《发酵工程》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发酵过程控制概述发酵过程控制的重要性发酵过程控制的一般步骤发酵过程的参数检测

8.1 发酵过程控制概述 发酵过程控制的重要性 发酵过程控制的一般步骤 发酵过程的参数检测

8.1.13发酵过程控制的重要性国发酵目标：发酵单位最大化，高产、高效、高转化率、低成本的清洁生产国影响因素：国 过程控制的意义：（即最佳工艺参数的确定）以最佳工艺条件的优选及在发酵过程中通过过程调节达到最适水平的控制4

8.1.1 发酵过程控制的重要性  发酵目标： 发酵单位最大化，高产、高效、高转化率、低成本 的清洁生产  影响因素：  过程控制的意义： 最佳工艺条件的优选（即最佳工艺参数的确定）以 及在发酵过程中通过过程调节达到最适水平的控制 4

影响因素营养要求生长速率生物因素菌株特性呼吸强度决定发酵单产物合成速率位（水平）的因素设备性能传递性能外部环境物理参数：nT因素Ws工艺条件化学参数：pHDO浓度

影响因素 决定发酵单 位（水平） 的因素 生物因素 菌株特性 营养要求 生长速率 呼吸强度 产物合成速率 外部环境 因素 设备性能 传递性能 工艺条件 物理参数：n T Ws 化学参数：pH DO 浓度

8.1.2发酵过程控制的一般步骤确定能反映发酵过程变化的各种参数/因素及其检测方法确定这些参数/因素的影响机制及其最适水平或范围建立模型定量描述各参数之间随时间变化的关系通过计算机在线检测和控制，验证各种控制模型的可行性及其适用范围，实现发酵过程优化控制

8.1.2 发酵过程控制的一般步骤 确定能反映发酵过程变化的各种 参数/因素及其检测方法 确定这些参数/因素的影响机制及 其最适水平或范围 建立模型定量描述各参数之间随 时间变化的关系 通过计算机在线检测和控制，验证 各种控制模型的可行性及其适用范 围，实现发酵过程优化控制

8.1.3发酵过程的参数检测代谢参数按性质可分为三类：罐压、温度、搅拌转速、空气流量、物理参数溶解氧、头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、面菌体浓度、菌体比生长速率、生物参数C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 0 1 生物参数 03 化学参数 02 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

8.1.3发酵过程的参数检测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 0 1 间接参数 02 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(KLa)、 呼吸商(RQ)等

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

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）

对传感器的要求：能经受高压蒸汽灭菌传感器及其二次仪表具有长期稳定性最好能在过程中随时校正，灵敏度好探头材料不易老化，使用寿命长国安装使用和维修方便解决探头敏感部位被物料（反应液）粘住、堵塞问题价格合理，便于推广

对传感器的要求： 能经受高压蒸汽灭菌 传感器及其二次仪表具有长期稳定性 最好能在过程中随时校正，灵敏度好 探头材料不易老化，使用寿命长 安装使用和维修方便 解决探头敏感部位被物料（反应液）粘住、堵塞 问题 价格合理，便于推广