《發(fā)酵工藝控制》PPT課件

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1、王彥杰黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院HLJAugustFirstLandReclamationUniversity發(fā)酵工程及設(shè)備FermentationEngineeringandEquipment分批培養(yǎng)中微生物的生長遲滯期對(duì)數(shù)生長期穩(wěn)定期死亡期第三節(jié)　發(fā)酵控制與中間補(bǔ)料補(bǔ)料的理由初始培養(yǎng)基中葡萄糖過多引起抑制代謝后碳氮源不平衡、微量元素缺乏次級(jí)代謝產(chǎn)物的合需補(bǔ)加前體初始培養(yǎng)基營養(yǎng)過于豐富造成菌濃過大中后期營養(yǎng)不足，菌體過早衰老一、中間補(bǔ)料的方法、意義及內(nèi)容方法：采用較低濃度的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，待菌體長到一定階段，補(bǔ)入適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)物質(zhì)，延長發(fā)酵產(chǎn)物合成期。意義：控制菌的生長速率、培養(yǎng)中

2、期的代謝活動(dòng)，延長合成期，推遲菌體自溶；加入前體增加合成產(chǎn)物的中間體，從而使產(chǎn)量大幅度提高。中間補(bǔ)料內(nèi)容1、碳源2、氮源3、前體4、無機(jī)鹽和水控制和引導(dǎo)產(chǎn)生菌在培養(yǎng)過程中，特別是中期的生化代謝活動(dòng)向著有利于產(chǎn)物合成和分泌的方向發(fā)展。二、補(bǔ)料控制補(bǔ)什么？怎么補(bǔ)？如何控制？1、補(bǔ)充微生物所需的能源和碳源碳源是微生物菌體生長時(shí)需要量最大的物質(zhì)，在發(fā)酵前期消耗很快，到了產(chǎn)物合成階段菌體要維持活性必須補(bǔ)充碳源，以便延長產(chǎn)物合成期。實(shí)例：谷氨酸在原發(fā)酵控制工藝的基礎(chǔ)上，減少初糖濃度，增加生物素用量達(dá)5ug/L，加大接種量到10%左右，以利于菌體迅速繁殖，獲得生產(chǎn)需要的足夠量的菌體。當(dāng)進(jìn)入產(chǎn)酸期，

3、殘?zhí)沁_(dá)2%左右，連續(xù)補(bǔ)糖，維持糖濃度在2%左右，提高溫度到36～37℃，通氨或流加尿素維持pH7.0～7.5，利用菌體所形成的酶系繼續(xù)進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)酸可達(dá)10%，提高了30%以上。后來補(bǔ)糖方法在抗生素發(fā)酵中普遍采用。補(bǔ)糖控制考慮的因素補(bǔ)糖時(shí)間、補(bǔ)糖量、補(bǔ)糖方式參考數(shù)據(jù)：糖耗速率、殘?zhí)菨舛取H變化、菌體濃度、菌絲形態(tài)、發(fā)酵液粘度、溶氧濃度等。指標(biāo)：1.根據(jù)還原糖水平，如赤霉素還原糖降到0.6%就要補(bǔ)糖。2.根據(jù)總糖水平，根據(jù)菌的酶系和pH變化的大小決定。注意：不同的發(fā)酵階段控制的殘?zhí)菨舛炔煌a(bǔ)糖時(shí)間補(bǔ)糖時(shí)間控制很重要，過早會(huì)剌激菌體生長，加速糖的消耗，補(bǔ)糖過遲會(huì)使菌體所需要的能量供應(yīng)跟

4、不上，干擾菌的代謝。例：四環(huán)素補(bǔ)糖時(shí)間（h)96h效價(jià)(u/ml）2060004510000626000說明開始補(bǔ)糖的時(shí)間必須根據(jù)代謝的變化情況來決定，根據(jù)基礎(chǔ)培養(yǎng)基的碳源種類及用量，菌絲生長情況，糖的消耗速率及殘留水平來綜合考慮，不能單純以時(shí)間為依據(jù)。例：根據(jù)殘?zhí)菨舛妊a(bǔ)料發(fā)酵提高納他霉素產(chǎn)量實(shí)驗(yàn)條件：當(dāng)發(fā)酵液中葡萄糖濃度分別降至3%、2.5%、2%、1.5%時(shí)開始補(bǔ)糖，維持糖濃度分別在3%、2.5%、2%、1.5%，研究對(duì)納他霉素產(chǎn)量的影響，發(fā)酵周期均為96h,結(jié)果如表2。采用間歇補(bǔ)料分批發(fā)酵，補(bǔ)加時(shí)間以發(fā)酵液中還原糖水平為控制指標(biāo)。補(bǔ)糖量補(bǔ)糖量的控制以控制菌體濃度不增加或略增加為

5、原則，使產(chǎn)生菌的代謝活動(dòng)有利于產(chǎn)物合成。不同補(bǔ)糖速率對(duì)發(fā)酵的影響初糖濃度為80g/L，發(fā)酵30h后,分別以10g/L·h、25g/L·h、40g/L·h的補(bǔ)糖速度進(jìn)行補(bǔ)糖，結(jié)果見表3。補(bǔ)糖方式可分為：連續(xù)流加少量多次大量少次補(bǔ)糖方式連續(xù)流加效果最好，可以避免因一次大量加入引起環(huán)境突然改變給菌體代謝帶來的影響。例：L－纈氨酸補(bǔ)料分批發(fā)酵的研究分別用不同的補(bǔ)料方式進(jìn)行補(bǔ)料分批發(fā)酵一次定量加入：在發(fā)酵30h，殘?zhí)菨舛葹?～2%時(shí)，一次性補(bǔ)加467ml補(bǔ)料液（60%葡萄糖溶液），使總糖濃度達(dá)到15%。間歇定量加入：在初糖濃度降為1～2%時(shí)補(bǔ)加117ml的補(bǔ)料液，每當(dāng)殘?zhí)菨舛冉禐?～2%時(shí)補(bǔ)加

6、，共分4次補(bǔ)完。間歇恒速流加：每當(dāng)殘?zhí)菨舛冉禐?～2%時(shí)就以25g/L·h的速度流加料液，直至467ml補(bǔ)料液全部補(bǔ)完。在三種補(bǔ)料方式中，采用恒速流加方式發(fā)酵結(jié)束后殘?zhí)亲畹停g歇定量相對(duì)較低，殘?zhí)橇枯^高的是一次定量流加方式，從纈氨酸的產(chǎn)量，糖酸轉(zhuǎn)化率及菌體濃度比較也是恒速流加的補(bǔ)料方式效果好。不同的流加方式會(huì)有不同的結(jié)果例:不同的補(bǔ)料方式對(duì)酵母生產(chǎn)谷胱甘肽的影響恒速流加補(bǔ)料分批培養(yǎng)指數(shù)流加補(bǔ)料分批培養(yǎng)恒一pH補(bǔ)料分批培養(yǎng)流加補(bǔ)料模式培養(yǎng)條件裝量3L,接種量5%.空氣流量為1L/L·min用適量的酸、堿調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH至６.5溫度30℃，轉(zhuǎn)速150r/min，培養(yǎng)12h，然后流加40g

7、/L的葡萄糖，72h培養(yǎng)結(jié)束。好處：解除了底物抑制－－葡萄糖阻遏效應(yīng)，結(jié)果延長了菌體的生長周期，增加了菌體濃度和GSH產(chǎn)量，圖2表示了恒速流加的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。恒速流加培養(yǎng)在培養(yǎng)過程中以恒定的流速加入葡萄糖。指數(shù)流加分批培養(yǎng)F1=u*V0X0exp(u*t)/Yx/y(SF-S)理由：恒速流加過程由于葡萄糖流加的速度始終恒定，在發(fā)酵前期菌體濃度低，葡萄糖難以完全消耗，而在發(fā)酵的后期，菌體濃度很高，葡萄糖又不能滿足菌體生長的需要，因此采用指數(shù)流加的方式利于菌體的生