发酵过程控制与优化

发酵过程指在活细胞催化剂（微生物细胞或动物细胞）作用下，所进行的系列串联生物反应过程，以生产生物化工产品。一般包括细胞生长和产物形成两个阶段。

1. 发酵过程

按发酵产品分为四个主要类型：

1）以获得微生物细胞为产品的过程；

2） 以获得微生物酶为产品的过程；

3）以获得微生物代谢产物的过程，代谢产物包括分解代谢产物和合成代谢产物，分解代谢产物是指菌体利用基质，如淀粉或葡萄糖，分解成小分子物质的过程，而合成代谢产物又可分为初级代谢产物和次级代谢产物，其中初级代谢产物是指与微生物生长、繁殖有关的一类产物，而次级代谢产物是以初级代谢物为母体衍生而得的，结构类型多样、复杂；

4）以微生物进行生物转化的过程，即利用微生物细胞内专一性酶将一种化合物转化为结构上与之相关的另一种产物的过程

2. 发酵过程的优化

优化发酵过程的直接目的，是为了获得较高的产物浓度（便于下游处理）、较高的底物转化率（降低原料成本）和较高的生产强度（缩短发酵周期）。

发酵过程优化的目标是使细胞生理调节、细胞环境、反应器特性、工艺操作条件与反应器控制之间的这种复杂的相互作用尽可能的简化，并对这些条件和相互关系进行优化，使之最适合特定发酵过程的进行。

那么，如何实验发酵过程的优化控制呢？

对于发酵过程的控制主要从以下几个方面入手：

1）培养基的优化（全因素试验、正交试验、响应面分析）；

2）发酵中间过程的优化（pH、溶氧、比生长速率）；

3）培养方式的改变（连续培养、补料培养、分批培养等）；

4）对于发酵过程中的发酵流体的模拟（CFD）来优化发酵罐的浆型、桨叶位置等方面。

对于不同微生物发酵系统，其过程控制优化的切入点各有侧重，需要根据不同发酵过程的特点，提出相应的优化控制策略，以实现发酵过程高产量、高产率和高生产强度的有机统一。