谷氨酸发酵工艺条件控制
特色教案
课程：生物工艺
课题：谷氨酸发酵工艺条件控制
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谷氨酸发酵工艺条件控制
★教学目标
1、知识与能力目标
掌握谷氨酸发酵工艺条件控制，了解温度、pH、溶解氧对发酵的影响，提高专业素养，具备一定的分析能力。 2、情感目标
通过讲解遵守安全操作规范的重要性，培养学生严谨的工作态度。 ★教学重难点
1、重点：谷氨酸发酵工艺条件的影响与控制 2、难点：工艺指标的控制
★教学设计
把和我们生活环境中息息相关的因素温度、pH、空气氧含量对人类等生物
的影响联系发酵，深入浅出，讲解发酵条件对发酵的影响，接而讲解如何控制。专业性不能太强，必须联系学生的专业理解能力，达到最大教学效果。
★教学辅助手段
多媒体
★课时安排
两课时
★教学过程
Ⅰ、设置情景，导入新课
1、导入： 春暖花开，温度适宜，空气清新，我们人类也能感觉到舒畅，而在炎热的夏天、寒冷的冬天，花儿可能被晒死或者冻死，我们不愿意外出；土壤酸碱化，草木枯萎；高原会让我们感觉窒息??温度、pH、氧气影响我们人类的生存，发酵也一样被影响，影响着发酵罐中微生物的生长和代谢，如何控制他们，让发酵的顺利就是我们今天所要讲解的课题。
Ⅱ、讲授新课
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一、培养条件的控制
（一） 温度的影响
温度是影响微生物生长繁殖和代谢活动的重要因素，最终影响微生物生长和产物合成。
1．温度对发酵的影响
温度影响到菌体的生长和代谢产物的形成，在微生物生长的温度范围内，温度升高，微生物呼吸及生长速度和微生物的代谢作用也就越强，但温度过高，微生物很容易衰老，从而影响到代谢产物的形成。
2．最适温度的选择和温度的控制
最适发酵温度是既适合菌体的生长、又适合代谢产物合成的温度。最适生长温度与最适产物合成温度是往往不同的，菌体最适生长温度与产物合成温度要分别控制，在不同的阶段要采用不同的温度。谷氨酸生产菌生长繁殖的最适温度为32℃，产酸的最适温度在34-36℃之间。
引申：温度的选择还要参考其他发酵条件灵活掌握。例如在通气条件较差的情况下，最适的发酵温度也可能比正常良好通气条件下低一些，以提高溶解氧的浓度。工业生产上使用大体积发酵罐的发酵过程，一般不需要加热，因为发酵中释放的大量的发酵热，超过了最适温度，所以需要冷却的情况较多。
提问：之前学习过的降温方法有哪些？
通常是利用自动控制或手动调整的阀门将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇形管中，通过热交换来降温。 (二) pH的影响
发酵培养基的pH值，对微生物生长具有非常明显的影响。由于pH不当，可能严重影响菌体的生长和产物的合成。维持合适的pH对发酵来说至关重要。
1．pH对发酵的影响
谷氨酸生产菌的最适pH一般在中性或微碱性，而且生长和产酸的pH不同。
发酵前、中期，若pH低于7.0，则表示氮源不足，会影响生长和产酸。
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若pH过高，则易引起微生物细胞衰老，发酵不正常。 2．pH的控制
在发酵过程中，pH变化取决于所用的菌种、培养基的成分和发酵条件。选择最适pH的原则是既有利于菌体的生长繁殖，又可以最大限度地获得高的产量。
调整pH方法：流加尿素法，原则是“低初尿，少量多次流加”。 引申：哪些物质可以调节pH ？
在实际生产中，调节pH的方法应根据具体情况加以选用。如调节培养基的原始pH，或加入缓冲剂（如磷酸盐）制成缓冲能力强、pH变化不大的培养基，若使盐类和碳源的配比平衡则不必加缓冲剂。也可在发酵过程中加酸或碱调节pH，合理地控制发酵条件，尤其是调节通气量来控制pH值。此外，可结合补料控制pH，如发酵中常用生理酸性物质硫酸铵或碱性物质氨水来补充氮源和调节pH，pH低时补加氨水，反之补加硫酸铵。亦可利用控制葡萄糖的补加速率来控制pH的变化和碳源的补充。
（三）溶解氧的影响
溶解氧是好氧发酵控制最重要的参数之一，溶解氧的大小对菌体生长和产物的性质及产量都会产生不同的影响。
讨论:哪些因素影响发酵液中氧气的含量？
氧在发酵液中的溶解受多种因素的影响，如气泡与液体间的比表面积、通风量、搅拌转速、培养基的组成、发酵液的理化性质及发酵温度和压力等。因而氧的传递速率常常成为发酵速率的限制步骤，也成为提高生产能力的关键因素。
1．溶解氧对发酵的影响 在谷氨酸发酵中，若供氧不足，
长菌期——细胞繁殖慢，生长速度慢；
产酸期——谷氨酸的积累就会明显降低，产生大量的乳酸和琥珀酸。 2．溶解氧的控制
发酵前期，微生物需要大量繁殖，需氧量不断增加，在这一阶段需要加大供氧量。
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发酵中后期，菌体已生长繁殖到一定浓度，溶氧浓度变化不大；当外界进行补料（包括碳源、前体、消泡剂），则溶氧浓度就会发生变化。
生产后期，由于菌体衰老，呼吸强度减弱，溶氧浓度也会逐步上升，一旦菌体自溶，溶氧浓度更会明显上升。
引申：如何提高发酵液氧含量？
提高搅拌速度，将大的空气气泡打成微小气泡而增加传质界面面积。增大空气流速可以提供更好的传质推动力。实践中常采用两种方法结合。向发酵罐通入高纯度氧气，提高氧的分压，亦可提高氧的传递速率。
Ⅲ、课堂小结
发酵条件诸如温度、pH、溶解氧影响发酵，在长菌期和产酸期，针对其特点和需要，控制相应的条件。 Ⅳ、作业布置
1. 发酵的影响条件有哪些？ 2. 如何控制发酵工艺条件？
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特色 教案--谷氨酸工艺控制
