养基（碳源、氮源、磷酸盐）， 培养温度，pH，氧的需求等。 环境条件-----生产菌在合成产物过程中的代谢调控、 代谢途径-----发酵过程参数-----优化环境、发酵动力 学-----自动化调控

92发酵过程参数监测 常测定参数:度、罐压、空气流量、搅拌转速、 pH、溶氧、效价、糖含量、N2N含量、前体浓度、 菌体浓度。 不常测定参数:氧化还原电位、粘度、排气中的 O2和CO2含量等。 发酵动力学的研究: 寻找能反映过程变化的参数 将各种参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来 找出它们之间的相互关系和变化规律。 建立各种数学模型以描述各参数之间与时间变化的 关系。 通过计算机的在线控制反复验证各种模型的可行性 与适用范围

9.2 发酵过程参数监测 常测定参数：温度、罐压、空气流量、搅拌转速、 pH、溶氧、效价、糖含量、NH2 -N含量、前体浓度、 菌体浓度。 不常测定参数：氧化还原电位、粘度、排气中的 O2和CO2含量等。 发酵动力学的研究： • 寻找能反映过程变化的参数 • 将各种参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来， 找出它们之间的相互关系和变化规律。 • 建立各种数学模型以描述各参数之间与时间变化的 关系。 • 通过计算机的在线控制反复验证各种模型的可行性 与适用范围

93发酵过程的代谢变化规律 了解生产菌种在具有合适的培养基、pH、温度 和通气搅拌等环境条件下对基质的利用、细胞的生 长以及产物合成的代谢变化,有利于人们对生产的 控制。 采用不同的发酵操作方式,其代谢变化规律也 不同 93.1分批发酵 分批发酵是指在一封闭培养系统内含有初始限制 量的基质的发酵方式

9.3 发酵过程的代谢变化规律 了解生产菌种在具有合适的培养基、pH、温度 和通气搅拌等环境条件下对基质的利用、细胞的生 长以及产物合成的代谢变化，有利于人们对生产的 控制。 采用不同的发酵操作方式，其代谢变化规律也 不同 9.3.1 分批发酵 分批发酵是指在一封闭培养系统内含有初始限制 量的基质的发酵方式

延 减琼 期|对数期期1稳定期 时间 图91分批培养下的典型生长曲线 工业生产应尽可能缩短延滞期,可 通过使用适当的接种量达到

工业生产应尽可能缩短延滞期，可 通过使用适当的接种量达到

A生长关联型 A范牺界构酶 B隗体靠淀 B 5 料丝 102030 时风①) 图93培养时间与萄异彻装菌体浓度的关系

A 生长关联型

B非生长关联型 1 5 40 GEE 1.0 05 406080100120 时向(h) 分图4杀念珠发醇中葡萄糖、DNA、 抗生素产量的代谢变化 ADNA3mg/1B一雪,mg/ml

B 非生长关联型

93.2补料分批发酵 补料分批发酵又称半连续发酵或半连续培养,是 指在分批培养过程中,间歇或连续地补加新鲜培养基 12一》10-14 16} 12 10 30 0 80 发时h 补料分批发酵生产葡萄糖异构酶 1添加10g木糖;2-9添加5g木糖;10-14添加10g木糖;10g酵 母膏和5gKH2PO4

9.3.2 补料分批发酵 补料分批发酵又称半连续发酵或半连续培养，是 指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基。 补料分批发酵生产葡萄糖异构酶 1添加10g木糖；2~9添加5g木糖；10~14添加10g木糖；10g酵 母膏和5gKH2PO4

补料发酵的优点在于使发酵系统中维持 很低的基质浓度: 可以除去快速利用碳源的阻遏效应(末端产 物阻遏、分解代谢产物阻遏);并维持适当 的菌体浓度,使不致于加剧供氧的矛盾 避免培养基积累有毒代谢物 与连续发酵相比,补料分批发酵不需要 严格的无菌条件,也不会产生菌种老化和 变异等问题

补料发酵的优点在于使发酵系统中维持 很低的基质浓度： • 可以除去快速利用碳源的阻遏效应(末端产 物阻遏、分解代谢产物阻遏)；并维持适当 的菌体浓度，使不致于加剧供氧的矛盾 • 避免培养基积累有毒代谢物 与连续发酵相比，补料分批发酵不需要 严格的无菌条件，也不会产生菌种老化和 变异等问题

933连续发酵 连续发酵或连续培养也称连续流动培养或 开放性培养,即培养基料连续输入发酵罐,并 同时放出含有产品的发酵液。 分铭逼过粒不 连续莽异婚向 s第释 图96从分牡培游过到连续培染 X一凿体浓度;一限朝性基质就 一时

9.3.3 连续发酵 连续发酵或连续培养也称连续流动培养或 开放性培养，即培养基料连续输入发酵罐，并 同时放出含有产品的发酵液

优点: 维持低基质浓度 提高设备利用率和单位时间的产量 便于自动控制 缺点: 由于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 投加纯菌种

优点： • 维持低基质浓度 • 提高设备利用率和单位时间的产量 • 便于自动控制 缺点： • 由于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 投加纯菌种