项目2微生物发酵技术任务4：发酵过程控制技术教学安排：1.员工培训由老师讲解发酵过程的理论基础。分配实操任务：发酵过程控制。2.学生模拟组建运营一个发酵车间，撰写计划书(在理论教学期间完成)。市场部：当前发酵过程控制的技术进展。技术部：确定pH、温度、溶O2、补料等关键参数的控制方法，撰写操作规程。品控部：制定发酵过程控制的方案。总经理：协调监督各部工作，最后拿出完整的计划书。3.计划书实施。计划书要先经过老师的审核，然后实施。实施过程中考核操作技能。实施后及时进行实训报告的撰写也总结。第一节微生物发酵类型•一分批发酵、补料分批发酵与连续发酵•二需氧发酵与厌氧发酵•三生长偶联型、部分生长偶联型和非生长偶联型第二节发酵过程工艺参数控制•一物理参数•1温度•2压力：内部压力高于外部压力。•3搅拌转速：转/分钟•4搅拌功率：每立方米发酵液所消耗的功率，kw/m3•5空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积，V/V.min•6粘度：反映氧传递阻力和菌体浓度。•二化学参数•1pH•2基质浓度：糖、氮、磷等。•3溶解氧浓度•4氧化还原电位•5产物浓度•6废气中氧的含量•7废气中CO2的含量。•三生物参数•1菌体浓度•2菌丝形态第三节发酵过程中的代谢变化•一初级代谢产物发酵的代谢变化•1菌体浓度的变化•延迟期、对数生长期、静止期和死亡期。•延迟期的长短与培养条件和菌种生理状态有关。•在未达死亡期之前放罐。•2营养基质浓度的变化•随发酵时间的延长不断降低，用于菌体的生长和产物的形成。•溶氧的变化规律(后面讲)。•3产物浓度的变化•(1)与菌体浓度平行；•(2)与培养条件有关。•二次级代谢产物发酵的代谢变化•次级代谢发酵的菌体生长(生长期)和产物合成期(生产期)是分开的。•发酵过程可分为：菌体生长、产物合成、菌体自溶三个阶段。•1菌体生长阶段•(1)营养成分的变化•碳源、氮源和磷酸盐等营养物质不断被消耗，浓度明显减少，而新菌体不断合成，菌浓明显增加。•(2)摄氧率的变化•随菌浓增加，摄氧率不断增加，溶氧浓度下降，菌浓至临界，溶氧至最低。•(3)pH•先下降后下升：利用葡萄糖产生酸，而后再被利用。•先上升后下降：利用氨基酸的碳骨架，剩下氨，而后氨又被利用。•限制性因素的出现，使菌体由生长向生产转化。•2产物合成阶段•产物产量不断增多，起至达到最大值，生产速率也达最大，直至产物合成能力衰退。•该阶段要严格控制发酵条件，对产物的合成最为关键。例如营养浓度。3菌体自溶阶段菌体衰老、开始自溶，氨氮含量升高，pH上升，产物合成能力衰退，生产速率下降。此时结束发酵。第四节菌体浓度影响及其控制•菌体浓度：单位体积培养液中菌体的含量。•一影响菌体生长的因素•1比生长速率：越大，菌体生长越快；决定于细胞的复杂性(越复杂越慢)；•2营养物质和环境条件：•营养物质浓度在一定限度内，浓度与菌体生长成正比。•其它环境条件越适合，生长越快。二菌浓对初级代谢和次级代谢的影响产物的产率：Rp=Qp·X其中：Qp为比生产速率；X为菌体浓度。X太大的负面影响：1营养物质消耗太快；2生产毒素；3溶氧供应不上。叁发酵过程中菌浓度的控制通过调节生长速率实现，而这又要通过调节培养基的营养基质浓度。第五节营养基质影响及其控制一碳源的影响及其控制1碳源的种类影响代谢情况迅速利用的碳源：迅速参与代谢，合成菌体和产生能量，并产生分解产物，因此有利于菌体生长，但对产物(特别是次级代谢)有抑制作用(例如葡萄糖)。缓慢利用的碳源：可被菌体缓慢利用，有利于延长代谢产物的合成(例如乳糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、饴糖等)。机理解释：乳糖的利用速度刚好符合青霉素的合成速度。控制方法：流加葡萄糖或采用混合碳源。2碳源浓度的影响浓度合适。控制方法：中间补料。•二氮源的影响和控制•1氮源浓度的影响•以谷氨酸发酵为例：•NH4+太高：合成谷氨酰氨；•NH4+不足：积累-酮戊二酸。•2氮源的种类的影响•速效氮源：氨基态氮和玉米浆，促进菌体生长，但对部分产物，特别是次级产物合成有抑制作用。•缓慢氮源：延长产物合成期。•发酵培养基一般采用速效与缓慢氮源的混合物，且中间还要补充...
