第八章发酵过程控制 Von der Kolonie zum GroBfermenter
1 第八章 发酵过程控制
定义 发酵过程即细胞的生物反应过程，是指由生 长繁殖的细胞所引起的生物反应过程。它不 仅包括了以往“发酵”的全部领域，而且还 包括固定化细胞的反应过程、生物法废水处 理过程和细菌采矿等过程
2 定义 发酵过程即细胞的生物反应过程，是指由生 长繁殖的细胞所引起的生物反应过程。它不 仅包括了以往“发酵”的全部领域，而且还 包括固定化细胞的反应过程、生物法废水处 理过程和细菌采矿等过程
发酵过程的代谢变化规律 >代谢变化：就是反映发酵过程中菌体的生长，发酵参数 (培养基，培养条件等)和产物形成速率三者间的关系。 >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
3 发酵过程的代谢变化规律 ➢代谢变化：就是反映发酵过程中菌体的生长，发酵参数 （培养基，培养条件等）和产物形成速率三者间的关系。 ➢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
代谢曲线 代谢变化是反映发酵过程中菌体的生长， 发酵参数（培养基，培养条件等）和产 物形成速率三者间的关系。把它们随时 间变化的过程绘制成图，就成为所说的 代谢曲线
4 代谢曲线 代谢变化是反映发酵过程中菌体的生长， 发酵参数（培养基，培养条件等）和产 物形成速率三者间的关系。把它们随时 间变化的过程绘制成图，就成为所说的 代谢曲线
为什么要研究发酵过程 微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的性能，而 且要赋以合适的环境条件才能使它的生产能力充分表达出来。 为此我们必须通过各种研究方法了解有关生产菌种对环境条 件的要求，如培养基、培养温度、pH、氧的需求等，并深入 地了解生产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的 代谢途径，为设计合理的生产工艺提供理论基础。同时，为 了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，可以通过各种监 测手段如取样测定随时间变化的菌体浓度，糖、氮消耗及产 物浓度，以及采用传感器测定发酵罐中的培养温度ρH、溶解 氧等参数的情况，并予以有效地控制，使生产菌种处于产物 合成的优化环境之中
5 •为什么要研究发酵过程 微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的性能，而 且要赋以合适的环境条件才能使它的生产能力充分表达出来。 为此我们必须通过各种研究方法了解有关生产菌种对环境条 件的要求，如培养基、培养温度、pH、氧的需求等，并深入 地了解生产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的 代谢途径，为设计合理的生产工艺提供理论基础。同时，为 了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，可以通过各种监 测手段如取样测定随时间变化的菌体浓度，糖、氮消耗及产 物浓度，以及采用传感器测定发酵罐中的培养温度pH、溶解 氧等参数的情况，并予以有效地控制，使生产菌种处于产物 合成的优化环境之中
工艺条件控制的目的：就是要为生产 菌创造一个最适的环境，使我们所需 要的代谢活动得以最充分的表达
6 工艺条件控制的目的：就是要为生产 菌创造一个最适的环境，使我们所需 要的代谢活动得以最充分的表达
本章讲述的内容 第一节 发酵过程控制概述 •第二节 温度对发酵的影响及其控制 •第三节 pH对发酵的影响及其控制 •第四节 溶解氧对发酵的影响及其控制 第五节 C0和呼吸熵对发酵的影响及其控制 •第六节 基质浓度对发酵的影响及其控制 第七节 通气搅拌对发酵的影响及其控制 •第八节 泡沫对发酵的影响及其控制 •第九节 高密度发酵及过程控制 第十节 发酵终点的检测与控制 第十一节 自动控制技术在发酵过程控制中的应用
7 本章讲述的内容 •第一节 发酵过程控制概述 •第二节 温度对发酵的影响及其控制 •第三节 pH对发酵的影响及其控制 •第四节 溶解氧对发酵的影响及其控制 •第五节 CO2和呼吸熵对发酵的影响及其控制 •第六节 基质浓度对发酵的影响及其控制 •第七节 通气搅拌对发酵的影响及其控制 •第八节 泡沫对发酵的影响及其控制 •第九节 高密度发酵及过程控制 •第十节 发酵终点的检测与控制 •第十一节 自动控制技术在发酵过程控制中的应用
第一节 发酵过程控制概述 由于发酵生产水平主要取决于生产菌种特性和发酵条件的适合程 度。所以，了解生产菌种的特性及其环境条件的相互作用、产物 合成代谢规律及其调控机制，就可为发酵过程控制提供理论依据。 因此，就需要采用各种监测手段获得发酵过程各种状态参数随时 间的变化情况，从而实施有效的优化控制。 此外，通过发酵动力学的研究，建立能定量描述发酵过程的数学 模型，并借助现代过程控制手段，为发酵生产的优化控制提供技 术和条件支持
由于发酵生产水平主要取决于生产菌种特性和发酵条件的适合程 度。所以，了解生产菌种的特性及其环境条件的相互作用、产物 合成代谢规律及其调控机制，就可为发酵过程控制提供理论依据。 因此，就需要采用各种监测手段获得发酵过程各种状态参数随时 间的变化情况，从而实施有效的优化控制。 此外，通过发酵动力学的研究，建立能定量描述发酵过程的数学 模型，并借助现代过程控制手段，为发酵生产的优化控制提供技 术和条件支持。 8 第一节 发酵过程控制概述
发酵过程的优化控制实施的步骤： ①确定能反映过程变化的各种理化参数及其检测方法。 ②研究这些参数的变化对发酵生产水平的影响及其机制，获取 最佳范围和最适水平。 ③建立数学模型定量描述各参数之间随时间变化的量化关系， 为发酵过程优化控制提供依据。 ④通过计算机实施在线自动检测和控制，验证各种控制模型的 可行性及其适用范围，实现发酵过程的最优控制
发酵过程的优化控制实施的步骤： ① 确定能反映过程变化的各种理化参数及其检测方法。 ② 研究这些参数的变化对发酵生产水平的影响及其机制，获取 最佳范围和最适水平。 ③ 建立数学模型定量描述各参数之间随时间变化的量化关系， 为发酵过程优化控制提供依据。 ④ 通过计算机实施在线自动检测和控制，验证各种控制模型的 可行性及其适用范围，实现发酵过程的最优控制。 9
、 直接状态参数 直接状态参数：指能直接反映发酵过程中微生物生理代谢状 况的参数，如pH、D0、溶解C02、尾气02、尾气C02、黏度等。 √物理参数 化学参数 生物参数
10 ✓物理参数 ✓化学参数 ✓生物参数 一、直接状态参数 直接状态参数：指能直接反映发酵过程中微生物生理代谢状 况的参数，如pH、DO、溶解CO2、尾气O2、尾气CO2、黏度等