1、菌體濃度對發(fā)酵的 影響及控制,一、菌體濃度對發(fā)酵的影響及控制,菌體（細(xì)胞）濃度簡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。,影響菌體生長（菌濃）的因素,1.微生物的種類和自身的遺傳特性 不同種類的微生物其生長速率取決于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和生長機(jī)制 幾種典型生物的倍增時(shí)間： 細(xì)菌：45min 酵母：90min 霉菌：3h 原生動物：6h,2.營養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件 據(jù)Monod方程，生長速度取決于基質(zhì)的濃度 基質(zhì)抑制作用：在營養(yǎng)物質(zhì)上限濃度以內(nèi)，菌體比生長速率則隨濃度的增加而增加，但超過上限濃度，反而會引起生

2、長速率的下降,基質(zhì)抑制作用產(chǎn)生的原因： 1.高濃度營養(yǎng)基質(zhì)所形成的高滲透壓使細(xì)胞脫水 2.甲醇、苯酚等化合物對一些關(guān)鍵酶的抑制或引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分的變化 一些營養(yǎng)物質(zhì)的上限濃度（g/L）： NH4+：5.0 PO43-：10 葡萄糖：100,菌體對發(fā)酵的影響主要表現(xiàn)：,1.菌濃度對產(chǎn)物的率的影響 （1）在適當(dāng)?shù)谋壬L速率下，發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率與菌濃成正比關(guān)系 發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率Rp = Qp X 其中Qp為菌體的比生產(chǎn)速率，X為菌體濃度,（2）菌濃過高，對發(fā)酵產(chǎn)生多種不利影響 OUR：培養(yǎng)液的攝氧率，r； OTR：氧的傳遞速率，N； 可能改變菌體的代謝途徑，特別是對培養(yǎng)液中溶解氧的影響較明顯。攝氧率OU

3、R按比例增加，氧傳遞速率OTR成對數(shù)減少,（3）為獲得最高的生產(chǎn)率，需要采用攝氧速率與傳氧速率相平衡的菌體濃度，最好維持在臨界菌體濃度 臨界菌體濃度? 在抗生素生產(chǎn)中，如何確定并維持臨界菌體濃度是提高抗生素生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。 臨界菌體濃度是由菌體的遺傳特性和發(fā)酵罐的傳氧特性共同影響的結(jié)果。,2.菌濃度對發(fā)酵液溶解氧的影響 發(fā)酵過程中隨著菌濃的增加，培養(yǎng)液的攝氧率按比例增加，但表觀黏度也增加，使氧的傳質(zhì)速率成對的減少，當(dāng)攝氧速率大于供氧速率時(shí)，發(fā)酵液溶解氧濃度就會減少，并成為限制性因素。,比如：早期酵母發(fā)酵，出現(xiàn)過代謝途徑改變、酵母生長停滯、產(chǎn)生乙醇的現(xiàn)象；抗生素發(fā)酵中，也受溶氧限制，使產(chǎn)量變低。

4、,臨界菌體濃度,定義：攝氧速率隨菌體濃度變化的曲線和供氧速率隨菌體濃度變化的曲線的交點(diǎn)所對應(yīng)的菌體濃度。,臨界菌體濃度是菌體的遺傳特性和發(fā)酵罐的傳氧特性的綜合反映。 當(dāng)發(fā)酵罐的通氣和攪拌強(qiáng)度大、傳氧速率高時(shí)、供氧速率的曲線將向上揚(yáng)，當(dāng)菌種需氧量小、耗氧速率相應(yīng)降低時(shí)，攝氧速率曲線的斜率將下降。這兩種情況都將使臨界菌體濃度上升，反之則下降。,菌體濃度的大小與菌體生長速度有密切關(guān)系，而菌體生長速度與環(huán)境條件和自身遺傳因素有關(guān)，在這些影響因素中，通過改變培養(yǎng)基濃度及中間補(bǔ)料來控制菌體濃度是發(fā)酵過程中主要的措施。,菌體濃度的控制,依靠調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的濃度來控制菌濃。,首先確定基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中有個適當(dāng)?shù)呐浔?/p>

5、，避免產(chǎn)生過濃（或過稀）的菌體量。 然后通過中間補(bǔ)料來控制，如當(dāng)菌體生長緩慢、菌濃太稀時(shí)，則可補(bǔ)加一部分磷酸鹽，促進(jìn)生長，提高菌濃；但補(bǔ)加過多，則會使菌體過分生長，超過臨界濃度，對產(chǎn)物合成產(chǎn)生抑制作用。,利用菌體代謝產(chǎn)生的CO2量來控制生產(chǎn)過程的補(bǔ)糖量，以控制菌體的生長和濃度。,發(fā)酵過程菌體濃度的檢測,工業(yè)發(fā)酵過程中菌體濃度的測定方法常用的有濁度法、干重法、離心稱濕法或測體積法等。,濁度法：用于澄清發(fā)酵液中非絲狀菌的菌濃的測定。通常取發(fā)酵液在420600nm波長范圍內(nèi)測定光密度（OD值）。 吸光度要求控制在0.3-0.5范圍內(nèi)，此時(shí)吸光值與細(xì)胞濃度呈線性關(guān)系，故對于較濃發(fā)酵液需稀釋在此范圍內(nèi)測量。,干重法：取一定體積的發(fā)酵液離心或過濾，洗去濾渣上可溶物質(zhì)后，105烘至恒重稱量即得干細(xì)胞重。 此法費(fèi)時(shí)但對于不含不溶性固形物的發(fā)酵液重現(xiàn)性好，對含有不溶性固形物