簡介:發(fā)酵工程課件FERMENTATIONENGINEERING,第五章發(fā)酵過程控制二,主講人夏帆,歡迎,光臨,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,2,教學目的了解發(fā)酵過程PH變化的原因;掌握PH對發(fā)酵的影響;掌握PH的控制策略。教學重點、難點PH對發(fā)酵的影響;PH的控制策略,特別是如何分階段控制PH。,第2節(jié)發(fā)酵過程的PH控制2學時,2024年3月23日星期六,3,內(nèi)容速覽,,二、PH對發(fā)酵的影響,一、發(fā)酵過程PH變化的原因,,,,四、PH的控制策略,,PH控制,1、調(diào)節(jié)好基礎料的初始PH2、在基礎料中加入維持PH的物質(zhì)3、通過補料調(diào)節(jié)PH4、當補料與調(diào)PH發(fā)生矛盾時,加酸堿調(diào)PH5、不同調(diào)PH方法的影響6、發(fā)酵的不同階段采取不同的PH值,,,三、PH測量,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,4,不同種類微生物,對PH要求不同;,,酵母PH38-60,細菌PH65-75,霉菌PH40-58,放線菌PH65-80,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,5,同種微生物對PH變化的反映不同,,PH35-50生長良好,不易染菌;,PH50時,易染細菌;,PH75時,穩(wěn)定性下降,半衰期縮短,發(fā)酵單位也下降。青霉素在堿性條件下發(fā)酵單位低,也與青霉素的穩(wěn)定性有關。,(6)影響產(chǎn)物穩(wěn)定性,,2、PH對發(fā)酵的影響,21,,3、PH在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響,PH對菌體生長影響比產(chǎn)物合成影響小,四環(huán)素菌體生長最適PH6068,產(chǎn)物合成最適PH5860。青霉素菌體生長最適PH3560,產(chǎn)物合成最適PH7274。,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,22,,,4、最佳PH的確定,配制不同初始PH的培養(yǎng)基,搖瓶考察發(fā)酵情況,PH對產(chǎn)海藻酸裂解酶的影響,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,23,PH對海藻糖水解酶產(chǎn)生的影響,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,24,PH對谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶活力的影響,菌體干重G/L,,,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,25,三、PH測量,1、取樣罐外測量,試紙法(精密級)酸度計法,罐外取樣測量不利于實現(xiàn)自動化管理,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,26,2、在線測量,發(fā)酵用復合PH電極PH顯示儀表,PH測量原理圖,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,27,發(fā)酵用復合PH電極,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,28,發(fā)酵用復合PH電極要求,?能高溫滅菌,過高的溫度將對玻璃膜材質(zhì)和參比電極性質(zhì)產(chǎn)生影響,造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。,?具有長時間的穩(wěn)定性,應保證轉(zhuǎn)換系數(shù)和不對稱電位能適應發(fā)酵周期長、中途不能更換和不能標定的要求,?外加不銹鋼護套或工程塑料護套后安裝于罐內(nèi),?要求一定的液絡部流通,維持的液接界電位穩(wěn)定,防止使用過程中液絡部被含硫物、蛋白質(zhì)和非水溶液污染,造成電極測量漂移,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,29,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,30,PH顯示儀表,應具有較高的輸入阻抗(10111012?)并具有自動或手動的溫度補償功能,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,31,1、調(diào)節(jié)好基礎料的初始PH基礎料中若含有玉米漿,PH呈酸性,必須調(diào)節(jié)PH。若要控制滅菌后PH在60,滅菌前PH往往要調(diào)到6568。,2、在基礎料中加入維持PH的物質(zhì)如CACO3,或具有緩沖能力的試劑,如磷酸緩沖液等。,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,32,在發(fā)酵過程中根據(jù)糖氮消耗需要進行補料。在補料與調(diào)PH沒有矛盾時采用補料調(diào)節(jié)PH。如(1)調(diào)節(jié)補糖速率,調(diào)節(jié)空氣流量來調(diào)節(jié)PH。2當NH2N低,PH低時補氨水;當NH2N低,PH高時補NH42SO4。通過補料調(diào)節(jié)PH值既調(diào)節(jié)了培養(yǎng)液的PH值,又可補充營養(yǎng),進一步提高發(fā)酵產(chǎn)率。,4、當補料與調(diào)PH發(fā)生矛盾時,加酸堿調(diào)PH,3、通過補料調(diào)節(jié)PH,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,33,應急措施改變攪拌轉(zhuǎn)速或通氣量,以改變?nèi)芙庋鯘舛?,控制有機酸的積累量及其代謝速度;改變溫度,以控制微生物代謝速度;改變罐壓及通氣量,降低CO2的溶解量;改變加油或加糖量等,調(diào)節(jié)有機酸的積累量;,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,34,分別在4種緩沖介質(zhì)中,于PH650一950測定天冬酰胺酶酶活力。1甘氨酸介質(zhì)在PH80時酶活力最高;2硼酸在PH850,酶活力最高;3磷酸在PH850,酶活力最高;4TRIS在PH850,酶活力最高;酶活1>2>4>3,5、不同調(diào)PH方法的影響,天冬酰胺酶,PH,三羥甲基氨基甲烷,35,“1”CAC03“2”尿素“3”CAC03尿素,不同PH控制方式對目的突變株ISW330異亮氨酸搖瓶發(fā)酵的影響,黃色短桿菌誘變,36,例PH對L異亮氨酸發(fā)酵的影響(天津科技大學,2004),菌株最適生長PH控制在68~70,6、發(fā)酵的不同階段采取不同的PH值,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,37,不同PH值對菌體的形態(tài)影響很大,當PH值高于75時,菌體易于老化,呈現(xiàn)球狀;當PH值低于65時菌體同樣受抑制,易于老化。在69左右時,菌體處于生長期,呈“八”字形狀并占有絕對的優(yōu)勢;而在72左右時,菌體是處于產(chǎn)酸期,呈現(xiàn)長的橢圓形。,38,PH69時,菌體生長旺盛,PH715時,對菌體的產(chǎn)酸有利。采用階段PH控制模式進行發(fā)酵,在發(fā)酵中前期控制PH69,到48H后PH值為715,到80H后PH值為725。產(chǎn)率2227G/L,產(chǎn)酸率提高1125%。,,,,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,39,例克拉維酸CA)發(fā)酵中PH變換控制,問題的提出CA產(chǎn)生菌棒狀鏈霉菌在PH低時生長受抑制,在PH高時克拉維酸要分解。,用25升罐進行的不控制PH的發(fā)酵發(fā)現(xiàn),前期由于微生物產(chǎn)生的酸性副產(chǎn)物和有機酸使PH降至65。在達到最高細胞濃度后,PH開始從65升至83。產(chǎn)量達最高水平時,PH不再升高。在發(fā)酵終止時,PH再次升至85。隨著PH升高,CA迅速分解。,國外醫(yī)藥抗生素分冊,2004年第1期,,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,40,克拉維酸,廣譜Β內(nèi)酰胺酶抑制劑僅有微弱的抗菌活性,單獨應用無效可使不耐Β內(nèi)酰胺酶的抗生素如青霉素G、氨芐西林、阿莫西林或頭孢菌素Ⅱ頭孢噻吩的抗茵譜增廣,抗菌活性增強金葡菌、大腸桿菌、肺炎桿菌、奇異變形桿菌、普通變形桿菌、流感桿菌及脆弱桿菌等,,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,41,PH控制對細胞量和CA產(chǎn)量的影響研究,控制PH60時,細胞生長受抑制,CA產(chǎn)生完全被抑制,產(chǎn)量很小。,分別控制PH為60,70,80測定菌的生長和產(chǎn)物合成。,取發(fā)酵液10ML于離心沉淀管中,在3500R/MIN下離心L0MIN,測沉淀物在發(fā)酵液中的比例即得菌絲濃度,42,PH80時,生長良好,產(chǎn)量稍有下降,但CA分解更快。,PH70時,細胞和CA都很高,但仍出現(xiàn)CA迅速分解。,CA,細胞,產(chǎn)物,細胞,,,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,43,控制PH70和80時,最高細胞濃度接近相同約16%PMV,但控制PH60時細胞生長受抑制。在25升生物反應器內(nèi)不控制PH時,最高產(chǎn)率247ΜG/M1H;控制PH70時,最高產(chǎn)率337ΜG/M1H;控制PH80時,最高產(chǎn)率202ΜG/M1H;在控制PH60時,CA產(chǎn)生被抑制,但降解少。因此對細胞生長和CA產(chǎn)生最好將PH控制于70,但在控制PH70時,仍出現(xiàn)CA的迅速分解。,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,44,由于CA生產(chǎn)的最適PH和減少CA分解的PH各不相同,因此在分批發(fā)酵中應用PH變換策略來控制。,在發(fā)酵前期,在細胞生長和產(chǎn)生CA期間控制PH70,4D后,當CA產(chǎn)量達最高值時,變換PH為60,以減少CA分解。最高CA濃度可保持24H。由于改變PH,使CA分解速率明顯降低。,2024年3月23日星期六,長江大學生科院生物工程系,45,1、發(fā)酵過程中PH會不會發(fā)生變化,為什么2、PH對發(fā)酵的影響表現(xiàn)在哪些方面3、為了確定發(fā)酵的最佳PH,我們該如何實驗4、發(fā)酵過程的PH控制可以采取哪些措施5、發(fā)酵用的復合PH電極有哪些要求,思考題,THANKYOU,
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