第五章发酵工艺控制3课件.ppt
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- 第五 发酵 工艺 控制 课件
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1、 王彦杰王彦杰 黑龙江八一农垦大学黑龙江八一农垦大学 生命科学技术学院生命科学技术学院 HLJ August First Land Reclamation University发酵工程及设备发酵工程及设备Fermentation Engineering and Equipment分批培养中微生物的生长分批培养中微生物的生长迟滞期迟滞期对数生长期对数生长期稳稳 定定 期期死亡期死亡期第三节发酵控制与中间补料 补料的理由q 初始培养基中葡萄糖过多引起抑制初始培养基中葡萄糖过多引起抑制q 代谢后碳氮源不平衡、微量元素缺乏代谢后碳氮源不平衡、微量元素缺乏q 次级代谢产物的合需补加前体次级代谢产物的合需
2、补加前体q 初始培养基营养过于丰富造成菌浓过大初始培养基营养过于丰富造成菌浓过大q 中后期营养不足,菌体过早衰老中后期营养不足,菌体过早衰老一、中间补料的方法、意义及内容方法:采用较低浓度的基础培养基,待菌体长到一定阶段,补入适当的营养物质,延长发酵产物合成期。意义:控制菌的生长速率、培养中期的代谢活动,延长合成期,推迟菌体自溶;加入前体增加合成产物的中间体,从而使产量大幅度提高。中间补料内容1、碳源2、氮源3、前体4、无机盐和水控制和引导产生菌在培养过程中,特别是中期的生化代谢活动向着有利于产物合成和分泌的方向发展。二、补料控制补什么?怎么补?如何控制?1、补充微生物所需的能源和碳源、补充微
3、生物所需的能源和碳源碳源是微生物菌体生长时需要量碳源是微生物菌体生长时需要量最大的物质,在发酵前期消耗很快,最大的物质,在发酵前期消耗很快,到了产物合成阶段菌体要维持活性必到了产物合成阶段菌体要维持活性必须补充碳源,以便延长产物合成期。须补充碳源,以便延长产物合成期。实例:谷氨酸实例:谷氨酸在原发酵控制工艺的基础上,减少初糖在原发酵控制工艺的基础上,减少初糖浓度,增加生物素用量达浓度,增加生物素用量达5ug/L,加大接种,加大接种量到量到10%左右,以利于菌体迅速繁殖,获左右,以利于菌体迅速繁殖,获得生产需要的足够量的菌体。得生产需要的足够量的菌体。当进入产酸期,残糖达当进入产酸期,残糖达2%
4、左右,连续左右,连续补糖,维持糖浓度在补糖,维持糖浓度在2%左右,提高温度到左右,提高温度到3637,通氨或流加尿素维持,通氨或流加尿素维持pH7.07.5,利用菌体所形成的酶系继续进行发酵,产利用菌体所形成的酶系继续进行发酵,产酸可达酸可达10%,提高了,提高了30%以上。以上。后来补糖方法在抗生素发酵中普遍采用。后来补糖方法在抗生素发酵中普遍采用。补糖控制考虑的因素补糖控制考虑的因素补糖时间、补糖量、补糖方式补糖时间、补糖量、补糖方式参考数据:参考数据:糖耗速率、残糖浓度、糖耗速率、残糖浓度、pH变化、菌体浓变化、菌体浓度、菌丝形态、发酵液粘度、溶氧浓度等。度、菌丝形态、发酵液粘度、溶氧浓
5、度等。指标:指标:1.根据还原糖水平,如赤霉素还原糖降到根据还原糖水平,如赤霉素还原糖降到0.6%就要补糖。就要补糖。2.根据总糖水平,根据菌的酶系和根据总糖水平,根据菌的酶系和pH变化变化的大小决定。的大小决定。注意:不同的发酵阶段控制的残糖浓度不同注意:不同的发酵阶段控制的残糖浓度不同补糖时间补糖时间补糖时间控制很重要,过早会剌激菌体补糖时间控制很重要,过早会剌激菌体生长,加速糖的消耗,补糖过迟会使菌体所生长,加速糖的消耗,补糖过迟会使菌体所需要的能量供应跟不上,干扰菌的代谢。需要的能量供应跟不上,干扰菌的代谢。例:四环素例:四环素补糖时间(补糖时间(h)96h效价效价(u/ml)2060
6、004510000626000说明说明开始补糖的时间必须根据代谢的变化开始补糖的时间必须根据代谢的变化情况来决定,根据基础培养基的碳源种类情况来决定,根据基础培养基的碳源种类及用量,菌丝生长情况,糖的消耗速率及及用量,菌丝生长情况,糖的消耗速率及残留水平来综合考虑,不能单纯以时间为残留水平来综合考虑,不能单纯以时间为依据。依据。例:根据残糖浓度补料发酵提高纳他霉素产量例:根据残糖浓度补料发酵提高纳他霉素产量实验条件:实验条件:当发酵液中葡萄糖浓度分别降至当发酵液中葡萄糖浓度分别降至3%、2.5%、2%、1.5%时开始补糖,维持糖时开始补糖,维持糖浓度分别在浓度分别在3%、2.5%、2%、1.5
7、%,研究,研究对纳他霉素产量的影响,发酵周期均为对纳他霉素产量的影响,发酵周期均为96h,结果如表结果如表2。采用间歇补料分批发酵,补加时间以发酵采用间歇补料分批发酵,补加时间以发酵液中还原糖水平为控制指标。液中还原糖水平为控制指标。补糖量 补糖量的控制以控制菌体浓度不增加或略增加为原则,使产生菌的代谢活动有利于产物合成。不同补糖速率对发酵的影响 初糖浓度为80g/L,发酵30h后,分别以10g/Lh、25g/Lh、40g/Lh的补糖速度进行补糖,结果见表3。补糖方式可分为:连续流加少量多次大量少次补糖方式连续流加效果最好,可以避免因一次大量加入引起环境突然改变给菌体代谢带来的影响。例:例:L
8、缬氨酸补料分批发酵的研究缬氨酸补料分批发酵的研究分别用不同的补料方式进行补料分批发酵分别用不同的补料方式进行补料分批发酵一次定量加入:一次定量加入:在发酵在发酵30h,残糖浓度为,残糖浓度为12%时,一次性补加时,一次性补加467ml补料液(补料液(60%葡萄糖溶液),使总糖浓度达到葡萄糖溶液),使总糖浓度达到15%。间歇定量加入:间歇定量加入:在初糖浓度降为在初糖浓度降为12%时补加时补加117ml的补料液,每的补料液,每当残糖浓度降为当残糖浓度降为12%时补加,共分时补加,共分4次补完。次补完。间歇恒速流加:间歇恒速流加:每当残糖浓度降为每当残糖浓度降为12%时就以时就以25g/Lh的速度
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