细胞生化过程参数的常规检测和基本控制
21页1、2019/4/21,1,第八章 生化过程参数的检测和控制,2019/4/21,2,生化过程参数的分类,反映生化过程变化的参数分为两大类:一类是 可以直接采用特定的传感器检测的参数称为直接 参数,包括各种反映物理环境和化学环境变化的 参数:如温度、压力、流量、搅拌功率、转速、 泡沫、黏度、浊度、pH、离子强度、溶解氧和基 质浓度等。另一类是综合参数,包括细胞生长速 率、产物合成速率、呼吸商等。,2019/4/21,3,第一节 直接参数的检测和控制 一. 温度检测和控制 严格保持菌种的生长繁殖和生物合成所需的最适温 度,对稳定发酵过程,缩短周期,提高产量,具有 重要意义。 通常可以采用水银温度计、热电阻监测系统中的温 度。普遍使用的热电阻有铂电阻和铜电阻。铂电阻 精度高、稳定性好、性能可靠;铜电阻超过100 时易被氧化。 为了使生物反应在适当的温度下进行,必须采取措 施在夹套或蛇管内通入冷却水加以控制。,发酵热的测定 (1)通过测量一定时间内冷却水的流量和冷却水的进出。 Q发酵=GC(T2-T1)/V Q发酵-发酵热;C-冷却水的比热 G-冷却水的流量;T1T2-进出口冷却水的温度; V-
2、发酵液的体积 (2)通过罐温度的自动控制,先使罐温达到恒定, 再关闭自控装置,测量温度随时间上升的速率S。 Q发酵=(M1C1+M2C2)S/V,(3)根据化合物的燃烧值计算发酵过程中生物热 的近似值。 (4)测定微生物生长代谢中的耗氧量。 通风(耗氧)发酵过程生成的发酵热数量与过程 所消耗的氧是成正比。 QH=(0.1060.124)QO2(1/10)QO2 QO2-氧的消耗比速(mmolO2/g菌体.h) QH-发酵热生成的比速(kcal/g菌体.h) 当通风发酵出现溶解氧不足时,有的的微生物能 够进行厌氧反应。则出现: QH(0.1060.124)QO2,二. pH的检测和控制 pH值可用耐灭菌的玻璃电极和银-汞参比电极以及pH 测量仪表的检测系统检测,可连续指示罐内酸碱变化。 微生物反应过程中pH的变化具有一定规律。 在微生物细胞的生长阶段,由于所用的微生物菌种不同,相对于接种后的起始pH值有上升或下降趋势 在生产阶段,一般反应液的pH值趋于稳定,维持在最适合产物形成的范围。 在微生物细胞的自溶阶段,随着培养基中的营养物质的耗尽,微生物细胞内蛋白酶的积累和活跃,微生物自溶,引起
3、培养液中的氨基氮等的增加,致使pH值有上升。,引起反应液pH 值下降的主要原因有 1.培养基中的碳/氮比例不当,碳源过多,特别是葡萄 糖过量或者中间补糖过多或溶解氧不足,致使糖等物质 氧化不完全,培养液中有机酸会大量积累,从而使pH值 下降 2. 消泡油加得过多; 3. 微生物生理性物质的存在,使pH值下降。 引起反应液 pH值上升的主要原因有: 1.培养基中的碳/氮比例不当,碳源过多,氨基氮释放 会使pH值上升。 2.生理碱性物质存在。 3.中间补料液中氨水或尿素等碱性物质的加入过多。,1.调节培养基中的原始pH值,或加入缓冲溶液制成缓冲能力强、pH值变化不大的培养基。 2. 可在反应过程中加入弱酸或弱碱进行pH值的调节,进而合理地控制发酵条件,也可通过调整通风量来控制pH值。 3. 进行补料,既调节了培养液的pH值,又可补充营养,增加培养液的浓度和减少阻遏作用,进一步提高产率。 4. 采用酸性铵盐作为氮源时,由于NH4+被利用后,剩下的酸根会引起发酵液中的pH值下降,在培养液中可加入碳酸钙来调节pH值。 5. 根据pH值的变化可用流加氨水的方法来调节,同时又可把氨水作为氮源供给。
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