发酵过程的参数相关分析课件.ppt

1、 直接参数直接参数 物理参数物理参数 化学参数化学参数成熟不成熟 间接参数间接参数摄氧率（摄氧率（OUROUR）二氧化碳生成率（二氧化碳生成率（CERCER）呼吸商（呼吸商（RQRQ）总氧利用总氧利用 体积氧传递系数（体积氧传递系数（KLaKLa）细胞浓度（细胞浓度（X X）细胞生长速率（细胞生长速率（RxRx）比生长速率（）比生长速率（）细胞得率（细胞得率（Y YX/SX/S）糖利用率糖利用率 氧利用率氧利用率 比基质消耗率（比基质消耗率（u u）前体利用率前体利用率 产物量（产物量（P P）比生产率（）比生产率（）其他需要计算的值参数其他需要计算的值参数 功率、功率准数功率、功率准数 雷诺

2、数雷诺数 细胞量细胞量 生物热生物热 碳平衡碳平衡 能量平衡能量平衡 反映菌体的代谢活性参数：反映菌体的代谢活性参数：OUROUR、CERCER、RQRQ反映反应器工程特性参数：反映反应器工程特性参数：KLa1 1耗氧速率耗氧速率OUROUR排气氧的浓度表征了进气的氧被微生物利用排气氧的浓度表征了进气的氧被微生物利用以后还剩余的氧，因此排气氧的大小反映了以后还剩余的氧，因此排气氧的大小反映了菌生长的活性，通过计算可以求得摄氧率菌生长的活性，通过计算可以求得摄氧率（OUROUR）。）。重要间接参数介绍 氧消耗速率OUR，mol/Lh fCCCCVFOURCOOOOC)(1outoutininer

3、tiaininin22225inin1011273273hPtfFin 进气流量 mol；Cinertial，Co2,Cco2进气中惰性气体、氧及二氧化碳的浓度(%体积分数 分别取79.02%、20.95%、0.03%）Pin 进气的绝对压强，Pa；h 进气的相对湿度，；tin 进气的温度简化公式：OUR=F/V(O2inO2out)重要间接参数介绍CCOURaKL*体积氧传递系数 KLa，1/h KLa =f(P/V,Vs,app)C:整体液相中的溶解氧浓度 mol/lC*:与气相氧分压平衡的液相中氧浓度mol/l一般取0.2mmol/L 发酵中后期，可以根据Kla的变化预测菌体的的自溶临界

4、氧浓度的发现临界氧浓度的发现所谓临界氧是指不影响呼吸所允许的最低溶所谓临界氧是指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。氧浓度。如对产物而言，便是不影响产物合成所允许如对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度的最低浓度所谓临界氧是指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。所谓临界氧是指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。如对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度如对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度红霉素前期红霉素前期DO浓度的控制？浓度的控制？重要间接参数介绍 二氧化碳释放速率CER，mol/（Lh）fCCCCFCERinCOoutCOoutOoutCOinC2222)(1inertiai

5、n5inin1011273273hPtfCER：表示单位体积发酵液单位时间内释放的二氧化碳的量：表示单位体积发酵液单位时间内释放的二氧化碳的量简化公式：CERF/V(CO2out-CO2in)在非糖限制条件下，特别是在发酵初期，菌量与CER有一定的线性关系22OCOQQOURCERRQ碳源化学简式RQ碳水化合物CnH2nOn1.00烷烃CnH2n+22n/(3n+1)甲醇CH4O0.67甘油C3H8O30.75转速转速，气泡，气泡，气液接触表面积，气液接触表面积，KLa，OTROUR，DO温度与CER、OUR相关OURDOrpm加糖DO和OUR之间的动力学特征O2消耗与过程传递的物质平衡时间(

6、h)RQCERDORQRQRQCERDODODOCgluCglu时间（h）时间（h）时间（h）时间（h）加碳源加碳源葡萄糖碳源加入葡萄糖碳源加入,限制性基质情况限制性基质情况还原性大的碳源还原性大的碳源好氧发酵好氧发酵厌氧发酵厌氧发酵 38小时DO下降，同时OUR上升RQ下降，CER变化不大，提示可能菌体利用了还原性更强的物质做碳源。77小时开始补糖后，CER,OUR同步上升，DO下降，RQ维持不变，提示此时碳源处于限制。消泡 释放CO2(h)EOEO2 2ECO2DO作为碳源利用(h)RQOUROURCERDO改变流变特性(h)OUROURCERDOKLa加糖加油作为氧载体提高对氧亲和力(h

7、)目前市目前市场上对场上对EAEA的比的比例要求例要求在在78%78%以上。以上。0204060801001207296120144t/hEA%对照1#2#024681012141618207296120144 t/hEC%对照1#2#Fig.5.10 Effect of Gly on the component percent of erythromycin in the fermentation process(1#0.05,2#0.15%)50L发酵罐考察发酵罐考察Gly对红霉素发酵的影响对红霉素发酵的影响 2448729612014416819201234567801020304050

8、607080010002000300040005000600070008000900010000pHhourresidual glucose(g/100ml)controlNH2-N(mg/100ml)PMV(%)titer(u/ml)2448729612014416819201234567801020304050607080010002000300040005000600070008000900010000 pH residualglucosepHhourNH2-N(mg/100ml)PMV(%)residual glucose(g/100ml)PMV NH2NGly titertiter(u/ml)MCM：甲基丙二酰CoA变位酶S:琥珀酰CoA(TCA循环）65 h后,RQ基本不变，OUR、CER开始过早迅速下降整体代谢流强化为核心OUR、CER下降：TCA循环相关酶系下降，红霉素合成代谢流减少6-磷酸果糖激酶柠檬酸合成酶（CS)甲基丙二酰CoA羧基转移酶