发酵工艺控制

发酵工艺控制 2.1 概述 一. 发酵体系的主要特征 1. 细胞内部结构和代谢反应的复杂性2. 细胞所处环境的复杂性3. 过程系统状态的时变性及参数的多样性和复杂性 影响因素多，有的因素未知，主要影响因素变化。 发酵水平主要取决于：生产菌种的特性；对工艺条件的控制（适合程度） 必须了解：菌体的生理代谢规律 工艺条件对发酵过程的影响及其控制 发酵过程的有关变化规律 常规发酵的工艺控制参数：温度、pH、搅拌转速与功率、空气流量、罐压、液位、补料速率及补料量等。 二. 发酵过程的参数检测 1 .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 包括：pH、DO、溶解CO2、尾气 O2、尾气 CO2 、黏度、基质和产物浓度、菌体浓度（OD、DCW、湿重）等 参数的检测 在线检测 各种传感器： pH 电极、 DO 电极、温度电极、液位电极、泡沫电极 尾气分析仪：测尾气 O2 和CO2 含量 离线检测 分光光度计、pH 计、温度计、气相色谱（GC)、液相色谱（HPLC)、色质连用（GC-MS)等 2 .间接状态参数 指利用直接状态参数计算求得的参数 包括：比生长速率μ 、摄氧率 OUR、 CO2 释放率 CER、呼吸商 RQ、氧的得率系数YX/O 、氧体积传质系数KLa、基质比消耗速率 QS、产物比生成速率 Qp 等 综合各种状态参数，获得代谢过程的各种信息，从而对发酵过程做出相应的调整和控制，以获得最经济的发酵生产。 三. 发酵过程的代谢调控和优化 1 . 代谢调控 以代谢（流）的调节最重要 调节酶的合成量，称为“粗调” 调节酶的催化活性，称为“细调” 工艺控制和过程优化的实质，就是利用各种方法和手段，使细胞的外部和内部环境最适合基质和能量流向产物合成的生物途径，以获得最大的产量。 2 . 发酵过程优化的一般步骤 确定反映发酵过程的各种理化参数及其检测方法 研究这些参数的变化对发酵过程的影响及其机制，获得最佳的范围和最适的水平 建立数学模型定量描述个参数间随时间的变化关系，为过程优化控制提供依据 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 2.2 基质浓度对发酵的影响及其控制 先进的培养基组成是充分支持高产、稳产和经济的发酵过程的关键因素之一。 一. 基质种类 一般包括：碳源、氮源和无机盐 前体 二. 基质（原料）的质量 随产地和生产工艺而异 须保证稳定的原料质量 尤其对有机碳源和氮源，经多次实验而...