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发酵过程优化与控制

来源：花匠小妙招时间：2024-12-16 15:44

发酵过程优化与控制 1发酵?狭义——厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程。?广义——微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经特定的代谢途径转变成所需产物的过程。 2 ?发酵是一个很复杂的生化过程,其好坏涉及诸多因素: 菌种性能、培养基组成、原料质量、灭菌条件、种子质量、发酵条件和过程控制等?菌种生产性能越高,其生产条件越难满足。 3 发酵过程技术原理?分批发酵?补料-分批发酵?半连续发酵?连续发酵 4 分批发酵?几个重要参数: xp d X u X d t d S q X d t d P q X d t ?? ???为比生长速率,h -1; -q s为比基质消耗速率,(g/g)/h ; q p为比产物形成速率,(g/g)/h 。?生长周期: 工业生产从发酵产率和发酵指数及避免染菌考虑,要尽量缩短适应期。?对数生长期? max 最大,其长短取决于培养基,包括溶氧可利用性和有害代谢产物的积累; ?稳定期积累大量次级代谢产物, ?=?(比死亡速率) 5 根据产物的形成是否与菌体生长同步关联?生长关联型通常是初级代谢产物的形成。?非生长关联型产物形成只与细胞的积累量有关。次级代谢产物如某些抗生素的合成。// p p x p x q Y u dP YdX ? ???Y p/x为以生长为基准的产物得率; q p为比产物生产速率,即基于细胞生长量的产物合成速率。? q p随u的增长而提高。?为比例系数。 dPXdt ??6 基质初始浓度对菌生长的影响基质初始浓度稳定期的菌浓 A BCD X=Y(S 0-S t)S 0为初始基质浓度; S t为经培养时间 t的基质浓度; Y为得率系数。?A-B区域,当生长停止时, S t等于 0; ?C-D区域,菌的进一步生长受到有害代谢物的限制。?此方程可用于预测用多少初始基质能得到相应的菌量。 7 分批发酵的优缺点?优点操作简单、周期短、染菌机会少、生产过程容易控制?缺点不适用于测定过程动力学(基质抑制、二次生长等) 8 补料-分批发酵?在分批发酵过程中补入新鲜料液,克服由于养分的不足,导致发酵过早结束。?准稳态:补入的基质等于细胞消耗的基质,故虽然培养液中的总菌量随时间延长增加,但菌浓度并未提高, 即 dx/dt=0 。?恒化器的稳态和补料-分批发酵的准稳态主要区别在于恒化器的 u是不变的,而补料-分批发酵的 u是降低的。优点:能在系统中维持很低的基质浓度, 避免快速利用碳源的阻遏和减缓有害代谢物的不利影响。分批补料的优化: 通过一描述比生长速率与比生产速率之间关系的数学模型, 借最大原理可获得比生长速率的最佳方案。 9 半连续发酵?在补料分批发酵的基础上加上间歇放掉部分发酵液(带放)。?放掉的发酵液和其它正常放罐的发酵液一起送去提炼工段。?补充养分,同时解除/消弱代谢产物的抑制。不足: 丢失了未利用的养分和处于生长旺盛期的菌体;送去提炼的发酵液体积更大;丢失代谢产生的前体物;利于非产生菌突变株的生长。实施: 海洋微藻合成藻红素和 EPA 。需要摸索最佳的培养基更新速率。 10

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