第七章生物工艺过程控制 一、发酵过程主要控制参数 （一）物理参数 温度、压力、搅拌转数、搅拌功率、空气流量、粘度浊 度。 （二）化学参数 PH、基质浓度、溶解氧浓度、氧化还原电位、产物浓度、 废气中氧及CO2的浓度、 （三）生物参数 菌丝形态、菌体浓度
第七章生物工艺过程控制 一、发酵过程主要控制参数 （一）物理参数 温度、压力、搅拌转数、搅拌功率、空气流量、粘度浊 度。 （二）化学参数 PH、基质浓度、溶解氧浓度、氧化还原电位、产物浓度、 废气中氧及CO2的浓度、 （三）生物参数 菌丝形态、菌体浓度
初级代谢产物 二、菌体合成代谢产物 次级代谢产物 （一）初级代谢产物；微生物产生、生长、和繁 殖所必须的物质，如蛋白质、核酸、氨基酸、 等。 （二）次级代谢产物：由微生物产生，与微生物 生长、繁殖无关的一类物质，抗生素是其中一 大类还有生物碱和微生物毒素。代谢变化分菌 体生长、产物合成、菌体自溶
初级代谢产物 二、菌体合成代谢产物 次级代谢产物 （一）初级代谢产物；微生物产生、生长、和繁 殖所必须的物质，如蛋白质、核酸、氨基酸、 等。 （二）次级代谢产物：由微生物产生，与微生物 生长、繁殖无关的一类物质，抗生素是其中一 大类还有生物碱和微生物毒素。代谢变化分菌 体生长、产物合成、菌体自溶
三、温度对发酵的影响 1.对各种酶反应速率影响 2.改变菌体代谢产物的合成方向 3.影响微生物代谢控制机制 4.影响发酵液理化性质 5.影响发酵的动力学和产物的生物合成 生物热 搅拌热 影响因素 蒸发热 辐射热
三、温度对发酵的影响 1.对各种酶反应速率影响 2.改变菌体代谢产物的合成方向 3.影响微生物代谢控制机制 4.影响发酵液理化性质 5.影响发酵的动力学和产物的生物合成 生物热 搅拌热 影响因素 蒸发热 辐射热
四、PH对发酵影响 1、对微生物酶影响 2、改变膜透性影响代谢产物的排泄 3.影响微生物对营养物吸收 4、影响代谢产物质量和比例 PH的变化（取决菌种和培养基）、确定（由产物积累最佳 PH决定）、控制（以生理酸性物质和碱性物质及酸碱物）
四、PH对发酵影响 1、对微生物酶影响 2、改变膜透性影响代谢产物的排泄 3.影响微生物对营养物吸收 4、影响代谢产物质量和比例 PH的变化（取决菌种和培养基）、确定（由产物积累最佳 PH决定）、控制（以生理酸性物质和碱性物质及酸碱物）
pH 值的影响及其控制 一、pH值对发酵的影响 1、影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活 性时，会阻碍菌体的新陈代谢； 2、影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜 的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢产物的 排泄； 3、影响培养基中某些组分的解离； 4、pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使 代谢产物的质量和比例发生改变。 另外，pH值还会影响某些霉菌的形态。 培养基中营养物质的代谢，是引起pH 值变化的重要 原因，发酵液pH 值的变化乃是菌体代谢的综合结果
pH 值的影响及其控制 一、pH值对发酵的影响 1、影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活 性时，会阻碍菌体的新陈代谢； 2、影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜 的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢产物的 排泄； 3、影响培养基中某些组分的解离； 4、pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使 代谢产物的质量和比例发生改变。 另外，pH值还会影响某些霉菌的形态。 培养基中营养物质的代谢，是引起pH 值变化的重要 原因，发酵液pH 值的变化乃是菌体代谢的综合结果
大多数细菌生长的pH值为6.3-7.5，霉菌 和酵母菌为3-6，放线菌为7-8．而且，微 生物生长阶段和产物形成阶段的PH往往 不一样，需要根据实验结果来确定． 二、 发酵PH值的确定和控制 发酵的PH值随菌种和产品不同而不同。 由于发酵是多酶复合反应系统，各种酶的 最适pH也不同，同一菌种，生长最适pH 值与可能与产物合成的pH值是不一样的
大多数细菌生长的pH值为6.3-7.5，霉菌 和酵母菌为3-6，放线菌为7-8．而且，微 生物生长阶段和产物形成阶段的PH往往 不一样，需要根据实验结果来确定． 二、 发酵PH值的确定和控制 发酵的PH值随菌种和产品不同而不同。 由于发酵是多酶复合反应系统，各种酶的 最适pH也不同，同一菌种，生长最适pH 值与可能与产物合成的pH值是不一样的
pH的控制 考虑发酵培养基的基础配方，使之 有适当的比例，使发酵过程pH 的变化在 适合的范围内。 补酸/补碱：硫酸铵、氨水 补料：补加尿素，少量多次补加，即 可以达到调节pH 的目的；又可以补充营 养物质；调节培养液特征
pH的控制 考虑发酵培养基的基础配方，使之 有适当的比例，使发酵过程pH 的变化在 适合的范围内。 补酸/补碱：硫酸铵、氨水 补料：补加尿素，少量多次补加，即 可以达到调节pH 的目的；又可以补充营 养物质；调节培养液特征
五、溶解氧 溶解氧控制（供氧和需氧两方面） 1.供氧方面：调节转速或通气速率控制 2.发酵液需氧方面：受菌体浓度、基质的种 类和浓度培养条件影响，可通过控制补料 速度、补水，加表面活性剂、调温来控制
五、溶解氧 溶解氧控制（供氧和需氧两方面） 1.供氧方面：调节转速或通气速率控制 2.发酵液需氧方面：受菌体浓度、基质的种 类和浓度培养条件影响，可通过控制补料 速度、补水，加表面活性剂、调温来控制
三、在发酵过程中，溶解氧的变化影响 １、培养基的成分和浓度显著影响耗氧：培养 液营养丰富，菌体生长快，耗氧量大；发酵浓度 高，耗氧量大；发酵过程补料或补糖，微生物对 氧的摄取量随着增大。 ２、菌龄影响耗氧：呼吸旺盛，耗氧力强，发 酵后期菌体处于衰老状态，耗氧能力自然减弱。 ３、发酵条件影响耗氧：在最适条件下发酵， 耗氧量大。 发酵过程中，排除有毒代谢产物如二氧化碳、 挥发性的有机酸和过量的氨，也有利于提高菌体 的摄氧量
三、在发酵过程中，溶解氧的变化影响 １、培养基的成分和浓度显著影响耗氧：培养 液营养丰富，菌体生长快，耗氧量大；发酵浓度 高，耗氧量大；发酵过程补料或补糖，微生物对 氧的摄取量随着增大。 ２、菌龄影响耗氧：呼吸旺盛，耗氧力强，发 酵后期菌体处于衰老状态，耗氧能力自然减弱。 ３、发酵条件影响耗氧：在最适条件下发酵， 耗氧量大。 发酵过程中，排除有毒代谢产物如二氧化碳、 挥发性的有机酸和过量的氨，也有利于提高菌体 的摄氧量
供氧方面：气相中的氧先溶解在培养液内，然后传递到细 胞内呼吸酶的位置上才能被利用。这一系列过程需经过各种阻力。 即气体中的氧通过气膜阻力、气液界面阻力、液膜阻力而扩散到 液体内部。空气中的氧 液体中的溶氧 微生物体内 的氧。 p 传氧方向 液 相 主 流 气 相 主 流 ci pi c 界面 在氧传递过程中液膜阻力是 控制因素。 气膜 液膜
供氧方面：气相中的氧先溶解在培养液内，然后传递到细 胞内呼吸酶的位置上才能被利用。这一系列过程需经过各种阻力。 即气体中的氧通过气膜阻力、气液界面阻力、液膜阻力而扩散到 液体内部。空气中的氧 液体中的溶氧 微生物体内 的氧。 p 传氧方向 液 相 主 流 气 相 主 流 ci pi c 界面 在氧传递过程中液膜阻力是 控制因素。 气膜 液膜