第二節(jié)發(fā)酵過程的工藝控制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)菌體濃度發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)：一、溫度對發(fā)酵的影響及其控制（一）發(fā)酵熱發(fā)酵熱生物熱攪拌熱蒸發(fā)熱輻射熱Q發(fā)酵＝Q生物＋Q攪拌－Q蒸發(fā)－Q輻射（二）溫度的影響和控制1.溫度對微生物的影響2.溫度影響微生物細胞內(nèi)的酶反應3.溫度可以改變培養(yǎng)液的物理性質(zhì)4.溫度還會影響到微生物細胞的生物合成方向5.對于同一微生物細胞，細胞生長和代謝產(chǎn)物積累的最適溫度也往往是不同的1.溫度對發(fā)酵的影響2.溫度的控制最適溫度的選擇在生長階段，應選擇最適生長溫度；在產(chǎn)物分泌階段，應選擇最適生產(chǎn)溫度。例如:青霉素產(chǎn)生菌生長的最適溫度為30℃,但產(chǎn)生青霉素的最適溫度是20℃?？瓷L與生物合成哪一個是主要方面?？刂茰囟鹊拇胧┕I(yè)生產(chǎn)上，所用的大發(fā)酵罐在發(fā)酵過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。利用自動控制或手動調(diào)整的閥門，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇行管中，通過熱交換來降溫，保持恒溫發(fā)酵。如果氣溫較高（特別是我國南方的夏季氣溫），冷卻水的溫度又高，就可采用冷凍鹽水進行循環(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行發(fā)酵。在發(fā)酵整個過程，初期、中期、末期它們溫度如何變化？培養(yǎng)耐高溫的微生物菌種有何意義？生產(chǎn)上如何使發(fā)酵溫度控制在一定的范圍？問答：在實際生產(chǎn)過程中，各個發(fā)酵溫度的選擇可從哪幾個方面進行綜合考慮？舉例說明。發(fā)酵的最適溫度是指什么？二、pH對發(fā)酵的影響及其控制（一）pH值對發(fā)酵的影響1.影響酶的活性pH值對發(fā)酵的影響2.影響微生物細胞膜所帶電荷的狀態(tài)，改變細胞膜的通透性，影響微生物對營養(yǎng)物的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄3.pH影響培養(yǎng)基中某些組分的解離，進而微生物對這些成分的吸收4.pH值不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。5.pH值還會影響某些霉菌的形態(tài)舉例：黑曲霉在pH=2-3時產(chǎn)生檸檬酸，近中性時，積累草酸和葡萄糖酸。谷氨酸發(fā)酵中，微堿時形成谷氨酸，酸性時產(chǎn)生N-乙酰谷酰胺。（二）影響pH變化的因素pH下降1.培養(yǎng)基中碳氮比過大、糖的補充偏多、溶氧不足2.糖類、脂肪等分解3.銨鹽吸收4.消泡油加入過多pH上升1.培養(yǎng)基中碳氮比過小2.補料時氨水或尿素加入過多3.蛋白質(zhì)或尿素等分解4.硝酸鹽吸收（三）發(fā)酵過程中pH的控制1.發(fā)酵pH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)實驗結(jié)果來確定的。1）將發(fā)酵培養(yǎng)基調(diào)節(jié)成不同的出發(fā)pH值，進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，定時測定和調(diào)節(jié)pH值，以分別維持出發(fā)pH值，或者利用緩沖液來配制培養(yǎng)基來維持。2）到時觀察菌體的生長情況，以菌體生長達到最高值的pH值為菌體生長的合適pH值。3）用同樣的方法，可測得產(chǎn)物合成的合適pH值。2.pH的控制1）首先考慮和試驗發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎配方，使它們有個適當?shù)呐浔龋拱l(fā)酵過程中的pH值變化在合適的范圍內(nèi)。2）在發(fā)酵過程中直接補加酸或堿和補料的方式來控制；補充生理酸性物質(zhì)(NH4)2SO4和生理堿性物質(zhì)（氨水)來控制。三、發(fā)酵過程中的補料控制碳源快速碳源適合菌的生長慢速碳源利于代謝產(chǎn)物的合成（一）碳源對發(fā)酵的影響及其控制①碳源的種類②碳源的濃度碳源對發(fā)酵的影響方式（二）氮源對發(fā)酵的影響及其控制氮源快速氮源適合菌的生長及調(diào)節(jié)產(chǎn)物合成慢速氮源延長產(chǎn)物分泌期提高產(chǎn)量補加氮源的措施1.補加有機氮源既可補充氮源又可調(diào)節(jié)pH2.補加無機氮源可以作為無機氮源又可調(diào)節(jié)pH（抗生素發(fā)酵中又可提高產(chǎn)量）（三）磷酸鹽對發(fā)酵的影響及其控制磷在發(fā)酵過程中的作用？影響最適磷酸鹽濃度的因素菌種特性培養(yǎng)條件培養(yǎng)基組成培養(yǎng)基的來源（四）補料方式及控制補料方式連續(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)流加變速流加補加培養(yǎng)基組成單組分補料多組分補料其他：反饋控制控制依據(jù)指標：青霉素生產(chǎn)中，通過控制葡萄糖的補加速率來控制pH的變化范圍，比恒定流加時產(chǎn)量提高25%。四、發(fā)酵過程中的泡沫控制（一）發(fā)酵過程中泡沫產(chǎn)生原因及發(fā)酵的影響泡沫發(fā)酵液面上發(fā)酵液中泡沫的多少與攪拌、通風、培養(yǎng)基性質(zhì)有關。1.蛋白質(zhì)原料如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要的發(fā)泡劑。2.糊精含量多也引起泡沫的形成。3.當發(fā)酵感染雜菌和噬菌體時，泡沫異常多。1.發(fā)酵時起泡的方式整個發(fā)酵過程中，泡沫保持恒定的水平；發(fā)酵早期，起泡后穩(wěn)定地下降，以后保持恒定；發(fā)酵前期，泡沫稍微降低后又開始回升；發(fā)酵開始起泡能力低，以后上升。2.發(fā)酵過程中泡沫對發(fā)酵的影響起泡帶來的不利影響：1.發(fā)酵罐的裝料系數(shù)減少、氧傳遞系數(shù)減??；2.造成大量逃液，增加染菌機會；3.嚴重時通氣攪拌無法進行，菌體呼吸受到阻礙，導致代謝異?；蚓w自溶。（二）泡沫的消除調(diào)整培養(yǎng)基中的成分（如少加或緩加易起泡的原料）或改變某些物理化學參數(shù)（如pH值、溫度、通氣和攪拌）或者改變發(fā)酵工藝（如采用分次投料）來控制，以減少泡沫形成的機會。采用機械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內(nèi)在因素。1）機械消泡物理消泡方法，利用機械強烈振動或壓力變化而使泡沫破裂。罐內(nèi)消泡——靠罐內(nèi)消泡槳轉(zhuǎn)動打碎泡沫。罐外消泡——將泡沫引出罐外，通過噴嘴的加速作用或離心力來消除泡沫。優(yōu)點：節(jié)省原料，減少染菌機會。缺點：消泡效果不理想，僅可作為消泡的輔助方法。2）化學消泡消泡劑的作用：降低泡沫液膜的機械強度；降低液膜的表面黏度；作為生物工業(yè)理想的消泡劑，應具備下列條件：應該在氣－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；應該在低濃度時具有消泡活性；應該具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；應該對微生物、人類和動物無毒性；應該對產(chǎn)物的提取不產(chǎn)生影響；不會在使用、運輸中引起任何危害；來源方便，成本低；應該對氧