發(fā)酵過(guò)程工藝第一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五發(fā)酵，原本是指在厭氧條件下葡萄糖通過(guò)酵解途徑生成乳酸或乙醇等的分解代謝過(guò)程。在廣義的工藝上，則把發(fā)酵看做是微生物把一些原料養(yǎng)分在合適的條件下（通常是需氧）經(jīng)特定的代謝轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的過(guò)程。發(fā)酵是一種很復(fù)雜的生化過(guò)程，發(fā)酵生產(chǎn)受許多因素的影響和工藝條件的制約。需要多年的經(jīng)驗(yàn)才能掌握。生產(chǎn)菌種的代謝規(guī)律和發(fā)酵調(diào)控的基本知識(shí)對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)量意義重大。第二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五微生物發(fā)酵的生產(chǎn)水平不僅取決于生產(chǎn)菌種本身的性能，而且要賦以合適的環(huán)境條件才能使它的生產(chǎn)能力充分表達(dá)出來(lái)；必須了解有關(guān)生產(chǎn)菌種對(duì)環(huán)境條件的要求，如培養(yǎng)基、培養(yǎng)溫度、pH、氧的需求等，并深入了解生產(chǎn)菌在合成產(chǎn)物過(guò)程中的代謝調(diào)控機(jī)制以及可能的代謝途徑，為設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)工藝提供理論基礎(chǔ)；通過(guò)各種監(jiān)測(cè)手段如取樣測(cè)定隨時(shí)間變化的菌體濃度，糖、氮消耗及產(chǎn)物，以及采用傳感器測(cè)定發(fā)酵罐中的培養(yǎng)溫度、pH、溶解氧等參數(shù)情況，并予以有效地控制，使生產(chǎn)菌種處于產(chǎn)物合成的優(yōu)化環(huán)境中。第一節(jié)發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化與控制參數(shù)一、發(fā)酵工藝過(guò)程控制的重要性第三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五從產(chǎn)物形成來(lái)說(shuō)，代謝變化就是反映發(fā)酵中的菌體生長(zhǎng)、發(fā)酵參數(shù)的變化（培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件）和產(chǎn)物形成速率這三者之間的關(guān)系。二、發(fā)酵過(guò)程的代謝變化規(guī)律一般來(lái)說(shuō)，微生物的培養(yǎng)方式分為分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵及連續(xù)發(fā)酵四種類型的操作方式。第四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、分批發(fā)酵指在一個(gè)封閉的培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)投入有限數(shù)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（基質(zhì)）后接入種子進(jìn)行培養(yǎng)的發(fā)酵方式。即一次性投料，一次性收獲產(chǎn)品的發(fā)酵方式。在該系統(tǒng)里種子接種到培養(yǎng)基后，除了氣體流通外，發(fā)酵液始終留在生物反應(yīng)器內(nèi)。延滯期指數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期時(shí)間（t）菌體濃度分批培養(yǎng)條件下的典型生長(zhǎng)曲線第五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五分批培養(yǎng)過(guò)程中隨著培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷減少，微生物生長(zhǎng)的環(huán)境條件也不斷變化，因此，微生物分批培養(yǎng)是一種非穩(wěn)態(tài)的培養(yǎng)方法。第六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五生長(zhǎng)階段細(xì)胞特征停滯期為適應(yīng)新環(huán)境的需要，細(xì)胞個(gè)體增大，合成新的酶及細(xì)胞物質(zhì)，細(xì)胞數(shù)量增加很少，微生物對(duì)不良環(huán)境的抵抗力下降。當(dāng)接種的是老齡化的或饑餓的細(xì)胞時(shí)，停滯期將延長(zhǎng)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞活力很強(qiáng)，生長(zhǎng)速率達(dá)到最大值且保持穩(wěn)定、速率大小取決于培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境穩(wěn)定期隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗和產(chǎn)物的積累，微生物的生長(zhǎng)速率下降等于死亡速率，系統(tǒng)中活微生物數(shù)保持穩(wěn)定衰亡期由于自溶酶的作用或有害物質(zhì)的積累，使細(xì)胞破裂死亡第七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、微生物分批培養(yǎng)生長(zhǎng)速度的動(dòng)力學(xué)方程1942年，Monod提出了在特定溫度、pH值、營(yíng)養(yǎng)物類型、營(yíng)養(yǎng)物濃度條件下，微生物細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率與限制性營(yíng)養(yǎng)物濃度之間存在如下關(guān)系：μ=μmaxS/（Ka+S）μmax——微生物的最大比生長(zhǎng)速率S——限制性營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的濃度Ks——飽和常數(shù)第八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五Monod方程的幾點(diǎn)說(shuō)明a：分批培養(yǎng)過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)方程，在純培養(yǎng)情況下，只有當(dāng)微生物細(xì)胞生長(zhǎng)受一種限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制約時(shí)，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相一致。b：K s反映了微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收的親和力的大小，數(shù)值越小，表明微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的親和力大。反之則親和力小。一般微生物的Ks值為0.1—120mg/L，是很小的。c：μmax隨微生物的種類和培養(yǎng)條件不同，一般來(lái)說(shuō)細(xì)菌的μmax大于霉菌，就同種微生物來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)溫度升高，μmax增大。第九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、分批培養(yǎng)時(shí)微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成的動(dòng)力學(xué)在發(fā)酵過(guò)程中，常用得率系數(shù)來(lái)描述微生物生長(zhǎng)過(guò)程的特征，即生成的細(xì)胞或產(chǎn)物與消耗的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的關(guān)系。在實(shí)際中，最常用的是細(xì)胞得率系數(shù)（Yx/s）和產(chǎn)物得率系數(shù)（Yp/s），分別定義為消耗1g營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生成的細(xì)胞的克數(shù)和生成產(chǎn)物的克數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)中可通過(guò)測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)細(xì)胞和產(chǎn)物的生成量及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。第十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五在分批培養(yǎng)過(guò)程中根據(jù)產(chǎn)物生成是否與菌體生長(zhǎng)同步的關(guān)系，將微生物產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué)分為①生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型和②非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型。A（葡萄糖異構(gòu)酶）B（菌體濃度）B（菌體濃度）A（殺念珠菌素）生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型產(chǎn)物的生成速率與菌體生長(zhǎng)速率成正比。這種產(chǎn)物通常是微生物分解基質(zhì)的直接產(chǎn)物，如酒精，但也有某些酶類，如脂肪酶和葡萄糖異構(gòu)酶產(chǎn)物的生成速率與菌體生長(zhǎng)速率成無(wú)關(guān)，而與菌體量的多少有關(guān)。對(duì)于生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型產(chǎn)品，可采用有利于細(xì)胞生長(zhǎng)的培養(yǎng)條件，延長(zhǎng)與產(chǎn)物合成有關(guān)的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。對(duì)于非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型產(chǎn)品，則宜縮短菌體的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并迅速獲得足夠量的菌體細(xì)胞后，延長(zhǎng)穩(wěn)定期，從而提高產(chǎn)量。第十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）有關(guān)分批發(fā)酵的幾點(diǎn)討論生產(chǎn)的對(duì)象不同，掌握工藝的重點(diǎn)不同產(chǎn)物為細(xì)胞本身——采用能支持最高生長(zhǎng)量的培養(yǎng)條件產(chǎn)物為初級(jí)代謝物——延長(zhǎng)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期產(chǎn)物為次級(jí)代謝物——縮短對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，延長(zhǎng)穩(wěn)定期（2）分批發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，周期短，染菌的機(jī)會(huì)減少生產(chǎn)過(guò)程易于控制、產(chǎn)品質(zhì)量易掌握。x缺點(diǎn)：分批發(fā)酵不適于測(cè)定過(guò)程動(dòng)力學(xué)，存在基質(zhì)的抑制問(wèn)題，出現(xiàn)二次生長(zhǎng)現(xiàn)象，對(duì)與一些對(duì)基質(zhì)敏感的產(chǎn)物，由于養(yǎng)分易耗盡，產(chǎn)率較低。第十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、補(bǔ)料－分批發(fā)酵（fed-batch）由于此過(guò)程只有料液的輸入沒(méi)有輸出，發(fā)酵液的體積在增加。補(bǔ)料分批培養(yǎng)（fed-batchculture，簡(jiǎn)稱FBC），是指在分批培養(yǎng)過(guò)程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，是分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)之間的一種過(guò)渡培養(yǎng)方式，是一種控制發(fā)酵的好方法，現(xiàn)已廣泛用于發(fā)酵工業(yè)。第十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五可以解除底物抑制、產(chǎn)物反饋抑制和分解代謝物的阻遏；可以避免在分批發(fā)酵中因一次投料過(guò)多造成細(xì)胞大量生長(zhǎng)所引起的影響，改善發(fā)酵流變學(xué)的性質(zhì)；可用作控制細(xì)胞質(zhì)量的手段，以提高發(fā)芽孢子的比例；可作為理論研究的手段，為自動(dòng)控制和最優(yōu)控制提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。（1）補(bǔ)料分批培養(yǎng)（FBC）的優(yōu)點(diǎn)第十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）補(bǔ)料優(yōu)化方式及控制連續(xù)流加、不連續(xù)流加、多周期流加快速流加、恒速流加、指數(shù)速率流加、變速流加單組分流加、多組分流加補(bǔ)料方式流加操作控制系統(tǒng)反饋控制無(wú)反饋控制直接方法間接方法以溶氧、pH值、呼吸商、排氣中CO2分壓及代謝產(chǎn)物濃度等作為控制參數(shù)直接以限制性營(yíng)養(yǎng)物濃度作為反饋參數(shù)，如控制氮源、碳源、C/N比等，由于目前缺乏能直接測(cè)量重要參數(shù)的傳感器，因此直接方法的使用受到了限制。第十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五３、半連續(xù)發(fā)酵是指在補(bǔ)料－分批發(fā)酵的基礎(chǔ)上，間歇地放掉部分發(fā)酵液（行業(yè)中稱為帶放）的培養(yǎng)方法。優(yōu)點(diǎn)：①可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾；②克服養(yǎng)分的不足，避免發(fā)酵過(guò)早結(jié)束；③緩解有害代謝產(chǎn)物的積累。放掉發(fā)酵液的同時(shí)也丟失了未利用的養(yǎng)分和處于生長(zhǎng)旺盛期的菌體丟失前體菌體易變異缺點(diǎn)第十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五４、連續(xù)發(fā)酵又稱連續(xù)流動(dòng)培養(yǎng)或開放型培養(yǎng)，即發(fā)酵過(guò)程中一邊補(bǔ)入新鮮的料液，并同時(shí)以相近的流速放出含有產(chǎn)品的發(fā)酵液的培養(yǎng)方法。在這樣的環(huán)境中培養(yǎng)，所提供的基質(zhì)對(duì)菌的生長(zhǎng)就受到限制，培養(yǎng)液中的菌體濃度能保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)（發(fā)酵液的體積不變）。第十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)又稱為恒化器，培養(yǎng)物的生長(zhǎng)速率受其周圍化學(xué)環(huán)境，即受培養(yǎng)基組分的限制。恒化器：一種微生物連續(xù)培養(yǎng)器。它以恒定的速度流出培養(yǎng)液，使容器中的微生物生長(zhǎng)繁殖始終低于最快生長(zhǎng)速度。這種容器反映的是培養(yǎng)基的化學(xué)環(huán)境恒定。第十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五連續(xù)發(fā)酵的缺點(diǎn)：長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)培養(yǎng)難以保證純種培養(yǎng)，并且菌種發(fā)生變異的可能性較大，且易污染雜菌。故在工業(yè)規(guī)模上很少采用。生產(chǎn)上只有丙酮丁醇厭氧發(fā)酵、紙漿液生產(chǎn)飼料酵母、以及活性污泥處理各種廢水等才使用連續(xù)培養(yǎng)工藝，此方法多數(shù)用于實(shí)驗(yàn)室以研究微生物的生理特性。與傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，連續(xù)發(fā)酵有以下優(yōu)點(diǎn)：①維持低基質(zhì)濃度：可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)，并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不至于加劇供氧的矛盾；②避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物；③可以提高設(shè)備利用率和單位時(shí)間的產(chǎn)量，節(jié)省發(fā)酵罐的非生產(chǎn)時(shí)間；產(chǎn)物質(zhì)量比較穩(wěn)定④便于自動(dòng)控制。第十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五在發(fā)酵工藝中，要想控制發(fā)酵，使其按人的意志轉(zhuǎn)移，是很難辦到的。因?yàn)橛绊懓l(fā)酵的因素太多，有些因素還是未知的，但了解發(fā)酵工藝條件對(duì)過(guò)程的影響和掌握反映菌的生理代謝和發(fā)酵過(guò)程變化的規(guī)律，可以幫助人們有效地控制微生物的生長(zhǎng)和生產(chǎn)。第二節(jié)發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù)第二十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù)pH值（酸堿度）溫度（℃）溶解氧濃度基質(zhì)含量空氣流量壓力攪拌轉(zhuǎn)速攪拌功率粘度濁度料液流量產(chǎn)物濃度氧化還原電位廢氣中的氧含量廢氣中的CO2含量菌絲形態(tài)菌體濃度第二十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五種子擴(kuò)大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制空氣除菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產(chǎn)下游處理發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵的一般流程第二十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五發(fā)酵工藝中幾個(gè)最常用的控制點(diǎn)溫度控制pH值控制溶氧控制二氧化碳控制泡沫的控制第二十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、溫度對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響：溫度升高，從酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來(lái)看，生長(zhǎng)代謝加快，但由于酶很容易熱失活，所以高溫時(shí)菌體易于衰老；對(duì)產(chǎn)物形成的影響：菌體生長(zhǎng)速率、呼吸強(qiáng)度和代謝產(chǎn)物形成速率的最適溫度往往是不同的；溫度升高，一般產(chǎn)物生成提前；對(duì)生物合成的方向的影響：反饋抑制隨溫度變化而改變；對(duì)發(fā)酵液物理性質(zhì)及溶解氧的影響：影響氧的溶解和傳遞，影響一些基質(zhì)的分解，間接影響生物合成。第二十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、影響發(fā)酵溫度的因素發(fā)酵熱的成分生物熱：微生物生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中的產(chǎn)熱攪拌熱：機(jī)械攪拌造成的摩擦熱蒸發(fā)熱：被通氣和蒸發(fā)水分帶走的熱量輻射熱：發(fā)酵罐罐體向外輻射的熱量Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q輻射

第二十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、發(fā)酵熱的測(cè)定①通過(guò)冷卻水進(jìn)出口溫度和流量測(cè)定：Q發(fā)酵=G·cw·(t1-t2)/VG—冷卻水流量；Cw—水的比熱；V—發(fā)酵液體積。②通過(guò)發(fā)酵液溫度隨時(shí)間上升的速率測(cè)定：Q發(fā)酵=(M1c1+M2c2)·SM1、c1—發(fā)酵液質(zhì)量、比熱；M2、c2—發(fā)酵罐質(zhì)量、比熱；S—溫度上升速率。第二十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、最適溫度選擇與發(fā)酵溫度控制溫度變化的一般規(guī)律與控制的一般原則接種后發(fā)酵溫度有下降趨勢(shì)，此時(shí)可適當(dāng)升高溫度，以利于孢子萌發(fā)和菌體的生長(zhǎng)繁殖；待發(fā)酵液溫度開始上升后，應(yīng)保持在菌體的最適生長(zhǎng)溫度；到主發(fā)酵旺盛階段，溫度應(yīng)控制在比最適生長(zhǎng)溫度低些，即代謝產(chǎn)物合成的最適溫度；到發(fā)酵后期，溫度下降，此時(shí)適當(dāng)升溫可提高產(chǎn)量。選擇是相對(duì)的，要考慮培養(yǎng)基成分、濃度；溶氧（溫升氧降）；生長(zhǎng)階段；培養(yǎng)條件等。第二十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、最適溫度選擇與發(fā)酵溫度控制

—最適溫度選擇最適溫度分最適生長(zhǎng)溫度和最適產(chǎn)物合成溫度，兩者往往不同，各階段可用不同溫度。如：青霉素分別為：30℃和24.7℃。青霉素發(fā)酵的溫度控制0-5h：30°C5-40h：25°C40-125h：20°C125-165h：25°C05358512530252025第二十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、最適溫度選擇與發(fā)酵溫度控制

—發(fā)酵溫度控制進(jìn)行溫度控制時(shí)應(yīng)考慮的因素不同菌種在不同生長(zhǎng)階段的生長(zhǎng)和生產(chǎn)特性參考其它發(fā)酵條件（通氣、培養(yǎng)基成分和濃度、pH值等），如通氣條件差時(shí)，則最適發(fā)酵溫度比通氣良好時(shí)低。第二十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、最適溫度選擇與發(fā)酵溫度控制

—發(fā)酵溫度控制溫度控制的方法冷卻是主要的方法，通常是利用發(fā)酵罐的熱交換裝置進(jìn)行降溫，如果氣溫較高，冷卻水溫度也較高時(shí)，多采用冷媒(鹽水)進(jìn)行降溫。發(fā)酵罐的熱交換裝置：罐外夾套罐內(nèi)蛇管、列管第三十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、pH值對(duì)發(fā)酵的影響及控制發(fā)酵液pH對(duì)菌體生長(zhǎng)、繁殖和產(chǎn)物積累影響較大。生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)和研究。菌體生長(zhǎng)、繁殖和產(chǎn)物積累的最適pH不一定相同。整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的pH是變化的。

1、pH對(duì)發(fā)酵的影響

2、影響發(fā)酵pH的因素

3、最適pH的選擇和調(diào)節(jié)第三十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、pH對(duì)發(fā)酵的影響微生物生長(zhǎng)最適pH值范圍不同的微生物具有不同的最適生長(zhǎng)的pH值和忍受的上下限細(xì)菌（6.5）7.0-8.0；放線菌（6.5）7.5-8.5；霉菌4.0-5.8；酵母菌3.8-6.0產(chǎn)物形成最適pH值范圍微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的最適pH值往往不同。少數(shù)一致，大多不同；有的偏高，有的偏低。第三十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五幾種抗生素生物合成的最適pH值鏈霉素（灰色鏈霉菌）、紅霉素：6.8~7.3金霉素（放線菌）、四環(huán)素（放線菌金色鏈叢菌）：5.9~6.3青霉素：6.5~6.8檸檬酸：3.5—4.0第三十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五同一種微生物在其不同的生長(zhǎng)階段和不同的生理生化過(guò)程中，對(duì)pH值的要求也不同。舉例：Aspergillusniger在pH2~2.5范圍時(shí)有利于合成檸檬酸，當(dāng)在pH2.5~6.5范圍內(nèi)時(shí)以菌體生長(zhǎng)為主，而在pH7.0時(shí)，則以合成草酸為主。丙酮丁醇梭菌在pH5.5~7.0范圍時(shí)，以菌體生長(zhǎng)為主，而在pH4.3~5.3范圍內(nèi)才進(jìn)行丙酮丁醇發(fā)酵。微生物 生長(zhǎng)最適pH 合成抗生素最適pH灰色鏈霉菌 6.3~6.9 6.7~7.3紅霉素鏈霉菌 6.6~7.0 6.8~7.3產(chǎn)黃青霉 6.5~7.2 6.2~6.8金霉素鏈霉菌 6.1~6.6 5.9~6.3龜裂鏈霉菌 6.0~6.6 5.8~6.1灰黃青霉 6.4~7.0 6.2~6.5生長(zhǎng)的最適pH值與發(fā)酵的最適pH值第三十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、pH對(duì)發(fā)酵的影響pH對(duì)微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成影響的原因：pH值影響菌體形態(tài)，如壁厚薄、長(zhǎng)徑比；pH值改變使原生質(zhì)膜電荷發(fā)生改變，影響菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的排出；pH值直接影響酶活性；pH值影響某些重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的離解，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用。pH影響生物合成的途徑。如：黑曲霉pH=2-3時(shí)產(chǎn)檸檬酸；近中性時(shí)產(chǎn)草酸、葡萄糖酸。第三十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、發(fā)酵過(guò)程pH值的變化在發(fā)酵過(guò)程中，隨著菌種對(duì)培養(yǎng)基碳、氮源的利用，隨著有機(jī)酸和氨基酸的積累，會(huì)使pH值產(chǎn)生一定的變化。1、生長(zhǎng)階段：相對(duì)于起始pH值來(lái)說(shuō)有變化。菌體產(chǎn)生蛋白酶水解培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)，生成銨離子，使pH上升至堿性；隨著菌體量增多，銨離子的消耗也增多，另外糖利用過(guò)程中有機(jī)酸的積累使pH值下降。2、生產(chǎn)階段：這個(gè)階段pH值趨于穩(wěn)定。3、自溶階段：隨著養(yǎng)分的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，培養(yǎng)液中氨基氮增加，致使pH又上升，此時(shí)菌體趨于自溶而代謝活動(dòng)終止。第三十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五pH值培養(yǎng)時(shí)間培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)液pH值的大致變化趨勢(shì)由此可見，在適合于菌生長(zhǎng)及合成產(chǎn)物的環(huán)境條件下，菌體本身具有一定的調(diào)節(jié)pH的能力，但是當(dāng)外界條件變化過(guò)于劇烈，菌體就失去了調(diào)節(jié)能力，培養(yǎng)液的pH就會(huì)波動(dòng)。第三十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、影響發(fā)酵pH的因素影響pH值的因素：培養(yǎng)基成份、微生物代謝特性決定發(fā)酵過(guò)程的pH變化。（綜合反映）此外，通氣狀況的變化，菌體自溶和雜菌污染都可能引起發(fā)酵液pH的變化。微生物改變培養(yǎng)液pH以適合自身生長(zhǎng)的能力很強(qiáng)。發(fā)酵液的實(shí)際pH是“成分”和“途徑”的統(tǒng)一。確定和有效控制pH在菌體生長(zhǎng)或產(chǎn)物積累的最適范圍是高產(chǎn)的保證。第三十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、影響發(fā)酵pH的因素生理堿性物質(zhì)和生理酸性物質(zhì)生理堿性物質(zhì)：經(jīng)微生物代謝后，導(dǎo)致pH上升（堿性物質(zhì)生成或酸性物質(zhì)消耗）的物質(zhì)。

如：有機(jī)氮源，硝酸鹽，有機(jī)酸。（產(chǎn)NH3、NaOH）生理酸性物質(zhì)：經(jīng)微生物代謝后，導(dǎo)致pH下降（酸性物質(zhì)生成或堿性物質(zhì)消耗）的物質(zhì)。

如：糖類（產(chǎn)有機(jī)酸），脂肪（產(chǎn)脂肪酸），銨鹽（氧化產(chǎn)硫酸）。第三十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、最適pH的選擇和調(diào)節(jié)最適pH的選擇和調(diào)節(jié)的原則：既有利于菌體的生長(zhǎng)繁殖，又可最大限度的獲得高產(chǎn)。根據(jù)不同微生物的特性，在發(fā)酵過(guò)程中隨時(shí)檢查pH

值的變化，選用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行調(diào)節(jié)。生長(zhǎng)最適pH和產(chǎn)物形成最適pH的相互關(guān)系：①兩者相同，范圍都寬；容易控制。②兩者相同，范圍都窄；必須嚴(yán)格控制。③兩者相同，范圍一寬一窄；必須嚴(yán)格控制。④兩者不同，范圍都窄；分別嚴(yán)格控制。第四十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、最適pH的選擇和調(diào)節(jié)選擇pH值的方法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。配制并始終調(diào)節(jié)控制不同pH，檢出菌體或產(chǎn)物最大值。調(diào)節(jié)pH值的方法：主要考慮培養(yǎng)基中生理酸、堿性物質(zhì)的配比；補(bǔ)料調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)通氣量、調(diào)整鹽類、氮源、碳源的配比平衡；如：青霉素生產(chǎn)的葡萄糖補(bǔ)加控制pH。（按需補(bǔ)糖比恒速補(bǔ)糖效果好。）添加弱酸或弱堿、加緩沖劑。（一般效果不好）第四十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、溶氧對(duì)發(fā)酵的影響氧是制約發(fā)酵進(jìn)行的重要因素氧難溶于水，培養(yǎng)基中貯存的氧量很少；

【25℃在水中的溶解度0.25mmol/L，在發(fā)酵液中則更低28℃時(shí)，飽和濃度7mg/L左右】高產(chǎn)株和加富培養(yǎng)基的采用以及發(fā)酵周期的縮短加劇了對(duì)氧的需求；形成產(chǎn)物的最佳氧濃度和生長(zhǎng)的最佳氧濃度有可能是不同的；發(fā)酵罐中氧的吸收率很低；（多數(shù)＜2%；通常＜1%）加大通氣量會(huì)引起過(guò)多泡沫；消泡劑不利于氧的溶解。第四十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五目前的發(fā)酵工業(yè)氧的利用率是很低的。在抗生素發(fā)酵中，被微生物利用的氧不超過(guò)空氣中含氧量的2%，即使是利用率高的谷氨酸發(fā)酵，也不過(guò)10%~30%，大量的無(wú)菌空氣被浪費(fèi)掉。第四十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、氧的傳遞和傳質(zhì)方程式①氧傳遞的阻力：氣相到氣液界面；氣液界面；通過(guò)液膜；液相；細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)表面液膜；固液界面；細(xì)胞團(tuán)內(nèi)；細(xì)胞壁；反應(yīng)（生化）阻力。從空氣泡到細(xì)胞內(nèi)總阻力為上述阻力之和。即1/kt=1/kG+1/kI+1/kL+1/kLB+1/kLC+1/kIS+1/kA+1/kW+1/kR液相主體到細(xì)胞壁，氧的濃度差很小。（細(xì)胞不結(jié)團(tuán)時(shí)，壁氧的濃度與液膜接近）。第四十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、氧的傳遞和傳質(zhì)方程式氧傳遞的總推動(dòng)力：氣相與細(xì)胞內(nèi)的氧分壓差和濃度差。減小阻力方法：

★液膜，氣液混合所生湍動(dòng)；細(xì)胞團(tuán)表面液膜，攪拌減小外徑，減少阻力；

★細(xì)胞團(tuán)內(nèi)阻力和壁阻力，攪拌減少逆向擴(kuò)散梯度；反應(yīng)阻力，培養(yǎng)基成分，培養(yǎng)條件，產(chǎn)物移去。第四十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、氧的傳遞和傳質(zhì)方程式②氣液相間的氧傳遞和氧傳質(zhì)方程式。（氧分壓和濃度變化圖7-7）氧傳遞的主要阻力存在于氣膜和液膜中。單位體積培養(yǎng)液中的氧傳遞速率：OTR（dc/dt）=KLa（C*-CL）

a—比表面積；KL—以氧濃度為推動(dòng)力的總傳遞系數(shù)（氧傳質(zhì)系數(shù)）

C*—?dú)庖浩胶獾囊合嘌鯘舛龋☉?yīng)有）；

CL—液相主體氧濃度（存在）。

第四十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五氣液相間的氧傳遞和氧傳質(zhì)方程式

培養(yǎng)物處于充裕的通氣情況下，

CL會(huì)逐漸接近C*，氧傳遞速率漸?。欢幱诓怀湓５耐馇闆r下，CL下降趨于0，氧傳遞速率最大。

（C*-CL—推動(dòng)力）第四十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、影響微生物對(duì)氧需求的因素

不同微生物對(duì)氧的需求不同，其耗氧速度用呼吸強(qiáng)度（比耗氧速率）來(lái)表示：

CLQO2=(QO2)m————(當(dāng)氧是限制性基質(zhì)時(shí))K0+CL(QO2)m——最大比耗氧速率；

CL——溶解氧濃度；

K0——氧的米氏常數(shù)。各種菌的K0和(QO2)m有定值（表7-3；表7-4）。第四十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五影響微生物對(duì)氧需求的因素菌的呼吸強(qiáng)度與菌種種類[K0，(QO2)m]和培養(yǎng)液中溶解氧濃度有關(guān)。CL增加，QO2增強(qiáng)；直至達(dá)到[CL/（K0+CL）≈1]臨界值，再不加大。如：圖7-8。第四十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、影響微生物對(duì)氧需求的因素?cái)z氧率：?jiǎn)挝惑w積培養(yǎng)液，在單位時(shí)間內(nèi)耗氧量。r=QO2·XX—細(xì)胞濃度。氧的滿足度：溶解氧濃度與臨界氧濃度之比。產(chǎn)物形成的最佳氧濃度有時(shí)與細(xì)胞生長(zhǎng)最佳氧濃度不同，需氧量差別較大，各有不同。第五十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五影響微生物攝氧率的因素

①菌種；②溶解氧濃度；③細(xì)胞濃度；④培養(yǎng)基成分和濃度：如：碳源，利用速度不同攝氧率不同；⑤pH；⑥溫度：溫度高，臨界值增高；⑦有毒物積累。抑制呼吸；⑧揮發(fā)性中間物（有機(jī)酸），加強(qiáng)。第五十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、培養(yǎng)基的流變特性

培養(yǎng)基的流變特性影響：動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞，繼而影響各種發(fā)酵條件。如：溶氧速率、氣體交換、發(fā)酵溫度、營(yíng)養(yǎng)物補(bǔ)充、PH值的調(diào)節(jié)等。培養(yǎng)液是一多相體系，由液相、固相（菌體，不溶性培養(yǎng)基組分）和氣相構(gòu)成。第五十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五①牛頓流體和非牛頓流體

牛頓型流體：服從牛頓黏性定律，黏度只是溫度的函數(shù)，與流變狀態(tài)無(wú)關(guān)。即發(fā)酵罐中任何局部黏度相同，與攪拌速度、半徑無(wú)關(guān)。（清細(xì)菌、酵母液）非牛頓型流體：不服從牛頓黏性定律，其黏度不僅受溫度影響，而且隨流動(dòng)狀態(tài)而異?？煞譃閹追N類型的流體。與切變率r有關(guān)。（放線菌、霉菌、高濃度細(xì)菌、酵母培養(yǎng)液）第五十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五②非牛頓流體的攪拌功率罐中非牛頓流體的平均切變率與攪拌速度成正比。_

平均切變率r=kN

k—無(wú)因次常數(shù)

N—攪拌器轉(zhuǎn)速對(duì)不同的非牛頓流體，采用不同型式和大小的攪拌器，k值一般在10-13之間。在發(fā)酵過(guò)程中，培養(yǎng)液的黏度系數(shù)K、流變特征指數(shù)n表現(xiàn)出時(shí)變性。第五十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、影響供氧的因素

由氧傳質(zhì)方程式：

OTR=KLa（C*-CL）可知，以下因素影響氧傳遞速率：（1）影響KLα的因素；（2）影響推動(dòng)力（C*-CL）的因素。第五十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）影響KLα的因素①攪拌：攪拌的作用是把通入的氣體打碎氣泡變小，增大氣液相接觸面積；延長(zhǎng)汽泡在液體中的停留時(shí)間；增加湍動(dòng)程度，減小氣泡外液膜厚度，減小阻力；使培養(yǎng)基成分和細(xì)胞均勻分布，利于營(yíng)養(yǎng)物吸收，代謝物擴(kuò)散。攪拌比通氣速度對(duì)KLα的影響更明顯。

第五十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五通氣效率還與罐體積（越小越好）、罐形狀、結(jié)構(gòu)、攪拌器形式、擋板有關(guān)。而通常發(fā)酵裝置采用的機(jī)械攪拌的方式是普通提高溶氧系數(shù)的行之有效的方法但攪拌速度過(guò)高，會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷，并會(huì)增加傳熱的負(fù)擔(dān)。第五十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）影響KLα的因素②空氣流量：供氧，帶走廢氣。KLa隨空氣流量增加而增加，但有限度。如超過(guò)限度，攪拌器在空氣泡中空轉(zhuǎn)，不能分散空氣，攪拌功率下降。氣沿軸逸出。第五十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）影響KLα的因素③培養(yǎng)液性質(zhì)的影響：微生物生長(zhǎng)繁殖和代謝可引起發(fā)酵液密度、黏度、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)的變化。這些性質(zhì)的變化都會(huì)影響KLa值。如：黏度增大，滯留液膜厚度增加，傳質(zhì)阻力增大；同時(shí)黏度影響擴(kuò)散系數(shù)，使通氣效率降低。綜合操作條件和流體性質(zhì)對(duì)KLα的影響，有：KLα表面張力、黏度、離子濃度、密度等)第五十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）影響KLα的因素④微生物生長(zhǎng)的影響：

細(xì)胞濃度增加，KLa值變小，細(xì)胞濃度相同時(shí)，如球狀菌菌懸液的KLa值是絲狀菌懸液KLa值的兩倍。（流動(dòng)特性，稠度差別較大）

第六十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）影響KLα的因素

⑤消沫劑的影響：消泡劑的油脂等具有親水基團(tuán)和疏水端分布于氣液界面，增大傳遞阻力，使KL下降（雖使a增大）。產(chǎn)生泡沫原因多樣，其中發(fā)酵性泡沫氧低，CO2高，不易破，“逃液”。消沫劑雖然使KL下降，但最終會(huì)有效的改善發(fā)酵液的通氣效率。（消泡沫的重要手段）第六十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）影響KLα的因素⑥離子強(qiáng)度的影響：氣泡在電解質(zhì)溶液中，比在水中小很多，a較大，KLa值也比水大。并隨濃度增加而增大。丙酮、乙醇、甲醇等有機(jī)溶劑也有類似情況。第六十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五綜上，KL和a兩個(gè)系數(shù)常以乘積的形式一起應(yīng)用，俗稱為“通氣效率”可用來(lái)衡量發(fā)酵罐的通氣狀況。高值表示通氣條件富裕；低值則表示通氣條件貧乏。第六十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）影響推動(dòng)力的因素

提高推動(dòng)力實(shí)際上是增加氧的飽和度C*。影響因素有：①溫度：常壓下，隨溫度升高而降低。②溶質(zhì)的影響：隨濃度增加氧飽和度下降。電解質(zhì)，因鹽析作用而降低；有機(jī)溶液，升高。③罐壓：罐壓增加，溶解氧濃度增加，但CO2也增加且更快。不利于液相中CO2排出。對(duì)細(xì)胞滲透壓有不利影響。④純氧：富氧通氣、溶解氧增加。但生產(chǎn)成本提高，不夠經(jīng)濟(jì)。第六十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五5、液相體積氧傳遞系數(shù)KLα的測(cè)定常握供氧，需氧情況，要測(cè)定：溶解氧濃度，攝氧率和液相體積氧傳遞系數(shù)KLa。1.攝氧率的測(cè)定：先用純水標(biāo)定電極，得單位電流值代表的溶解氧濃度；測(cè)定時(shí)、關(guān)氣、除氣、保持?jǐn)嚢瑁患?xì)胞耗氧，培養(yǎng)基氧降，電流值降，攝氧率r求出。第六十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五5、液相體積氧傳遞系數(shù)KLα的測(cè)定2.液相體積氧傳遞系數(shù)KLa的測(cè)定：可用直接測(cè)定法，動(dòng)態(tài)測(cè)定法。用復(fù)膜氧電極測(cè)定，停氣、N氣、除氣，保攪拌；溶氧下降，到呼吸臨界氧濃度時(shí)，恢復(fù)通氣。溶解氧濃度為縱坐標(biāo)，測(cè)定時(shí)間為橫坐標(biāo)。制得曲線，其斜率=-1/KLα；延長(zhǎng)線與縱軸的截距為C*。第六十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五6、控制溶氧的工藝手段（1）改變通氣速率改變通氣速率主要是通過(guò)變化KLα來(lái)改變供氧能力。有2種情況：A：在低通氣量的情況下，增大通氣量對(duì)提高溶氧濃度有十分顯著的效果B:在空氣流速已經(jīng)十分大的情況下，再增加通氣速率，作用便不明顯。反而會(huì)產(chǎn)生某些副作用。如：泡沫的形成，水分的蒸發(fā)、罐溫的增加、以及雜菌幾率增加等第六十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）改變攪拌速度一般說(shuō)來(lái)，改變攪拌速度的效果要比改變通氣速率大，原因是A:通氣泡沫被充分破碎，增加有效氣液接觸面積B：液流的滯流增加，氣泡周圍液膜厚度和菌絲表面液膜厚度減小，并延長(zhǎng)了氣泡在液體中的停留時(shí)間，因而就較明顯地增加了KLα提高了供氧能力。第六十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（3）改變氣體組成中的氧分壓用通入純氧的方法來(lái)改變空氣中氧的含量，提高了C*,因而提高了供氧能力。純氧成本高，但對(duì)于某些發(fā)酵需要時(shí)，如溶氧低于臨界值時(shí)，短時(shí)間內(nèi)加入純氧是有效而可行的。這種方法在實(shí)驗(yàn)室動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)中已被采用第六十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（4）改變罐壓改變罐壓，實(shí)際上就是改變氧的分壓來(lái)提高C*，從而提高供氧能力，但是通常不是一種高效方法因?yàn)椋篈：提高罐壓就要相應(yīng)的增加空壓機(jī)的出口壓力，增加了動(dòng)能消耗B:發(fā)酵罐的強(qiáng)度也要相應(yīng)增加C：提高罐壓后，產(chǎn)生的CO2溶解量也要增加，會(huì)使發(fā)酵液的pH值發(fā)生變化，對(duì)菌體生產(chǎn)是極為不利的。第七十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（5）改變發(fā)酵液的理化性質(zhì)如果培養(yǎng)基的性質(zhì)是限制氧傳遞的因素時(shí)，要根據(jù)具體的狀況對(duì)培養(yǎng)液的某一物理性質(zhì)加以改造：如加入消泡劑、補(bǔ)加無(wú)菌水、改變培養(yǎng)基的成分等都可以改善通氣效果，以適應(yīng)菌的生長(zhǎng)和生產(chǎn)。第七十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（6）加入傳氧中間介質(zhì)近年來(lái)通過(guò)中間介質(zhì)的加入來(lái)提高生物應(yīng)用的傳氧系數(shù)已引起了注意。這些傳氧介質(zhì)一般是不溶于培養(yǎng)基的液體，呈乳化狀態(tài)來(lái)提高氣液相之間的傳遞。在氣液相之間起到了氧傳遞的促進(jìn)作用A：血紅蛋白B：烴類碳?xì)浠衔铮河汀⑹?、甲苯）C:含氟碳化物第七十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響及控制二氧化碳的來(lái)源：是微生物的代謝產(chǎn)物，也是某些合成代謝的一種基質(zhì)。二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響：

1、對(duì)菌體；

2、對(duì)產(chǎn)物。第七十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五例如，在產(chǎn)黃青霉的生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成中的CO2來(lái)源菌體生長(zhǎng)：菌體維持：青霉素生產(chǎn)：第七十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響1、對(duì)菌體：

◆CO2效應(yīng)：在發(fā)酵生產(chǎn)中不同微生物或某一生長(zhǎng)階段對(duì)二氧化碳有著特殊的要求（促進(jìn)或必須）；

◆通常對(duì)菌體生長(zhǎng)有抑制作用。排氣中高于4％時(shí)，糖代謝和呼吸速率下降。2、對(duì)產(chǎn)物：

◆需占一定的比例（或分壓），過(guò)高、過(guò)低產(chǎn)量都會(huì)下降；

◆CO2對(duì)某些發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用。如：抗生素，組氨酸等；

◆二氧化碳可通過(guò)改變pH而影響發(fā)酵生產(chǎn)。第七十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五原因：

CO2作用膜脂質(zhì)核心部位，改變膜流動(dòng)性及表面電荷密度，影響膜運(yùn)輸效率，導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)受限制，形態(tài)改變；（HCO3-影響細(xì)胞膜的膜蛋白）也可產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?，使PH下降，與其他物質(zhì)反應(yīng)，與生長(zhǎng)必需金屬離子形成碳酸鹽沉淀，過(guò)分耗氧，引起溶解氧下降等，影響菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成。第七十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五發(fā)酵液中CO2濃度的影響因素：◆細(xì)胞呼吸強(qiáng)度；◆發(fā)酵液流變學(xué)特性；◆通氣攪拌程度；◆罐壓大?。弧粼O(shè)備規(guī)模。二氧化碳濃度的控制方法：◆調(diào)節(jié)罐壓、通氣量和攪拌速度；◆補(bǔ)料。（青霉素：補(bǔ)糖，增加CO2

產(chǎn)生，降低PH。）第七十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系呼吸商：發(fā)酵過(guò)程中二氧化碳的釋放率（CER）與攝氧率（OUR）的比值稱為呼吸商。也即呼吸作用所釋放的CO2和吸收的O2的分子比。第七十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五糖類：當(dāng)其完全氧化分解時(shí)，氧只用于與碳形成二氧化碳，也就是說(shuō)每釋放m摩爾CO2需吸收m摩爾O2，故呼吸商為1。

脂質(zhì)：完全氧化分解時(shí)，由于其分子中氫對(duì)氧的比例較糖分子中高，氧既需用于碳氧化，也要用于與氫氧化，需消耗較多的氧，故呼吸商小于1（0.7～0.8

）在低氧的條件下，由于生物體內(nèi)存在無(wú)氧呼吸，特別是以糖類做為呼吸底物時(shí)，呼吸商明顯會(huì)大于1。因此生物體呼吸作用類型的不同，在一定程度上也影響呼吸商數(shù)值的大小。另外，如果呼吸底物是機(jī)酸，因其相對(duì)含氧量高，呼吸商也會(huì)大于1。

第七十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五五、泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及控制泡沫產(chǎn)生的原因泡沫過(guò)多對(duì)發(fā)酵的危害泡沫的消長(zhǎng)規(guī)律泡沫的消除和防止第八十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、泡沫產(chǎn)生的原因充氣產(chǎn)生泡沫微生物代謝氣體形成泡沫泡沫的產(chǎn)生與培養(yǎng)基性質(zhì)有關(guān)（蛋白質(zhì)原料、蜜糖水解原料，淀粉水解不完全時(shí)易發(fā)泡）第八十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、泡沫過(guò)多對(duì)發(fā)酵的危害使裝量減少，或造成跑液，使產(chǎn)量降低；通過(guò)軸封泄漏，污染設(shè)備，增加染菌機(jī)會(huì)；菌體粘附罐頂、罐壁，發(fā)酵液中菌體量減少；影響通氣攪拌的進(jìn)行，造成減產(chǎn)或菌體提前自溶；菌體提前自溶會(huì)促使更多泡沫形成，惡性循環(huán)；減風(fēng)量，影響溶解氧濃度，影響生長(zhǎng)、代謝；加消泡劑，給提取工藝帶來(lái)困難。第八十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、泡沫的消長(zhǎng)規(guī)律通氣和攪拌：隨通氣和攪拌增加而增加，攪拌比通氣影響大；培養(yǎng)基原料性質(zhì)：蛋白胨、玉米漿、花生餅粉、黃豆餅粉、酵母粉等蛋白質(zhì)原料是主要發(fā)泡物質(zhì)；第八十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五培養(yǎng)基滅菌方法：溫度過(guò)高，形成蛋白黑色素，5—羥甲基糖醛，泡沫增多；細(xì)胞代謝活動(dòng)：初期，高粘度、低張力，泡多；中期，粘度降、張力升，泡少；后期，自溶，泡沫上升。第八十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、泡沫的消除和防止消泡方法：改變培養(yǎng)基成份，減少通氣，選育新生產(chǎn)種化學(xué)法：添加消泡劑（油類等），應(yīng)用面廣機(jī)械法：靠機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)，壓力的變化，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 第八十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、泡沫的消除和防止化學(xué)消泡法機(jī)理：由于消泡劑本身的表面張力較低，當(dāng)其與氣泡膜表面接觸時(shí)，使氣泡膜局部的表面張力降低，從而使氣泡破裂。消泡劑的特點(diǎn)：是表面活性劑，具有一定的親水性，溶解度較小，無(wú)毒，不干擾溶氧、pH值等測(cè)定儀表的使用，來(lái)源廣，價(jià)廉。缺點(diǎn)： 1、消耗多種油類或化工原料；

2、使發(fā)酵液中氧的吸收減少1/5-1/3。第八十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.化學(xué)消泡法A.消泡劑的作用：降低泡沫液膜的機(jī)械強(qiáng)度；降低液膜的表面黏度；兼有兩者的作用，達(dá)到破裂泡沫的目的。B.作為生物工業(yè)理想的消泡劑，應(yīng)具備下列條件：應(yīng)該在氣－液界面上具有足夠大的鋪展系數(shù)，才能迅速發(fā)揮消泡作用，這就要求消泡劑有一定的親水性；應(yīng)該在低濃度時(shí)具有消泡活性；應(yīng)該具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；應(yīng)該對(duì)微生物、人類和動(dòng)物無(wú)毒性；應(yīng)該對(duì)產(chǎn)物的提取不產(chǎn)生影響；不會(huì)在使用、運(yùn)輸中引起任何危害；來(lái)源方便，成本低；應(yīng)該對(duì)氧傳遞不產(chǎn)生影響；能耐高溫滅菌。第八十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五C.常用的消泡劑有4大類：天然油脂類高級(jí)醇類聚醚類硅樹脂類以天然油脂類和聚醚類在生物發(fā)酵中最為常用。豆油、玉米油、棉籽油、菜籽油和豬油等。油不僅用作消泡劑，還可作為碳源和發(fā)酵控制的手段。在發(fā)酵中，要控制油的質(zhì)量、新鮮程度，并要進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)檢驗(yàn)。聚醚類消泡劑品種很多，它們是氧化丙稀或氧化丙稀和環(huán)氧乙烷與甘油聚合而成的聚合物。聚氧丙稀甘油（GP型）——氧化丙稀和甘油聚合；親水性差，在發(fā)泡介質(zhì)中的溶解度小，所以用于稀薄發(fā)酵液中要比用于粘稠發(fā)酵液中的效果好；抑泡性能比消泡性能好，適宜用于基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，以抑制泡沫的產(chǎn)生。聚氧乙烯氧丙稀甘油（GPE型，泡敵）——氧化丙稀、環(huán)氧乙烷與甘油聚合；親水性好，在發(fā)泡介質(zhì)中易鋪展，消泡能力強(qiáng)，作用快，溶解度大，消泡活性維持時(shí)間短，用于粘稠發(fā)酵液的效果比用于稀薄的好。第八十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五化學(xué)消泡劑的應(yīng)用主要取決于該消泡劑的消泡性能和擴(kuò)散能力，還與加入量和加入時(shí)機(jī)有關(guān)。生產(chǎn)上常用以下方法：（1）借助某些載體和機(jī)械作用使消泡劑更易于在發(fā)酵液中進(jìn)行分散。同時(shí)載體的使用能產(chǎn)生明顯的增效作用：如當(dāng)用聚丙烯甘油作消泡劑時(shí)，以豆油為載體的消泡增效作用非常明顯。第八十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）多種消泡劑并用可增強(qiáng)消泡效果：如用0.5%-3%的硅酮、20%-30%的植物油、5%-10%的聚乙醇二油酸脂、1%-4%的多元醇脂肪酸組成的混合消泡劑有明顯的消泡增強(qiáng)效果（3）利用乳化劑增強(qiáng)消泡劑的消泡效果，如與吐溫80-作為乳化劑可增強(qiáng)聚氧丙烯甘油的消泡效果1—2倍。第九十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、泡沫的消除和防止機(jī)械消泡優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省原料、減少了染菌機(jī)會(huì)缺點(diǎn)：不能從根本上消除引起氣泡的原因，不如化學(xué)消泡迅速可靠，需設(shè)備，耗能。機(jī)械消泡裝置的選擇依據(jù)：

動(dòng)力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、清潔（殺菌）容易、維修（保養(yǎng)）費(fèi)用少第九十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、泡沫的消除和防止機(jī)械消泡方法罐內(nèi)消泡：在發(fā)酵罐內(nèi)消除泡沫耙式消泡槳、碟式消泡器等罐外消泡：將泡沫引出發(fā)酵罐外，消泡后再 返回罐內(nèi)旋轉(zhuǎn)葉片消泡器、離心式消泡器等第九十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、泡沫的消除和防止耙式消泡槳第九十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、泡沫的消除和防止碟片式消泡器（罐頂）優(yōu)點(diǎn)：消泡能力強(qiáng)，功耗小

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)麻煩馬達(dá)泡沫液體第九十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、泡沫的消除和防止旋轉(zhuǎn)葉片罐外消泡第九十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、泡沫的消除和防止離心力罐外消泡（分散法）第九十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五*、中間控制—補(bǔ)料補(bǔ)料的內(nèi)容補(bǔ)充能源和碳源補(bǔ)充氮源補(bǔ)充微量元素和無(wú)機(jī)鹽補(bǔ)充誘導(dǎo)酶的作用底物補(bǔ)料的原則：根據(jù)微生物的生長(zhǎng)代謝與生物合成規(guī)律，控制微生物的中間代謝，使之向有利于生產(chǎn)的方向發(fā)展。第九十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五中間控制—補(bǔ)料補(bǔ)料中應(yīng)注意的問(wèn)題選擇合適的補(bǔ)料的時(shí)機(jī)、方式和控制指標(biāo)料液的配比要恰當(dāng)（如C/N等）注意對(duì)培養(yǎng)基性質(zhì)的改變（如pH值等）加強(qiáng)無(wú)菌控制經(jīng)濟(jì)、節(jié)約第九十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五六發(fā)酵終點(diǎn)的判斷要確定一個(gè)合理的放罐時(shí)間，需要考慮下列幾個(gè)因素：一、經(jīng)濟(jì)因素二、產(chǎn)品質(zhì)量因素三、特殊因素以最低的成本來(lái)獲得最大生產(chǎn)能力的時(shí)間為最適發(fā)酵時(shí)間。在正常情況下，可根據(jù)作業(yè)計(jì)劃，按時(shí)放罐；在異常情況下，如染菌、代謝異常（糖耗緩慢等），就應(yīng)根據(jù)不同情況，進(jìn)行適當(dāng)處理，以免倒罐。為了能夠得到盡量多的產(chǎn)物，應(yīng)該及時(shí)采取措施（如改變溫度或補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)等），并適當(dāng)提前或拖后放罐時(shí)間。第九十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五判斷放罐的指標(biāo)：產(chǎn)物濃度、過(guò)濾速度、菌絲形態(tài)、氨基氮、pH、DO、發(fā)酵液的黏度和外觀等。一般，菌絲自溶前會(huì)出現(xiàn)一些跡象：如氨基氮、DO和pH值開始上升、菌絲碎片增多、黏度增加、過(guò)濾速度下降等。對(duì)于絕大多數(shù)抗生素類，放罐時(shí)間掌握在菌絲自溶前，以便胞內(nèi)抗生素釋放出來(lái)?？傊l(fā)酵終點(diǎn)的判斷需綜合多方面的因素統(tǒng)籌考慮。第一百頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)發(fā)酵過(guò)程檢測(cè)與自控電子計(jì)算機(jī)的使用，為發(fā)酵過(guò)程的檢測(cè)和自控注入了巨大的活力。檢測(cè)方法：物理測(cè)量（如溫度、壓力、體積、流量等）物理化學(xué)測(cè)量（pH值、溶氧、溶CO2、氧化還原電位、氣相成分等）化學(xué)測(cè)量（基質(zhì)、前體、產(chǎn)物等的濃度）生物學(xué)和生物化學(xué)測(cè)量（生物量、細(xì)胞形態(tài)、酶活性、胞內(nèi)成分等）第一百零一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五發(fā)酵過(guò)程自控是根據(jù)對(duì)過(guò)程變量的有效測(cè)量及對(duì)過(guò)程變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，借助于由自動(dòng)化儀表和電子計(jì)算機(jī)組成的控制器，操縱其中一些關(guān)鍵變量，使過(guò)程向著預(yù)定的目標(biāo)發(fā)展。包括：和過(guò)程的未來(lái)狀態(tài)相聯(lián)系的控制目的或目標(biāo)（如要求控制的溫度、pH值、生物量濃度等）；一組可供選擇的控制動(dòng)作（如閥門的開、關(guān)，泵的開、停等）；一種能夠預(yù)測(cè)控制動(dòng)作對(duì)過(guò)程狀態(tài)影響的模型（如用加入基質(zhì)的濃度和速率控制細(xì)胞生長(zhǎng)率時(shí)需要能表達(dá)它們之間相關(guān)關(guān)系的數(shù)學(xué)式）。這三者相互聯(lián)系、相互制約，組成具有特定自控功能的自控系統(tǒng)。第一百零二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五一、狀態(tài)參數(shù)指能反映過(guò)程中菌的生理代謝狀況的參數(shù)，如pH、溶氧、CO2、尾氣O2、黏度、菌濃等。應(yīng)用的探頭必須耐反復(fù)的高溫蒸汽滅菌?；蚩缮炜s的探頭二、間接參數(shù)指通過(guò)基本參數(shù)求得的，如攝氧率（OUR）、KLα、呼吸商（RQ）等。三、離線發(fā)酵分析目前的發(fā)酵液中的基質(zhì)、前體和代謝產(chǎn)物的分析都依賴于人工取樣和離線分析，見表7-16.第一百零三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)發(fā)酵過(guò)程控制系統(tǒng),可用于發(fā)酵過(guò)程營(yíng)養(yǎng)劑補(bǔ)加控制、消沫控制以及對(duì)發(fā)酵過(guò)程中溫度、罐壓、PH值、供氣量等參數(shù)的控制。系統(tǒng)用于抗生素、VC、VB、酶制劑、酵母、味精等發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程控制。第一百零四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五在線監(jiān)測(cè)圖示第一百零五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五我國(guó)是發(fā)酵工業(yè)大國(guó),但目前我國(guó)發(fā)酵工業(yè)的控制技術(shù)還比較落后,在工業(yè)生產(chǎn)中仍以人工控制為主,采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)起步較晚,普及率太低?！捌呶濉蹦┢?首先在青霉素發(fā)酵過(guò)程中進(jìn)行試驗(yàn),并取得了良好的效果?！鞍宋濉逼陂g又陸續(xù)在土霉素、潔霉素、維生素C等產(chǎn)品中推廣應(yīng)用,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。統(tǒng)計(jì)資料表明,我國(guó)青霉素發(fā)酵單位“七五”期間在25000U/m1左右徘徊,由于采用計(jì)算機(jī)發(fā)酵過(guò)程控制技術(shù)和菌種的改進(jìn),到“八五”期間已經(jīng)突破5000U/m1大關(guān)。僅華北制藥廠、哈藥總廠與“七五”期間相比,年純?cè)鼋?jīng)濟(jì)效益超過(guò)3000萬(wàn)元?！笆濉逼陂g,國(guó)家醫(yī)藥管理局仍然把發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)列為推廣工作的重點(diǎn)。

第一百零六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五FKⅠ型發(fā)酵過(guò)程控制系統(tǒng)

1主要技術(shù)參數(shù)

·檢測(cè)參數(shù):發(fā)酵溫度、消毒溫度、通氣流量、罐壓力、發(fā)酵液體積、PH值、溶解氧分子含量、尾氣中的二氧化碳和二氧化碳含量、攪拌速度等,以及公用工程參數(shù)檢測(cè)。

·控制參數(shù):發(fā)酵溫度控制、發(fā)酵液PH值控制、營(yíng)養(yǎng)劑流加控制、消沫防逃液控制、通氣流量控制、罐頂壓力控制、連消控制等。

第一百零七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2系統(tǒng)的構(gòu)成

發(fā)酵過(guò)程控制系統(tǒng)采用三級(jí)管理,也可只取二級(jí)管理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,自成一個(gè)二級(jí)管理的控制DCS系統(tǒng),監(jiān)控站用于對(duì)全車間發(fā)酵罐群的集中檢測(cè)與參數(shù)給定控制,并對(duì)各罐發(fā)酵參數(shù)集中顯示和存儲(chǔ)。監(jiān)控站配有51厘米彩色CRT、點(diǎn)陣打印機(jī)和彩色噴墨打印機(jī)(PRN)。針式點(diǎn)陣打印機(jī)用于各種數(shù)據(jù)表格打印,彩噴用于顯示彩色畫面拷貝。主要畫面括概貌畫面,分組畫面,單元畫面,報(bào)警畫面,動(dòng)態(tài)流程畫面,實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫面和歷史趨勢(shì)畫面等。第一百零八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3與發(fā)酵控制系統(tǒng)配套的儀表(1)補(bǔ)料控制器

補(bǔ)料控制器主要是為了解決發(fā)酵過(guò)程中由于料液清潔度、粘度和高溫滅菌等因素,使用常規(guī)的流量計(jì)與調(diào)節(jié)閥反饋控制難以保持正常工作狀態(tài),特別是無(wú)法克服發(fā)酵過(guò)程染菌的問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。采用了計(jì)量罐與開關(guān)閥控制的方法。其工作原理是:根據(jù)計(jì)量罐體積和補(bǔ)料速率計(jì)算出補(bǔ)一罐營(yíng)養(yǎng)劑的周期,通過(guò)改變補(bǔ)一罐料液的周期來(lái)改變補(bǔ)料速率。例如:選用1升罐體,設(shè)定補(bǔ)料率為100升/小時(shí),在計(jì)算機(jī)控制下,把1小時(shí)分成100個(gè)等間隔時(shí)間,分別在此時(shí)間內(nèi)流加一罐營(yíng)養(yǎng)劑,即每36秒鐘補(bǔ)加一罐營(yíng)養(yǎng)劑。

第一百零九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3與發(fā)酵控制系統(tǒng)配套的儀表(2)FXⅠ防污染消沫控制器

在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中,經(jīng)常拌隨著泡沫的產(chǎn)生,當(dāng)泡沫增多時(shí),除了給發(fā)酵帶來(lái)很多不利因素,還會(huì)出現(xiàn)逃液,給生產(chǎn)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)酵過(guò)程中,消沫控制是不可缺少的工作。

目前在國(guó)內(nèi)發(fā)酵工業(yè)中,均采用電阻式單電極測(cè)量原理的消沫控制,在一般正常工作條件下來(lái)達(dá)到消沫目的。但在使用過(guò)程中,由于污染結(jié)垢而引起電極絕緣性能下降,在電極表面產(chǎn)生泄漏電流,造成電極呈短路狀態(tài),引起控制失靈,產(chǎn)生誤動(dòng)作,造成過(guò)量加入消泡劑,同樣給生產(chǎn)造成損失。

第一百一十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五FXⅠ防污染消沫控制器采用雙電極式電阻測(cè)量原理,其中一個(gè)敏感電極用于探測(cè)液位,另一個(gè)保護(hù)電極用于抵消污垢產(chǎn)生的泄漏電流;有效地避免了因污染造成的誤動(dòng)作。該控制器在系統(tǒng)中配套使用效果良好。

第一百一十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、傳感器和執(zhí)行器

發(fā)酵過(guò)程控制系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)電一體化的控制系統(tǒng),在系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)是核心和紐帶,就工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而言,系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵卻在傳感器與執(zhí)行器上。特別是執(zhí)行器,如果滿足不了防污染、不染菌的技術(shù)條件,將會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。

在執(zhí)行器方面,利用航天技術(shù)成果,開發(fā)出一系列可滿足發(fā)酵過(guò)程補(bǔ)料控制,消沫控制,PH值控制等專用計(jì)量罐和不銹鋼波紋管氣動(dòng)隔膜閥,閥門工作壽命達(dá)100萬(wàn)次以上。由于實(shí)現(xiàn)了控制回路與受控介質(zhì)之間全密封,有效地解決了不泄漏,耐高溫、不染菌等難題。在系統(tǒng)中配套使用,取得了良好的效益。

第一百一十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五本章知識(shí)體系掌握溫度對(duì)發(fā)酵的影響及調(diào)節(jié)控制掌握PH對(duì)發(fā)酵的影響及控制理解氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制了解氧的傳遞與傳質(zhì)方程式；了解影響供氧的因素了解二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響及控制掌握泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及控制第一百一十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第七章結(jié)束第一百一十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制一、溫度對(duì)發(fā)酵的影響微生物發(fā)酵所用的菌體絕大多數(shù)是中溫菌，如霉菌、放線菌和一般細(xì)菌。它們的最適生長(zhǎng)溫度一般在20～40℃。溫度會(huì)影響各種酶反應(yīng)的速率，改變菌體代謝產(chǎn)物的合成方向，影響微生物的代謝調(diào)控機(jī)制。影響發(fā)酵液的理化性質(zhì)，進(jìn)而影響發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)特性和產(chǎn)物的生物合成。在發(fā)酵過(guò)程中，需要維持適當(dāng)?shù)臏囟?，才能使菌體生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的合成順利進(jìn)行。第一百一十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、影響發(fā)酵溫度變化的因素產(chǎn)熱因素：生物熱（Q生物）、攪拌熱（Q攪拌）散熱因素：蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)）、輻射熱（Q輻射）、顯熱（Q顯）發(fā)酵熱（Q發(fā)酵）是發(fā)酵溫度變化的主要因素。Q發(fā)酵＝Q生物＋Q攪拌－Q蒸發(fā)－Q輻射－Q顯為了使發(fā)酵能在一定溫度下進(jìn)行，要設(shè)法進(jìn)行控制。由于Q生物、Q蒸發(fā)和Q顯，特別是Q生物在發(fā)酵過(guò)程中隨時(shí)間變化，因此發(fā)酵熱在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中也隨時(shí)間變化，引起發(fā)酵溫度發(fā)生波動(dòng)。第一百一十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、溫度的控制最適溫度的選擇溫度的控制在生長(zhǎng)階段，應(yīng)選擇最適生長(zhǎng)溫度；在產(chǎn)物分泌階段，應(yīng)選擇最適生產(chǎn)溫度。發(fā)酵溫度可根據(jù)不同菌種、不同產(chǎn)品進(jìn)行選擇。工業(yè)生產(chǎn)上，所用的大發(fā)酵罐在發(fā)酵過(guò)程中一般不需要加熱，因發(fā)酵中釋放了大量的發(fā)酵熱，需要冷卻的情況較多。利用自動(dòng)控制或手動(dòng)調(diào)整的閥門，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇行管中，通過(guò)熱交換來(lái)降溫，保持恒溫發(fā)酵。如果氣溫較高（特別是我國(guó)南方的夏季氣溫），冷卻水的溫度又高，致使冷卻效果很差，達(dá)不到預(yù)定的溫度，就可采用冷凍鹽水進(jìn)行循環(huán)式降溫，以迅速降到最適溫度。因此大工廠需要建立冷凍站，提高冷卻能力，以保證在正常溫度下進(jìn)行發(fā)酵。第一百一十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)pH值對(duì)發(fā)酵的影響及其控制一、pH值對(duì)發(fā)酵的影響影響酶的活性，當(dāng)pH值抑制菌體中某些酶的活性時(shí)，會(huì)阻礙菌體的新陳代謝；影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)，改變細(xì)胞膜的通透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄；影響培養(yǎng)基中某些組分的解離，進(jìn)而微生物對(duì)這些成分的吸收；pH值不同，往往引起菌體代謝過(guò)程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。第一百一十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、發(fā)酵過(guò)程pH值的變化在發(fā)酵過(guò)程中，隨著菌種對(duì)培養(yǎng)基種碳、氮源的利用，隨著有機(jī)酸和氨基酸的積累，會(huì)使pH值產(chǎn)生一定的變化。1、生長(zhǎng)階段：菌體產(chǎn)生蛋白酶水解培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)，生成銨離子，使pH上升至堿性；隨著菌體量增多，銨離子的消耗也增多，另外糖利用過(guò)程中有機(jī)酸的積累使pH值下降。2、生產(chǎn)階段：這個(gè)階段pH值趨于穩(wěn)定。3、自溶階段：隨著養(yǎng)分的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，培養(yǎng)液中氨基氮增加，致使pH又上升，此時(shí)菌體趨于自溶而代謝活動(dòng)終止。第一百一十九頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五pH值培養(yǎng)時(shí)間培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)液pH值的大致變化趨勢(shì)由此可見，在適合于菌生長(zhǎng)及合成產(chǎn)物的環(huán)境條件下，菌體本身具有一定的調(diào)節(jié)pH的能力，但是當(dāng)外界條件變化過(guò)于劇烈，菌體就失去了調(diào)節(jié)能力，培養(yǎng)液的pH就會(huì)波動(dòng)。第一百二十頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、引起發(fā)酵液pH值異常波動(dòng)的因素pH值的變化決定于所用的菌種、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件。1、pH下降：①培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。碳源過(guò)多，特別是葡萄糖過(guò)量，或者中間補(bǔ)糖過(guò)多加上溶氧不足，致使有機(jī)酸大量積累而pH下降；②消泡劑加得過(guò)多；③生理酸性物質(zhì)的存在，銨被利用，pH下降。2、pH上升：①培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。氮源過(guò)多，氨基氮釋放，使pH上升；②生理堿性物質(zhì)存在；③中間補(bǔ)料氨水活尿素等堿性物質(zhì)加入過(guò)多。第一百二十一頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、發(fā)酵pH值的確定和控制1.發(fā)酵pH值的確定微生物發(fā)酵的最適pH值范圍一般是在5～8之間。最適pH值是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定的。將發(fā)酵培養(yǎng)基調(diào)節(jié)成不同的出發(fā)pH值，進(jìn)行發(fā)酵，在發(fā)酵過(guò)程中，定時(shí)測(cè)定和調(diào)節(jié)pH值，以分別維持出發(fā)pH值，或者利用緩沖液來(lái)配制培養(yǎng)基來(lái)維持。到時(shí)觀察菌體的生長(zhǎng)情況，以菌體生長(zhǎng)達(dá)到最高值的pH值為菌體生長(zhǎng)的合適pH值。用同樣的方法，可測(cè)得產(chǎn)物合成的合適pH值。同一產(chǎn)品的合適pH值，與所用的菌種、培養(yǎng)基組成和培養(yǎng)條件有關(guān)。在確定合適發(fā)酵pH值時(shí)，不定期要考慮培養(yǎng)溫度的影響，若溫度提供或降低，合適pH值也可能發(fā)生變動(dòng)。第一百二十二頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.pH值的控制首先考慮和試驗(yàn)發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎(chǔ)配方，使它們有個(gè)適當(dāng)?shù)呐浔?，使發(fā)酵過(guò)程中的pH值變化在合適的范圍內(nèi)。在發(fā)酵過(guò)程中直接補(bǔ)加酸或堿和補(bǔ)料的方式來(lái)控制；補(bǔ)充生理酸性物質(zhì)（如(NH4)2SO4）和生理堿性物質(zhì)（如NaNO3）來(lái)控制。第一百二十三頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四節(jié)溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及其控制一、溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響在發(fā)酵過(guò)程中，影響耗氧的因素有以下幾方面：（1）培養(yǎng)基的成分和濃度（2）菌齡（3）發(fā)酵條件第一百二十四頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、溶解氧濃度的控制在供氧方面，主要是設(shè)法提高氧傳遞的推動(dòng)力和液相體積氧傳遞系數(shù)。調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速或通氣速率來(lái)控制供氧；控制補(bǔ)料速度來(lái)控制基質(zhì)的濃度，從而達(dá)到最適的菌體濃度，保證產(chǎn)物的比生長(zhǎng)速率維持在最大值，又不會(huì)使需氧大于供氧。采用調(diào)節(jié)溫度（降低培養(yǎng)溫度可提高溶氧濃度）、液化培養(yǎng)基、中間補(bǔ)水、添加表面活性劑等工藝措施，來(lái)改善溶氧水平。第一百二十五頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第五節(jié)菌體濃度和基質(zhì)對(duì)發(fā)酵的影響及其控制一、菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響及控制菌體（細(xì)胞）濃度【簡(jiǎn)稱菌濃】是指單位體積培養(yǎng)液中菌體的含量。菌濃的大小，在一定條件下，不僅反映菌體細(xì)胞的多少，而且反映菌體細(xì)胞生理特性不完全相同的分化階段。第一百二十六頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五依靠調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的濃度來(lái)控制菌濃。首先確定基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中有個(gè)適當(dāng)?shù)呐浔?，避免產(chǎn)生過(guò)濃（或過(guò)稀）的菌體量。然后通過(guò)中間補(bǔ)料來(lái)控制，如當(dāng)菌體生長(zhǎng)緩慢、菌濃太稀時(shí)，則可補(bǔ)加一部分磷酸鹽，促進(jìn)生長(zhǎng)，提高菌濃；但補(bǔ)加過(guò)多，則會(huì)使菌體過(guò)分生長(zhǎng)，超過(guò)臨界濃度，對(duì)產(chǎn)物合成產(chǎn)生抑制作用。利用菌體代謝產(chǎn)生的CO2量來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程的補(bǔ)糖量，以控制菌體的生長(zhǎng)和濃度。第一百二十七頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、基質(zhì)對(duì)發(fā)酵的影響及控制基質(zhì)即培養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。1.碳源對(duì)發(fā)酵的影響及控制迅速利用的碳源緩慢利用的碳源葡萄糖、蔗糖等迅速參與代謝、合成菌體和產(chǎn)生能量，并產(chǎn)生分解產(chǎn)物，有利于菌體生長(zhǎng)，但有的分解代謝產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)物的合成可能產(chǎn)生阻遏作用；多數(shù)為聚合物，淀粉等為菌體緩慢利用，有利于延長(zhǎng)代謝產(chǎn)物的合成，特別有利于延長(zhǎng)抗生素的分泌期，也有許多微生物藥物的發(fā)酵所采用。在工業(yè)上，發(fā)酵培養(yǎng)基中常采用含迅速和緩慢利用的混合碳源。第一百二十八頁(yè)，共一百四十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.氮