《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)酵控制與中間補料補料的理由初始培養(yǎng)基中葡萄糖過多引起抑制代謝后碳氮源不平衡、微量元素缺乏次級代謝產(chǎn)物的合需補加前體初始培養(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，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。中間補料內(nèi)容1、碳源2、氮源3、前體4、無機鹽和水控制和引導(dǎo)產(chǎn)生菌在培養(yǎng)過程中，特別是中期的生化代謝活動向著有利于產(chǎn)物合成和分泌的方向發(fā)展。二、補料控制補什么？怎么補？如何控制？1、補充微生物所需的能源和碳源碳源是微生物菌體生長時需要量最大的物質(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充碳源，以便延長產(chǎn)物合成期。實例：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)進入產(chǎn)酸期，

3、殘?zhí)沁_2%左右，連續(xù)補糖，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)進行發(fā)酵，產(chǎn)酸可達10%，提高了30%以上。后來補糖方法在抗生素發(fā)酵中普遍采用。補糖控制考慮的因素補糖時間、補糖量、補糖方式參考數(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糖時間補糖時間控制很重要，過早會剌激菌體生長，加速糖的消耗，補糖過遲會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)素補糖時間（h)96h效價(u/ml）2060004510000626000說明開始補糖的時間必須根據(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，不能單純以時間為依據(jù)。例：根據(jù)殘?zhí)菨舛妊a料發(fā)酵提高納他霉素產(chǎn)量實驗條件：當(dāng)發(fā)酵液中葡萄糖濃度分別降至3%、2.5%、2%、1.5%時開始補糖，維持糖濃度分別在3%、2.5%、2%、1.5%，研究對納他霉素產(chǎn)量的影響，發(fā)酵周期均為96h,結(jié)果如表2。采用間歇補料分批發(fā)酵，補加時間以發(fā)酵液中還原糖水平為控制指標(biāo)。補糖量補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)生菌的代謝活動有利于產(chǎn)物合成。不同補糖速率對發(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的補糖速度進行補糖，結(jié)果見表3。補糖方式可分為：連續(xù)流加少量多次大量少次補糖方式連續(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－纈氨酸補料分批發(fā)酵的研究分別用不同的補料方式進行補料分批發(fā)酵一次定量加入：在發(fā)酵30h，殘?zhí)菨舛葹?～2%時，一次性補加467ml補料液（60%葡萄糖溶液），使總糖濃度達到15%。間歇定量加入：在初糖濃度降為1～2%時補加117ml的補料液，每當(dāng)殘?zhí)菨舛冉禐?～2%時補加

6、，共分4次補完。間歇恒速流加：每當(dāng)殘?zhí)菨舛冉禐?～2%時就以25g/L·h的速度流加料液，直至467ml補料液全部補完。在三種補料方式中，采用恒速流加方式發(fā)酵結(jié)束后殘?zhí)亲畹?，間歇定量相對較低，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料方式效果好。不同的流加方式會有不同的結(jié)果例:不同的補料方式對酵母生產(chǎn)谷胱甘肽的影響恒速流加補料分批培養(yǎng)指數(shù)流加補料分批培養(yǎng)恒一pH補料分批培養(yǎng)流加補料模式培養(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驗結(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