1、,發(fā)酵工藝過(guò)程的檢測(cè)與控制,發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu),發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù)與檢測(cè),一：雜菌檢測(cè)與污染控制 染菌的危害： 1）分解產(chǎn)物 2）污染產(chǎn)品 3）抑制生產(chǎn)菌的生長(zhǎng)和代謝的產(chǎn)生 4）影響產(chǎn)物的提取率,污染雜菌的途徑和染菌的判斷,一、染菌的途徑 原料方面 種子方面 無(wú)菌空氣 設(shè)備方面,雜菌的檢查方法,1.顯微鏡檢查：染色 鏡檢 多在染菌程度較深時(shí)，用于判斷雜菌的種類，靠顯微鏡無(wú)法發(fā)現(xiàn)染菌初期的雜菌。 2.平板劃線檢查或斜面培養(yǎng)檢查： 倒平板 空培養(yǎng) 待測(cè)樣品劃線 培養(yǎng)觀察 3.通過(guò)發(fā)酵的生理生化指標(biāo)檢查,在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)以下參數(shù)的異常變化來(lái)判斷是否染菌。結(jié)合計(jì)算機(jī)控制，建模后，可以及早發(fā)現(xiàn)與預(yù)測(cè)是

2、否染菌。 降糖速度 產(chǎn)酸速度， pH值 溶解氧 光密度 排氣中CO2含量 產(chǎn)物含量 O2的消耗,原因：一方面，蒸汽壓力不足、滅菌時(shí)間不夠；另一方面，設(shè)備制作或安裝不當(dāng)，蒸汽不能到達(dá)，造成滅菌死角。 措施： 對(duì)于液體原料：采用連消方式 對(duì)顆粒狀淀粉質(zhì)原料或者小發(fā)酵罐，采用實(shí)消為好。而且升溫時(shí)需攪拌。,原料染菌的防治,泡沫問(wèn)題,培養(yǎng)基中含有較多量的黃豆餅粉、花生粉或蛋白胨等成分時(shí)，在滅菌時(shí)這種培養(yǎng)基就容易產(chǎn)生泡沫。泡沫嚴(yán)重時(shí)會(huì)上升到罐頂甚至逃液，此時(shí)操作就比較困難。實(shí)踐證明：滅菌時(shí)泡沫嚴(yán)重的，就不易滅透。所以在發(fā)生泡沫時(shí)應(yīng)加以清除(加消泡劑和在操作上予以控制)。,種子帶菌的原因及防止,帶菌的原因

3、無(wú)菌室的無(wú)菌條件不符合要求 培養(yǎng)基滅菌不徹底 操作不當(dāng) 種子帶雜菌是發(fā)酵前期染菌的原因之一。在每次接種后應(yīng)留取少量的種子懸浮液進(jìn)行平板、肉湯培養(yǎng)，檢查種子中是否帶雜菌。,對(duì)種子培養(yǎng)基染菌的處理,一般均應(yīng)滅菌后堅(jiān)決棄去，并對(duì)接觸過(guò)的設(shè)備，管道全部滅菌，加長(zhǎng)滅菌時(shí)間等。,空氣帶菌及其控制,空氣過(guò)濾器效能下降：過(guò)濾介質(zhì)松動(dòng)、老化、吸潮 肉湯平板檢測(cè)無(wú)菌空氣質(zhì)量 通過(guò)定期檢查管件，更換過(guò)濾介質(zhì)和加強(qiáng)檢修,發(fā)酵設(shè)備、管件的滲漏、死角,對(duì)于設(shè)備的滅菌主要是為了避免“死角”和滲漏。 常見(jiàn)的“死角” A、法蘭連接的死角 發(fā)酵工廠的管路要保持光滑、通暢、密封性好，以避免和減少管道染菌的機(jī)會(huì)。,B、 罐底與環(huán)式空

4、氣分布管所形成的死角,C、不銹鋼襯里的死角,操作時(shí)要注意避免罐內(nèi)發(fā)生真空現(xiàn)象。采用復(fù)合鋼板(將兩種不同材質(zhì)的鋼板軋合為一體的鋼板)制造發(fā)酵罐，因?yàn)閮蓪愉摪寰o密結(jié)合在一起，中間沒(méi)有空隙，所以不會(huì)產(chǎn)生上述問(wèn)題，是一種理想的材料。,D、接種管路的死角 E、排氣管的死角,菌齡、接種量與菌濃的控制,種子培養(yǎng)期應(yīng)取菌種的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期為宜，菌種過(guò)嫩或過(guò)老，不但延長(zhǎng)發(fā)酵周期，而且會(huì)降低產(chǎn)量。 接種量的大小直接影響發(fā)酵周期。,溫度對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響及控制,任何微生物的生長(zhǎng)都需要有最適的生長(zhǎng)溫度，在此溫度范圍內(nèi)微生物生長(zhǎng)繁殖最快。 如果所培養(yǎng)的微生物能承受稍高一些的溫度進(jìn)行生長(zhǎng)和繁殖，這對(duì)生產(chǎn)有很大的好處，即可減少污

5、染雜菌的機(jī)會(huì)，也可以減少夏季培養(yǎng)所需降溫的輔助設(shè)備，因此培養(yǎng)耐高溫的菌種有一定的生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)意義。,發(fā)酵過(guò)程溫度的控制,最適發(fā)酵溫度的選擇變溫發(fā)酵 在生產(chǎn)上，為了使發(fā)酵溫度控制在一定的范圍，常在發(fā)酵設(shè)備上裝有熱交換設(shè)備，例如采用夾套、排管或蛇管進(jìn)行調(diào)溫，冬季發(fā)酵時(shí)空氣還需要進(jìn)行加熱。,發(fā)酵過(guò)程pH的調(diào)控,微生物的生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)物的合成往往需要一定的pH環(huán)境，在最適pH值下有利于加快各種酶的反應(yīng)。因此在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中應(yīng)使培養(yǎng)基的pH適合于微生物生長(zhǎng)或產(chǎn)物合成所需。,pH值的控制方法,1. 在配制培養(yǎng)基時(shí)考慮所用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的組成成分，使其pH值適合該微生物生長(zhǎng)或合成代謝產(chǎn)物的需要。 2. 在發(fā)酵過(guò)程中根據(jù)

6、pH值的變化可用流加氨水的方法來(lái)解決。同時(shí)又把氨水作為氮源來(lái)供給。,3. 控制pH最常用的方法是在培養(yǎng)基中添加具有一定緩沖能力的物質(zhì)作為營(yíng)養(yǎng)物，如以磷酸鹽作為磷的成分；避免使用容易產(chǎn)生生理酸性或堿性物質(zhì)，如生理酸性銨鹽作為氮源，由于NH4+被利用后剩余大量酸根，引起發(fā)酵液的pH值下降。,4、以尿素作為氮源進(jìn)行流加控制pH值，是目前國(guó)內(nèi)味精廠普遍采用的方法。當(dāng)流加尿素后，尿素被微生物的脲酶分解放出氨，使pH上升，氨被微生物利用和形成代謝產(chǎn)物后，使pH下降，再次反復(fù)流加就可維持一定的pH值。 5、提高通氣量，加速脂肪酸代謝也可以補(bǔ)償pH值變化。,發(fā)酵過(guò)程中溶解氧的控制,由于依賴獲得能量的代謝方面的

7、差異，微生物對(duì)氧的需要也存在不同。好氣菌主要是有氧呼吸，厭氣菌為厭氣發(fā)酵，兼性厭氣菌則兩者兼而有之。 不同微生物或同一微生物的不同生長(zhǎng)階段對(duì)溶解氧的要求也不相同。,溶解氧的控制,（1）增加氧推動(dòng)力： 改變通氣速率，加大通氣流量 通入純氧 提高罐壓,（2）控制攪拌 攪拌能使氧氣更好地與培養(yǎng)液混合，保證氧的最大限度溶解; 攪拌有利于熱交換，使培養(yǎng)液的溫度一致; 還有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的分散; 此外，擋板則有助于攪拌，使其效果更好。,一般來(lái)說(shuō)，若發(fā)酵罐深，攪拌轉(zhuǎn)速大，通氣管開孔小，氣泡在培養(yǎng)液內(nèi)停留時(shí)間就長(zhǎng)，氧的溶解速度就大，而且在這些因素確定的情況下，培養(yǎng)基的粘度越小，氧的溶解速度也越大。 攪拌

8、可以提高通氣效果，但是過(guò)度地劇烈攪拌會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)液大量涌泡，容易增加雜菌污染的機(jī)會(huì)，微生物細(xì)胞也不宜劇烈攪拌。,（3）增加傳氧中間介質(zhì) 如烴類石蠟、甲苯基含氟碳化物 近年來(lái)，有將細(xì)菌的血紅蛋白基因轉(zhuǎn)入微生物中，及時(shí)增加了菌體內(nèi)對(duì)低濃度氧的利用 （4）控制菌體濃度 如菌體濃度過(guò)高，超出設(shè)備的供氧能力，可降低發(fā)酵溫度，抑制微生物的呼吸和生長(zhǎng)，減少對(duì)氧的需求,（5）流加培養(yǎng)基 某些菌種培養(yǎng)過(guò)程中，如需控制溶解氧上升，可適當(dāng)補(bǔ)充培養(yǎng)基，使菌體生長(zhǎng)代謝，加大氧消耗。,CO2的影響及其控制,CO2能刺激和抑制菌體生長(zhǎng)，是大腸桿菌某些突變株的生長(zhǎng)因子。 高濃度的CO2會(huì)使菌體細(xì)胞變形，CO2濃度從8%提高到1

9、5%-22%，產(chǎn)黃青霉菌絲由絲狀變成膨大的短粗狀，CO2濃度進(jìn)一步提高時(shí)，菌絲變成球狀，青霉素合成受阻。 高濃度CO2抑制菌體的糖代謝和呼吸速率 CO2對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成可能具有調(diào)控作用,影響培養(yǎng)基的pH值 與金屬離子如鈣、鎂等反應(yīng)生成鹽沉淀 尾氣分析-呼吸熵（Respiratory quotient, RQ） 正常情況下，呼吸熵為1 低通氣量和攪拌速率能增加CO2溶解度 CO2溶解度隨罐壓增加而加大,發(fā)酵過(guò)程泡沫的影響及控制,發(fā)酵過(guò)程對(duì)泡沫的控制,機(jī)械法：靠機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)和壓力的變化，促使氣泡破裂，或借助機(jī)械力將排出氣體中的液體加以分離回收，達(dá)到消泡作用。 優(yōu)點(diǎn)：不需在發(fā)酵液中加入其它物質(zhì)，減少了由于加入消泡劑所引起的染菌機(jī)會(huì)和對(duì)后繼分離工藝的影響。 缺點(diǎn)：效果不如化學(xué)消泡迅速、可靠、不能根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素，同時(shí)它還需要設(shè)備和消耗動(dòng)力。,化學(xué)法：發(fā)酵工業(yè)常用的消泡劑，有各種天然的動(dòng)植物油及來(lái)自石油化工生產(chǎn)的礦物油、改性油、表面活性劑等。而新型的有機(jī)硅聚合物如硅油、硅樹脂等，具有效率高、用量省、無(wú)毒性、無(wú)代謝性是一類有發(fā)展前途的消泡劑。 泡沫的控制除了添加消泡劑外，改進(jìn)培養(yǎng)基成分也是相輔相成的一個(gè)重要方面。,化學(xué)消泡劑