第八章第八章 发酵过程控制发酵过程控制12009年6月9日本章内容本章内容一、概述一、概述二、二、温度对发酵的影响及其控制温度对发酵的影响及其控制三、三、pH对发酵的影响及其控制对发酵的影响及其控制四、四、溶解氧对发酵的影响及其控制溶解氧对发酵的影响及其控制五、五、CO2和呼吸商对发酵的影响及其控制和呼吸商对发酵的影响及其控制六、六、基质浓度对发酵的影响及补料控制基质浓度对发酵的影响及补料控制七、泡沫对发酵的影响及其控制七、泡沫对发酵的影响及其控制八、自动控制技术在发酵过程控制中的应用八、自动控制技术在发酵过程控制中的应用22009年6月9日（四）溶解氧对发酵的影响及其控制（四）溶解氧对发酵的影响及其控制1. 引起溶解氧变化的因素引起溶解氧变化的因素2.溶解氧对发酵的影响溶解氧对发酵的影响3. 溶解氧在发酵过程控制中的重要作用溶解氧在发酵过程控制中的重要作用4.发酵液中溶解氧的控制发酵液中溶解氧的控制5.溶解氧控制实例溶解氧控制实例32009年6月9日氧是一种氧是一种难溶于水难溶于水的气体。在的气体。在25，1105Pa条件下，氧在条件下，氧在纯水中的溶解度为纯水中的溶解度为1.26mmol/L，空气中的氧在纯水中的溶，空气中的氧在纯水中的溶解度更低（解度更低（0.25mmol/L）。在）。在28氧在发酵液中的氧在发酵液中的100%的的空气饱和浓度只有空气饱和浓度只有7mg/L左右，比糖的溶解度小左右，比糖的溶解度小7000倍。倍。在对数生长期，即使发酵液被空气饱和，若此时中止供氧，在对数生长期，即使发酵液被空气饱和，若此时中止供氧，发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗尽。发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗尽。在好氧深层培养中，氧气的供应往往是发酵能否成功的在好氧深层培养中，氧气的供应往往是发酵能否成功的重重要限制因素之一要限制因素之一。42009年6月9日1.氧在微生物发酵中的作用氧在微生物发酵中的作用（好气性微生物）（好气性微生物）呼吸作用呼吸作用直接参与一些生物合成反应直接参与一些生物合成反应只有溶解状态的氧才能被微生物利用只有溶解状态的氧才能被微生物利用52009年6月9日2.2.微生物需氧量的表示方式微生物需氧量的表示方式呼吸强度呼吸强度QO2（比耗氧速率）（比耗氧速率）：单位质量单位质量干菌体在单位时间内消耗氧的量。干菌体在单位时间内消耗氧的量。摄氧率摄氧率（耗氧速率）：单位体积培养液在（耗氧速率）：单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量。单位时间内消耗氧的量。QO2和和的关系的关系62009年6月9日概念：临界溶氧浓度概念：临界溶氧浓度Ccr微生物的比耗氧速率受发酵液中氧的浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度CL有一个最低要求，即不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度，称为临界溶临界溶氧浓度氧浓度，以Ccr表示。CL Ccr，QO2 保持恒定保持恒定CL Ccr， QO2 大大下降大大下降72009年6月9日对于微生物：CCr:115%饱和浓度例：例：细菌和酵母细菌和酵母,3%10%放线菌，放线菌，5%30%霉菌，霉菌，10%15%定义：定义：氧饱和度发酵液中氧的浓度氧饱和度发酵液中氧的浓度/饱和溶氧溶度饱和溶氧溶度发酵行业用空气饱和度（发酵行业用空气饱和度（%）来表示）来表示DO含量的单位含量的单位82009年6月9日3. 培养过程中细胞耗氧的一般规律培养过程中细胞耗氧的一般规律培养初期： QO2逐渐增高，x较小在对数生长初期：达到(QO2 )m，但此时x较低, 并不高在对数生长后期：达到m, 此时 QO2 (QO2 )m， x葡萄糖 蔗糖 乳糖培养基浓度 浓度大, QO2 ; 浓度小, QO2菌龄的影响:一般幼龄菌QO2大,晚龄菌QO2小102009年6月9日发酵条件的影响pH值 通过酶活来影响耗氧特征;温度 通过酶活及溶氧来影响耗氧特征：T , DO代谢类型(发酵类型)的影响若产物通过TCA循环获取,则QO2高,耗氧量大若产物通过EMP途径获取,则QO2低,耗氧量小112009年6月9日4.溶解氧控制的意义溶解氧控制的意义溶解氧浓度对细胞生长和产物合成的影响溶解氧浓度对细胞生长和产物合成的影响可能是不同的，所以须了解生长期和生产可能是不同的，所以须了解生长期和生产期的最适需氧量期的最适需氧量氧传递速率已成为许多好气性发酵产量的氧传递速率已成为许多好气性发酵产量的限制因素限制因素目前目前, ,在发酵工业上氧的利用率很低，因此在发酵工业上氧的利用率很低，因此提高传氧效率提高传氧效率, ,就能大大降低空气消耗量就能大大降低空气消耗量, ,从而降低设备费和动力消耗从而降低设备费和动力消耗, ,且减少泡沫形且减少泡沫形成和染菌的机会成和染菌的机会, , 大大提高设备利用率大大提高设备利用率122009年6月9日25，1106Pa下，空气中氧在纯水中的溶解度仅0.25mol/m3好氧发酵中，若菌体浓度1015个/m3，呼吸强度QO2=2.610-3mol/(kgS),则每立方米发酵液中菌体的需氧量约187mol/（m3h） 即：1m3发酵液中每小时需要的氧是溶解量的750750倍132009年6月9日7.2 7.2 氧传递方程氧传递方程在单位体积培养液中，氧的传质速率（气液传质的基本方程式）为在气液传质过程中，通常将KLa作为一项处理，称为体积溶氧系数体积溶氧系数或体积传质系数体积传质系数142009年6月9日7.3发酵过程耗氧与供氧的动态关系发酵过程耗氧与供氧的动态关系细胞的呼吸作用细胞的呼吸作用氧传递特征（发酵罐传递性能）氧传递特征（发酵罐传递性能）若若需需氧氧量量供供氧氧量量，则则生生产产能能力力受受设设备备限限制制，需需进进一步提高传递能力；一步提高传递能力；若若需需氧氧量量供供氧氧量量，则则生生产产能能力力受受微微生生物物限限制制，需需筛选高产菌：呼吸强，生长快，代谢旺盛。筛选高产菌：呼吸强，生长快，代谢旺盛。供氧与耗氧至少必须平衡，此时可用下式表示：供氧与耗氧至少必须平衡，此时可用下式表示：传递传递消耗消耗152009年6月9日对于一个培养物来说，最低的通气条件可由式求得：对于一个培养物来说，最低的通气条件可由式求得： kLa亦亦可称为可称为“通气效率通气效率”,可用来衡量发酵罐的通可用来衡量发酵罐的通气状况，高值表示通气条件富裕，低值表示通气条气状况，高值表示通气条件富裕，低值表示通气条件贫乏。件贫乏。162009年6月9日在发酵过程中，培养液内某瞬间溶氧浓度变化可在发酵过程中，培养液内某瞬间溶氧浓度变化可用下式表示用下式表示:在稳态时在稳态时,172009年6月9日2.kLa的影响因素的影响因素7.4 影响氧传递的因素影响氧传递的因素1.影响推动力影响推动力C*-CL的因素的因素可知，影响氧传递速率的因素（即影响供氧的因素）有：可知，影响氧传递速率的因素（即影响供氧的因素）有：影响比表面积影响比表面积a的因素的因素影响液膜传递系数影响液膜传递系数kL的因素的因素182009年6月9日1.影响推动力的因素1)温度温度氧氧在在水水中中的的溶溶解解度度随随温温度度的的升升高高而而降降低低，在在1.01105Pa和和温温度度在在433的的范范围围内内，与与空空气气平平衡衡的的纯纯水水中中，氧氧的浓度可由以下经验公式计算的浓度可由以下经验公式计算:t温度温度, T，Cw*，推动力，推动力192009年6月9日2)溶质溶质A.电解质电解质 1)1)对于单一电解质对于单一电解质 Ce*氧在电解质溶液中的溶解度氧在电解质溶液中的溶解度,mol/m3 Cw*氧在纯水中的溶解度氧在纯水中的溶解度, mol/m3 CE电解质溶液的浓度电解质溶液的浓度,kmol/m3 KSechenov常常数数, ,随随气气体体种种类类, ,电电解解质质种种类类和和温温度度变变化化. .影响推动力影响推动力C*-CL的因素的因素202009年6月9日2)溶质溶质2）对于几种电解质的混合溶液：对于几种电解质的混合溶液：式中式中 h hi i第第i i种离子的常数种离子的常数, , m3/kmol 离子强度离子强度, , kmol/m3 Zi第第i i种离子的价数种离子的价数, , 第第i i种离子的浓度种离子的浓度, , kmol/m3 影响推动力影响推动力C*-CL的因素的因素212009年6月9日2)溶质溶质B.非电解质非电解质式中式中Cn*氧在非电解质溶液中的溶解度氧在非电解质溶液中的溶解度,mol/m3CN非电解质或有机物浓度非电解质或有机物浓度,kg/m3k非电解质的非电解质的Sechenov常数常数,m3/kg影响推动力影响推动力C*-CL的因素的因素222009年6月9日2)溶质溶质C.混合溶液混合溶液(电解质电解质+非电解质非电解质):叠加叠加 Cm*氧在混合溶液中的溶解度氧在混合溶液中的溶解度,mol/m3溶质溶质， Cm*影响推动力影响推动力C*-CL的因素的因素232009年6月9日3)溶剂溶剂通常溶剂为水通常溶剂为水;氧在一些有机化合物中溶解度比水中为高。氧在一些有机化合物中溶解度比水中为高。 影响推动力影响推动力C*-CL的因素的因素242009年6月9日4)氧分压氧分压提高空气总压（增加罐压），从而提高了氧提高空气总压（增加罐压），从而提高了氧分压，对应的溶解度也提高，但增加罐压是分压，对应的溶解度也提高，但增加罐压是有一定限度的。有一定限度的。保持空气总压不变，提高氧分压，即改变空保持空气总压不变，提高氧分压，即改变空气中氧的组分浓度，如：进行富氧通气等。气中氧的组分浓度，如：进行富氧通气等。影响推动力影响推动力C*-CL的因素的因素252009年6月9日2.影响影响KLa的因素的因素发酵罐的形状，结构（几何参数）发酵罐的形状，结构（几何参数）搅拌器，空气分布器（几何参数）搅拌器，空气分布器（几何参数）通气：表观线速度通气：表观线速度Ws搅拌：转速搅拌：转速N，搅拌功率搅拌功率PG发酵液体积发酵液体积V，液柱高度液柱高度HL如影响发酵液性质的表面活性剂、离子如影响发酵液性质的表面活性剂、离子强度、菌体量强度、菌体量设备参数设备参数操作条件操作条件发酵液的性质：发酵液的性质：262009年6月9日综合综合三类影响因素，有三类影响因素，有其中其中 d搅拌器直径，搅拌器直径，m ; 搅拌器转速，搅拌器转速，s-1 ; 液体密度，液体密度，kg/m3; 液体粘度，液体粘度，Pas; DL扩散系数扩散系数,m2/s; 界面张力界面张力，N/m; Ws 表观线速度，表观线速度，m/s;g重力加速度重力加速度,9.81m/s2272009年6月9日以小型罐中牛顿型流体测定的结果为例以小型罐中牛顿型流体测定的结果为例：合并化简得：合并化简得：0.06KLa=0.06282009年6月9日A.设备规模的影响设备规模的影响单位体积的液体的搅拌功率的指数单位体积的液体的搅拌功率的指数随培养装置的规模随培养装置的规模而相应变化而相应变化如如:小试小试9L=0.95中试中试500L=0.67 生产规模生产规模27T54T=0.50可见可见,在放大过程中在放大过程中,KLa在相同条件下会减小在相同条件下会减小.设备参数设备参数kLa的影响因素的影响因素292009年6月9日B.设备形状结构的影响设备形状结构的影响如如20T的伍式发酵罐的伍式发酵罐:=0.72, =0.11设备参数设备参数kLa的影响因素的影响因素302009年6月9日C.搅拌器形式的影响搅拌器形式的影响:、数值不同数值不同对于对于值值:弯叶弯叶平叶平叶箭叶箭叶对于对于值值:弯叶弯叶箭叶箭叶平叶平叶但是破碎细胞能力但是破碎细胞能力:平叶平叶箭叶箭叶弯叶弯叶翻动流体能力翻动流体能力:箭叶箭叶弯叶弯叶平叶平叶此外，搅拌器的直径大小、组数、搅拌器间距以及在罐内此外，搅拌器的直径大小、组数、搅拌器间距以及在罐内的相对位置等对的相对位置等对KLa都有影响都有影响.设备参数设备参数kLa的影响因素的影响因素312009年6月9日平叶平叶箭叶箭叶弯叶弯叶设备参数设备参数kLa的影响因素的影响因素322009年6月9日A.搅拌对搅拌对KLa的影响的影响转速转速NPG KLa搅拌作用搅拌作用(影响影响KLa原理原理)aKLa溶氧溶氧搅拌产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间，溶氧搅拌产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间，溶氧搅搅拌拌造造成成湍湍流流，减减小小气气泡泡外外滞滞流流液液膜膜的的厚厚度度，从从而而减减小小传传递过程的阻力，递过程的阻力，KLa溶氧溶氧搅搅拌拌有有利利于于固固液液传传递递中中接接触触面面积积的的增增加加，使使推推动动力力均均一一；同时，也减少菌体表面液膜的厚度，有利于氧的传递。同时，也减少菌体表面液膜的厚度，有利于氧的传递。操作条件操作条件kLa的影响因素的影响因素332009年6月9日搅拌对搅拌对KLa的影响的影响N并不是越大越好并不是越大越好剪切力剪切力，对细胞损伤对细胞损伤，对形态破坏对形态破坏PG,发酵期间搅拌热发酵期间搅拌热,增加传热负荷增加传热负荷 N操作条件操作条件kLa的影响因素的影响因素342009年6月9日B.通气对通气对KLa的影响的影响在通气量在通气量Q较低时较低时,QWs KLa操作条件操作条件kLa的影响因素的影响因素352009年6月9日C.通气通气、搅拌的关联对搅拌的关联对KLa的影响的影响从公式上看从公式上看,PG, Ws, KLa, 但Ws的增加是有上限的的增加是有上限的,当当Ws (Ws)m, 会导致会导致PG严重下降严重下降.Ws (Ws)m， PG ，KLa操作条件操作条件kLa的影响因素的影响因素362009年6月9日当通气量超过一定上限时当通气量超过一定上限时,搅拌器就不能有效地将空气泡分搅拌器就不能有效地将空气泡分散到液体中去散到液体中去,而在大量气泡中空转而在大量气泡中空转,发生发生“过载过载”现象现象,此时此时搅拌功率搅拌功率PG会大大下降会大大下降, KLa也会大大下降。也会大大下降。 只有只有Q，N同时提高，同时提高，PG才不会大大才不会大大 下降，下降，KLa。C.通气通气、搅拌的关联对搅拌的关联对KLa的影响的影响操作条件操作条件kLa的影响因素的影响因素372009年6月9日表观空气速度与表观空气速度与KLa的关系的关系操作条件操作条件kLa的影响因素的影响因素382009年6月9日A.表面活性剂的影响表面活性剂的影响气液界面厚度气液界面厚度, 1/kL, kL气泡变小气泡变小, a低浓度表面活性剂时低浓度表面活性剂时,以以a为主为主,KLa添加至一定量时添加至一定量时, kL降至最低降至最低,KLa下降显著下降显著再继续增加时再继续增加时，kL维持最低水平不再下降维持最低水平不再下降，而而a，此时此时KLa从最低点有所回升从最低点有所回升表面活性剂的浓度表面活性剂的浓度KLa受两种受两种趋势影响趋势影响 发酵液的性质发酵液的性质kLa的影响因素的影响因素392009年6月9日表面活性剂月桂基磺酸钠（表面活性剂月桂基磺酸钠（NaLSO4）浓度对）浓度对KLa、KL和和da的影响的影响发酵液的性质发酵液的性质kLa的影响因素的影响因素402009年6月9日B.离子强度对离子强度对KLa的影响的影响电解质溶液浓度电解质溶液浓度,则气泡变小则气泡变小,a, KLa;有机溶质浓度有机溶质浓度,则气泡变小则气泡变小,a, KLa电解质溶液浓度电解质溶液浓度，传氧特性好，传氧特性好(KLa),溶氧特性溶氧特性C*E 差差.具体的，离子强度具体的，离子强度I影响影响KLa公式中的公式中的,k值值.I=00.4时时,=0.40+0.862I/(0.274+I), 且且I,常数常数k. I0.4时时,=0.9, k值不再变化值不再变化.也随也随I增大而增大，但增大而增大，但I对对的影响较小，的影响较小，在在0.35 0.39之间变化，不如之间变化，不如变化大变化大.发酵液的性质发酵液的性质kLa的影响因素的影响因素412009年6月9日C.菌体浓度菌体浓度细胞浓度细胞浓度x，KLa()菌丝浓度对菌丝浓度对KLa的影响的影响发酵液的性质发酵液的性质kLa的影响因素的影响因素422009年6月9日小结小结引起溶解氧变化的因素引起溶解氧变化的因素（1）影响溶解氧影响溶解氧（DO）的因素的因素 供氧供氧耗氧耗氧两大类两大类以关系式表示：以关系式表示：影响供氧的因素：影响供氧的因素：影响耗氧的因素：影响耗氧的因素： C*-CL温度、溶质、溶剂、氧分压温度、溶质、溶剂、氧分压KLa设备参数、操作参数、发酵液特性设备参数、操作参数、发酵液特性菌种特性、培养基成分和浓度、菌菌种特性、培养基成分和浓度、菌龄、培养条件（龄、培养条件（T、pH）、代谢类）、代谢类型型432009年6月9日2.溶解氧对发酵的影响溶解氧对发酵的影响（1）溶解氧对生长的影响）溶解氧对生长的影响临界氧浓度临界氧浓度（CCr）：当当时时, , 当当时时, , 对生长应满足对生长应满足 , , 但并不是越高越好但并不是越高越好呼吸抑制呼吸抑制呼吸不受抑制呼吸不受抑制指不影响菌体呼吸所允许的最低指不影响菌体呼吸所允许的最低氧浓度。氧浓度。442009年6月9日（2）溶解氧对产物合成的影响溶解氧对产物合成的影响溶氧浓度对产物合成有一个最适范围溶氧浓度对产物合成有一个最适范围，CL过高或过低，对过高或过低，对合成都不利合成都不利。 e.g.卷须霉素卷须霉素：1270h之间，维持之间，维持CL 在10%比在比在0或45%的的产量要高产量要高。452009年6月9日QO2(QO2)mCcrCLPCmCL生长阶段要求生长阶段要求CLCCr，生产阶段满足，生产阶段满足CLCm。 实际上，实际上，呼吸呼吸临界氧值不一定与产物临界氧值不一定与产物合成合成临界氧值相同。临界氧值相同。产物合成产物合成临界临界氧浓度并不等于其氧浓度并不等于其最适最适氧浓度。氧浓度。在培养过程中并不是维持溶氧越高越好。过高的溶氧对生长可在培养过程中并不是维持溶氧越高越好。过高的溶氧对生长可能不利。能不利。（3）呼吸临界氧浓度呼吸临界氧浓度与与产物合成临界氧浓度产物合成临界氧浓度462009年6月9日3. 3. 溶解氧在发酵过程控制中的重要作用溶解氧在发酵过程控制中的重要作用（1 1）发酵异常指标）发酵异常指标发酵中污染杂菌，溶解氧发生异常变化。发酵中污染杂菌，溶解氧发生异常变化。对对于于好好气气性性杂杂菌菌，溶溶解解氧氧会会一一反反往往常常在在较较短短时时间间内内跌跌到零附近，跌零后长时间不回升到零附近，跌零后长时间不回升。对于厌气性杂菌，对于厌气性杂菌，溶解氧溶解氧升高。升高。污染噬菌体或其它不明原因引起污染噬菌体或其它不明原因引起 发酵液变稀，此时发酵液变稀，此时溶解氧溶解氧迅速上升。迅速上升。 操作故障或事故分析操作故障或事故分析 472009年6月9日谷氨酸正常发酵和异常发酵的溶解氧曲线谷氨酸正常发酵和异常发酵的溶解氧曲线正常发酵溶解氧曲线正常发酵溶解氧曲线-异常发酵溶解氧曲线异常发酵溶解氧曲线异常发酵光密度曲线异常发酵光密度曲线482009年6月9日（2）补料控制指标补料控制指标中间补料是否得当可以从中间补料是否得当可以从溶解氧溶解氧的变化看出。的变化看出。发酵过程中出现发酵过程中出现“发酸发酸”现象，氨基氮迅速上升，现象，氨基氮迅速上升，DO很快下降。很快下降。492009年6月9日（3）代谢方向控制指标）代谢方向控制指标测量溶解氧可以确定测量溶解氧可以确定CCr、Cm值值通过溶氧测量可以掌握由好气转为厌气培养的关键时机通过溶氧测量可以掌握由好气转为厌气培养的关键时机e.g.天门冬酰胺酶发酵天门冬酰胺酶发酵：45%饱和度饱和度在在酵酵母母以以及及其其他他微微生生物物菌菌体体的的生生产产中中，溶溶氧氧值值是是控控制制其其代代谢方向的最好的指标之一谢方向的最好的指标之一。502009年6月9日（4）设备性能、工艺合理性指标）设备性能、工艺合理性指标评价设备性能、工艺合理性的最终指标：发酵单位评价设备性能、工艺合理性的最终指标：发酵单位设备反映供氧性能：设备反映供氧性能：搅拌桨形式搅拌桨形式叶片形式叶片形式搅拌器直径搅拌器直径d搅拌档数搅拌档数m和搅拌器间距和搅拌器间距s档板宽度档板宽度w和档板数和档板数z通气：空气分布器的类型和位置通气：空气分布器的类型和位置 n，P/V设备操作参数设备操作参数罐压罐压WS或或VVM搅拌搅拌设备几何参数设备几何参数512009年6月9日（4）设备性能、工艺合理性指标）设备性能、工艺合理性指标工艺条件反映耗氧和供氧特征工艺条件反映耗氧和供氧特征菌种性能菌种性能RQ培养基性能培养基性能温度温度表面活性剂表面活性剂522009年6月9日改进工艺：控制补料速度、改进工艺：控制补料速度、T 的调节、中间补水、的调节、中间补水、 添加表面活性剂等等添加表面活性剂等等 对现有发酵工厂对现有发酵工厂进行技术改造进行技术改造 浅层次浅层次 修改设备和工艺修改设备和工艺 规模和控制水平上档次规模和控制水平上档次 引入新型发酵类型引入新型发酵类型 深层次深层次 532009年6月9日工艺的改进是否有效可通过溶解氧水平进行评价：工艺的改进是否有效可通过溶解氧水平进行评价： P/V的改变对溶解氧和产量的影响的改变对溶解氧和产量的影响e.g.利利福福霉霉素素发发酵酵：5080h波波谷谷阶阶段段，P/V，KLa，供供氧氧；3W/L比比1W/L批号的发酵单位增加约批号的发酵单位增加约900u/ml搅拌转数搅拌转数n对溶解氧和产量的影响对溶解氧和产量的影响e.g.赤霉素发酵：赤霉素发酵：1550h期间，期间，n从从155提高至提高至180r/min，赤霉素单位赤霉素单位542009年6月9日4.发酵液中溶解氧的控制发酵液中溶解氧的控制（1 1）溶解氧控制的一般原则）溶解氧控制的一般原则生长阶段生长阶段： 即可即可产物合成阶段产物合成阶段： 即可即可过过高高的的溶溶氧氧水水平平反反而而对对菌菌体体代代谢谢有有不不可可逆逆的的抑抑制制作用作用552009年6月9日QO2(QO2)mCcrCLPCmCL生长阶段生长阶段 生产阶段生产阶段562009年6月9日（2）溶解氧控制作为发酵中间控制的手段之一溶解氧控制作为发酵中间控制的手段之一v控控制原理制原理发酵过程中，发酵过程中， 糖量糖量 x , QO2 CL 糖量糖量 QO2 CL 补糖使补糖使CL下降，而下降，而CL回升的快慢取决于供氧效率回升的快慢取决于供氧效率。对对于于一一个个具具体体的的发发酵酵，存存在在一一个个最最适适氧氧浓浓度度（Cm）水水平，补糖速率应与其相适应。平，补糖速率应与其相适应。，加大补糖速率，加大补糖速率 ，减小补糖速率减小补糖速率实现用溶解氧水平控制补料速率实现用溶解氧水平控制补料速率 572009年6月9日 补糖速率控制在正好使生产菌处于所谓补糖速率控制在正好使生产菌处于所谓“半饥饿半饥饿状态状态”，使其仅能维持正常的生长代谢，即把更多，使其仅能维持正常的生长代谢，即把更多的糖用于产物合成，并永远不超过罐设计时的的糖用于产物合成，并永远不超过罐设计时的KLa水平所能提供的最大供氧速率。水平所能提供的最大供氧速率。控制原则控制原则（2）溶氧控制作为发酵中间控制的手段之一溶氧控制作为发酵中间控制的手段之一582009年6月9日溶解氧控制实例溶解氧控制实例溶解氧对被孢霉合成溶解氧对被孢霉合成花生四烯酸花生四烯酸(AA)的影响的影响 溶氧量对溶氧量对AA产量的影响产量的影响注：摇床转速注：摇床转速150r/min,25 KLa越大，越大，培养基中溶培养基中溶解氧越多解氧越多, , AA合成速合成速度越快度越快592009年6月9日溶解氧控制对鸟苷产量的影响溶解氧控制对鸟苷产量的影响不同的不同的DO控制条件下鸟苷积累的比较控制条件下鸟苷积累的比较DO()：5，l0，20，30发酵过程发酵过程 DO 变化与鸟苷变化与鸟苷 积累的关系积累的关系DO控制在控制在1020，产物积累产物积累，鸟苷含量最高。，鸟苷含量最高。DO在在5和和30，前期产物积累前期产物积累，但后期基本不增加，但后期基本不增加.DO水平的超高阶段水平的超高阶段(发酵周期发酵周期28h44h)，鸟苷积累量基本不，鸟苷积累量基本不增加；调整增加；调整DO在适当水平上，鸟苷积累量继续上升。在适当水平上，鸟苷积累量继续上升。602009年6月9日溶氧异常溶氧异常溶氧异常下降的原因污染了好气性杂菌设备或工艺控制出现问题菌体代谢异常溶氧异常升高的原因噬菌体污染菌体代谢异常612009年6月9日