1、第五章 發(fā)酵過程控制,a適應(yīng)期（遲滯期） b對數(shù)生長期期 c穩(wěn)定期(平穩(wěn)期） d死亡期（衰老期）,ab菌體生長階段c產(chǎn)物合成階段d菌體自溶階段,第一節(jié)、發(fā)酵過程的主要控制參數(shù),（一）物理參數(shù) 1溫度（） 發(fā)酵整個過程或不同階段中所維持的溫度。 影響酶反應(yīng)速率、氧在培養(yǎng)液中的溶解度與傳遞速率、菌體生長速率和產(chǎn)物合成速率 2壓力（Pa） 發(fā)酵過程中發(fā)酵罐維持的壓力, 罐內(nèi)維持正壓可以防止外界空氣中的雜菌侵入，保證純種的培養(yǎng),間接影響菌體代謝。一般維持在0.21050.5105Pa。,3攪拌轉(zhuǎn)速（rmin） 攪拌轉(zhuǎn)速是指攪拌器在發(fā)酵過程中的轉(zhuǎn)動速度，通常以每1min的轉(zhuǎn)數(shù)來表示。 它的大小與氧在發(fā)酵

2、液中的傳遞速率與發(fā)酵液的均勻性有關(guān)。 4攪拌功率（kw） 指攪拌器攪拌時所消耗的功率，常指每1m3發(fā)酵液所消耗的功率（kwm3）。 它的大小與氧容量傳遞系數(shù)有關(guān)。,5空氣流量V（Vmin），簡稱VVM 每1min內(nèi)每單性體積發(fā)酵液通入空氣的體積，也是需氧發(fā)酵的控制參數(shù)。 與氧的傳遞和其他控制參數(shù)有關(guān)。一般控制在0.51.0V（Vmin）范圍內(nèi)。 6粘度（Pas） 粘度大小可以作為細胞生長或細胞形態(tài)的一項標(biāo)志，也能反映發(fā)酵罐中菌絲分裂過程的情況。 通常用表觀粘度表示之：它的大小可改變氧傳遞的阻力。,7濁度（） 濁度是能及時反映單細胞生長狀況的參數(shù)，對某些產(chǎn)品的生產(chǎn)是極其重要的參數(shù)。一般采用分光光

3、度計的波長420660 nm測量。濁度對氨基酸、核苷酸等產(chǎn)品的生產(chǎn)是極其重要的。 8. 料液流量（Lmin） 這是控制流體進料的參數(shù)。,（二）化學(xué)參數(shù),1 pH（酸堿度） 發(fā)酵液的pH是發(fā)酵過程中各種產(chǎn)酸和產(chǎn)堿的生化反應(yīng)的綜合結(jié)果。 它是發(fā)酵工藝控制的重要參數(shù)之一。它的高低與菌體生長和產(chǎn)物合成有著重要的關(guān)系。,2基質(zhì)濃度（g或mg） 是指發(fā)酵液中糖、氮、磷等重要營養(yǎng)物質(zhì)的濃度。 它們的變化對產(chǎn)生菌的生長和產(chǎn)物的合成有著重要的影響，也是提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的重要控制手段。 在發(fā)酵過程中，必須定時測定糖（還原糖和總糖）、氮（氨基氮或氨氮）等基質(zhì)的濃度。,3溶解氧濃度10-6（ppm）或飽和度（） 溶解

4、氧是需氧菌發(fā)酵的必備條件。 利用溶氧濃度的變化，可了解產(chǎn)生菌對氧利用的規(guī)律，反映發(fā)酵的異常情況，也可作為發(fā)醉中間控制的參數(shù)及設(shè)備供氧能力的指標(biāo)。 溶氧濃度一般用絕對含量（10-6）來表示、有時也用在相同條件下，氧在培養(yǎng)液中飽和濃度表示。,4產(chǎn)物的濃度g（u）ml 這是發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量高低或合成代謝正常與否的重要參數(shù)，也是決定發(fā)酵周期長短的根據(jù)。 5廢氣中的氧含量（） 廢氣中的氧含量與產(chǎn)生菌的攝氧率和供氧系數(shù)有關(guān)。 從廢氣中的O2的含量可以算出產(chǎn)生菌的攝氧率和發(fā)酵罐的供氧能力。,6廢氣中的CO2濃度（） 廢氣中的CO2就是產(chǎn)生菌呼吸放出的CO2。測定它可以算出產(chǎn)生菌的呼吸熵，從而了解產(chǎn)生菌的呼吸代謝

5、規(guī)律。 .氧化還原電位（mV) 也是影響微生物生長及其生化活性的因素之一。對微生物，培養(yǎng)基最適宜和所允許的最大電位值，應(yīng)與微生物本身的種類和生理狀態(tài)有關(guān)。 其他化學(xué)參數(shù)：DNA、RNA、生物合成的酶等。,（三）生物參數(shù),1菌絲形態(tài) 絲狀菌發(fā)酵過程中菌絲形態(tài)的改變是生化代謝變化的反映。 一般都以菌絲形態(tài)作為衡量種子質(zhì)量、區(qū)分發(fā)酵階段、控制發(fā)酵過程的代謝變化和決定發(fā)酵周期的依據(jù)之一。,2菌體濃度 菌體濃度簡稱菌濃，是控制微生物發(fā)酵的重要參數(shù)之一。 大小和變化速度對菌體的生化反應(yīng)都有影響 在生產(chǎn)上，常常根據(jù)菌體濃度來決定適合的補料量和供氧量，以保證生產(chǎn)達到頂期的水平。,（發(fā)酵液的菌體量和單位時間的菌

6、濃、溶氧濃度、糖濃度、氮濃度和產(chǎn)物濃度等的變化值） 計算 （菌體的比生長速率、氧比消耗速率、糖比消耗速率、氮比消耗速率和產(chǎn)物比生產(chǎn)速率） （控制產(chǎn)生菌的代謝、決定補料和供氧工藝條件） 研究 發(fā)酵動力學(xué),（三）發(fā)酵參數(shù)在發(fā)酵過程控制中的作用,由此可見，取得發(fā)酵過程中正確可靠的各種數(shù)據(jù)是研究動力學(xué)的前提。遺憾的是現(xiàn)有的能直接從發(fā)酵罐中測量的參數(shù)不多，還難于做到把許多有用的參數(shù)就地通過傳感方式變成各種輸出信號。 目前較常測定的參數(shù)有溫度、罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、pH、溶氧、效價、糖含量、前體(如苯乙酸)濃度、菌體濃度(干重、離心壓縮細胞體積%)等。不常測定的參數(shù)有氧化還原電位、粘度、排氣中的O2和

7、CO2含量等。,發(fā)酵過程各參數(shù)概況,第二節(jié)、發(fā)酵過程控制,一、溫度變化及控制 1.溫度對發(fā)酵的影響 （1）影響各種酶反應(yīng)的速率和蛋白質(zhì)的性質(zhì)。 在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶反應(yīng)速率也增加，但有一個最適溫度，超過這個溫度，酶的催化活力就下降。溫度對菌體生長的酶反應(yīng)和代謝產(chǎn)物合成的酶反應(yīng)的影響不同。 如產(chǎn)黃青霉菌體的最適生長溫度為30，黑曲酶的最適生長溫度為37度,（2）溫度還能改變菌種代謝產(chǎn)物的合成方向，細胞生長和代謝產(chǎn)物積累的最適溫度也往往是不同的。 例如，青霉素產(chǎn)生菌的生長最適溫度為30度，而產(chǎn)生青霉素的最適溫度為25度；,（3）影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)。 發(fā)酵液的粘度、基質(zhì)和氧在發(fā)酵液中的

8、溶解度和傳遞速率、某些基質(zhì)的分解和吸收速率等。,2.最適溫度的選擇,（1）根據(jù)菌種及生長階段選擇 前期菌量少，取稍高的溫度，使菌生長迅速； 中期菌量已達到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長中期，從而提高產(chǎn)量，因此溫度要稍低一些，可以推遲衰老。因為在稍低溫度下氨基酸合成蛋白質(zhì)和核酸的正常途徑關(guān)閉得比較嚴(yán)密有利于產(chǎn)物合成。 后期產(chǎn)物合成能力降低，延長發(fā)酵周期沒有必要，就又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。,如： 四環(huán)素生長階段280C，合成期260C后期再升溫； 黑曲霉生長370C，產(chǎn)糖化酶32340C。 最適溫度選擇要根據(jù)菌種與發(fā)酵階段做試驗。,（2）根據(jù)培養(yǎng)條件選擇,溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，

9、靈活選擇。 通氣條件差時可適當(dāng)降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。 培養(yǎng)基稀薄時，溫度也該低些。因為溫度高營養(yǎng)利用快，會使菌過早自溶。,（3）根據(jù)菌生長情況 生長快的菌種，維持在較高溫度時間要短些；生長慢的菌種，維持較高溫度時間可長些。培養(yǎng)條件適宜，如營養(yǎng)豐富，通氣能滿足，那么前期溫度可髙些，以利于菌的生長。 總的來說，溫度的選擇根據(jù)菌種生長階段及培養(yǎng)條件綜合考慮。要通過反復(fù)實踐來定出最適溫度。,3.發(fā)酵熱的產(chǎn)生和控制 （1）生物熱（Q生物）： 產(chǎn)生菌在生長繁殖過程中產(chǎn)生的熱能。 生物熱與發(fā)酵類型有關(guān) 微生物進行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多 一摩爾葡萄糖徹底氧化成CO2和水

10、 好氧：產(chǎn)生287.2千焦耳熱量， 183千焦耳轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣芑衔?104.2千焦以熱的形式釋放 厭氧：產(chǎn)生22.6千焦耳熱量， 9.6千焦耳轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣芑衔?13千焦以熱的形式釋放 生物熱的大小，還與菌種和培養(yǎng)基成分等不同而變化。,（2）攪拌熱（Q攪拌）：攪拌器轉(zhuǎn)動引起的液體之間和液體與設(shè)備之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。 攪拌熱與攪拌軸功率有關(guān)，可用下式計算： Q攪拌P8604186.8（焦耳/小時） （3）蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)）：空氣進入發(fā)酵罐與發(fā)酵液廣泛接觸后，引起水分蒸發(fā)所需的熱能。 （4）輻射熱（Q輻射）：由于罐外壁和大氣間的溫度差異而使發(fā)酵液中的部分熱能通過罐體向大氣輻射的熱量。,Q發(fā)酵= Q生

11、物+ Q攪拌Q蒸發(fā)Q輻射,發(fā)酵過程中，發(fā)酵液溫度變化取決于上面幾個因素：,總的來說抗生素發(fā)酵是一個放熱過程。對溫度通過冷卻進行控制。 夾套 冷卻蛇管,二、 pH的影響與控制,1. pH對發(fā)酵的影響 (1)發(fā)酵過程中微生物的正常生長需要有一定的pH值，不同的微生物對PH值的要求也是不同的。,酵 母：pH 3.86.0,細 菌：pH 6.57.5,霉 菌：pH 4.05.8,放線菌：pH 6.58.0,(2)影響酶的活性，當(dāng)pH值抑制菌體中某些酶的活性時，會阻礙菌體的新陳代謝； (3)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)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄； (4)pH值不同

12、，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。,釀酒酵母,pH：4.5-5.03，乙醇 發(fā)酵,pH：8.0，甘油發(fā)酵,2.影響pH值變化的因素 菌體本身具有一定的調(diào)整周圍環(huán)境pH值，構(gòu)建最適pH值的能力。,（1）基質(zhì)代謝 糖代謝：C源過多，糖分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是補料的標(biāo)志之一 氮代謝：當(dāng)氨基酸中的-NH2被利用后pH會下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，當(dāng)碳源不足時氮源當(dāng)碳源利用pH上升。 生理酸堿性物質(zhì)利用后pH會上升或下降,（2）產(chǎn)物形成,某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有機酸類產(chǎn)生使pH下降，紅霉素、潔霉

13、素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使pH上升。,（3）菌體自溶，pH上升，發(fā)酵后期，pH上升。,3.發(fā)酵過程中pH值的調(diào)節(jié)及控制 （1） 發(fā)酵pH值的確定 一般是在58之間，上限8.5，下限2.5 隨菌種和產(chǎn)品不同而不同。同一菌種，生長最適pH值可能與產(chǎn)物合成的最適pH值是不一樣的。 按發(fā)酵過程的不同階段分別控制不同的pH，使產(chǎn)量最大。,例 pH對林可霉素發(fā)酵的影響,林可霉素發(fā)酵開始，葡萄糖轉(zhuǎn)化為有機酸類中間產(chǎn)物，發(fā)酵液pH下降，待有機酸被生產(chǎn)菌利用，pH上升。若不及時補糖、酸，發(fā)酵液pH可迅速升到8.0以上，阻礙或抑制某些酶系，使林可霉素增長緩慢，甚至停止。,（2）發(fā)酵pH的控制： 調(diào)整基礎(chǔ)培養(yǎng)基

14、：適當(dāng)調(diào)整C/N比，或加入產(chǎn)酸或產(chǎn)堿物料作用有限 補料控制：可直接補加酸、堿性物質(zhì) 一般加生理性酸堿 pH低：補尿素、氨水 pH高：硫酸氨 加生理性酸堿，即可調(diào)節(jié)pH,同時補充營養(yǎng)。,三、溶氧的影響和控制,1. 定義： 溶氧（DO）指溶解在發(fā)酵液中的氧。單位ppm (毫克分子/升） 2.DO對發(fā)酵的影響 DO不足：微生物代謝異常，產(chǎn)量下降，菌體過早衰老死亡； DO太多：發(fā)酵液泡沫過多，抑制產(chǎn)物生產(chǎn)，同時空氣消耗增加。,3. 溶氧（DO）的判斷 一般發(fā)酵液的DO范圍在20-25ppm,在菌體生長階段及產(chǎn)物合成階段氧的需求最大，DO表現(xiàn)最低。而菌體進入衰老自溶階段后，DO的濃度會逐步升高。 4.D

15、O的測定：溶氧電極傳感器（氧化還原反應(yīng)） 5.DO的控制：攪拌轉(zhuǎn)速-攪拌器 通氣速率,四、 泡沫的影響與控制,一、泡沫的性質(zhì)及對發(fā)酵的影響 1.產(chǎn)生原因： 2.泡沫的性質(zhì)： 發(fā)酵液液面上的泡沫，氣相所占的比例特別大，與液體有較明顯的界限，如發(fā)酵前期的泡沫； 發(fā)酵液中的泡沫，又稱流態(tài)泡沫，分散在發(fā)酵液中，比較穩(wěn)定，與液體之間無明顯的界限。,使發(fā)酵罐的裝填系數(shù)減少； 造成大量逃液，導(dǎo)致產(chǎn)物的損失，增加了染菌的機會； 氧傳遞減弱； 使微生物菌體提早自溶，降低發(fā)酵物產(chǎn)量。,3.對發(fā)酵的影響：,4.泡沫的控制 泡沫的控制，可以采用三種途徑： （1） 調(diào)整培養(yǎng)基中的成分(如少加或緩加易起泡的原材料)或改變

16、某些物理化學(xué)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。但這些方法的效果有一定的限度。,（2）機械消沫 靠機械引起的強烈振動或壓力的變化促使氣泡破裂。 罐內(nèi)消沫法：在攪拌軸上方裝消沫槳，通過消沫 槳轉(zhuǎn)動打碎泡沫。 罐外消沫法：將泡沫引出罐外，通過噴嘴的加速 作用或利用離心力來消除泡沫。 優(yōu)點：不需加入外界物料，可節(jié)省原料，減少污染 雜菌的機會。 缺點：消沫效果不理想，僅可作為輔助的消沫方 法。,（3）消沫劑消沫（化學(xué)消沫）-最常用，有效,化學(xué)消泡劑的要求（或化學(xué)消泡劑的特點）,化學(xué)消泡劑必須是表面活性劑，具有較低的表面張力，消泡作用迅速有效

17、； 具有一定的親水性，以使消泡劑對氣液界面的分散系數(shù)足夠大，從而迅速發(fā)揮消泡活性； 在水中的溶解度必須較大，以保持持久的消泡或抑泡性能； 對人、畜及微生物細胞無毒性； 應(yīng)不影響氧在培養(yǎng)液的溶解和傳遞； 必須來源方便、廣泛，價格便宜。,常用的消沫劑主要有天然油脂類，高碳醇、脂肪酸和酯類，聚醚類，硅酮類4大類。 （1）天然油脂類：玉米油、米糠油、豆油、松子油、菜子油、魚油、豬油等。 優(yōu)點：來源比較豐富，價格比較低廉，在發(fā)酵中不僅用于消沫，還可以作為供產(chǎn)生菌利用的碳源和中間控制的手段。 缺點：分子中無親水基，在發(fā)泡介質(zhì)中難鋪展，消泡活性差。并且油的成本和折糧單耗都比較高且用量大，已逐漸被合成消沫劑取

18、代。,（2）高碳醇和酯類：十八醇、聚乙二醇、苯乙酸酯類（苯乙酸乙酯、苯乙酸丁酯、苯乙酸月桂醇酯）、苯乙醇、苯乙醇油酸酯等。 多適用于絲狀真菌發(fā)酵。,（3）聚醚類。,聚氧丙烯甘油：親水性差，在發(fā)沫介質(zhì)中溶解度小。抑泡性能優(yōu)于消泡性能。適用于稀薄發(fā)酵液。 聚氧乙烯氧丙烯甘油：親水性好，在發(fā)沫介質(zhì)中易鋪展，消沫能力強。相應(yīng)的溶解度大，消沫活性持續(xù)時間短。適用于粘稠發(fā)酵液的消沫。 聚醚類優(yōu)點：性能穩(wěn)定、使用簡便、易控制、用量少、成本低。,（4）硅酮類：聚二甲基硅氧烷及其衍生物。 適用于微堿性細菌發(fā)酵。,消沫劑消沫優(yōu)缺點： 優(yōu)點：效果好，較機械消沫作用迅速，尤其是化學(xué)合成消沫劑用量少。 缺點：消沫劑使用

19、不當(dāng)時對菌的生長代謝有干擾；發(fā)酵過程中經(jīng)常添加消沫劑增加原材料單耗；設(shè)備不嚴(yán)密時增加染菌機會；殘留的消沫劑可能造成提煉上的麻煩。,五、 罐壓的影響與控制,1、罐壓的影響和作用 罐壓影響二氧化碳和氧氣的溶解度； 影響微生物的生長； 防止發(fā)酵污染。 2、罐壓的控制 控制罐壓方法一般為調(diào)節(jié)空氣進口閥門或排氣出口閥門的開啟度，改變進入或排出氣體的流量、維持工藝所需的壓力。,六、基質(zhì)及菌體濃度的影響及其控制,（一） 碳源濃度（糖含量）變化及其控制 1.培養(yǎng)基中的碳源 快速利用碳源（如葡萄糖） 能較迅速地參與代謝，合成菌體和產(chǎn)生能量，并產(chǎn)生分解產(chǎn)物（如丙酮酸等）,有利于菌體生長。 慢速利用碳源 為菌體緩慢

20、利用，有利于延長代謝產(chǎn)物的合成，特別有利于延長抗生索的分泌期。,For 青霉素： 現(xiàn)象：在迅速利用的葡萄糖培養(yǎng)基中，菌體生長良好，但青霉素合成量很少；相反，在緩慢利用的乳糖培養(yǎng)基中，青霉素的產(chǎn)量明顯增加。但發(fā)酵周期很長。,工業(yè)中常以較低的濃度和慢速利用碳源一起組成基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的混合碳源，供菌體生長用。,2.糖含量的測定 總糖（單.雙.多糖）：取樣水解（酸） 測定 還原糖：直接測定 3.糖的調(diào)控：定期測定糖含量，特別還原糖含量。 目的：可間接反映菌絲生長反之及產(chǎn)物合成等情況。做為補糖的依據(jù)。,（二）氨基氮（氮源）的調(diào)控 1.培養(yǎng)基中氮源的種類 迅速利用的氮源：氨基(或銨)態(tài)氮的氨基酸(或硫酸銨等

21、)和玉米漿等；容易被菌體所利用，促進菌體生長，但對某些代謝產(chǎn)物的合成，特別是某些抗生素的合成產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，影響產(chǎn)量。 緩慢利用的氮源：黃豆餅粉、花生餅粉、棉子餅粉等蛋白質(zhì)。延長次級代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)期、提高產(chǎn)物的產(chǎn)量。一次投入全量容易促進菌體生長和養(yǎng)分過早耗盡，以致菌體早衰自溶，縮短產(chǎn)物的生產(chǎn)期。,3.測氮目的： 氮源的含量及消耗可直接反映菌絲體的生長狀況。 4.氮的測定： 取樣加熱或加堿除氨氣測氮,2.生產(chǎn)上采用的方法： 設(shè)計發(fā)酵培養(yǎng)基：選用含有快速利用和慢速利用的混合氮源。,（三）菌絲濃度及濁度,1.菌絲濃度定義：即單位體積培養(yǎng)液中菌絲體的數(shù)量。 2.菌絲濃度變化的意義,發(fā)酵前期：從孢子到菌絲

22、濃度最大菌絲濃度。 發(fā)酵中期：穩(wěn)定期，菌絲濃度變化不大 發(fā)酵后期：菌體衰老死亡菌絲濃度,意義：通過菌絲濃度的變化可以判斷和了解發(fā)酵周期,3.菌絲濃度測定：,濕重法：發(fā)酵液過濾 吸水稱重 干重法：發(fā)酵液過濾 吸水干燥恒重 體積法：發(fā)酵液離心 體積百分數(shù)（常用方法） 濁度法：與濃度成正比，測定比色或比濁計,干重的2-5倍,a適應(yīng)期（遲滯期） b對數(shù)生長期期 c穩(wěn)定期(平穩(wěn)期） d死亡期（衰老期）,ab菌體生長階段c產(chǎn)物合成階段d菌體自溶階段,第三節(jié) 發(fā)酵過程的代謝變化,1菌體生長階段 碳源、氮源進行分解代謝：碳源、氮源和磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)不斷被消耗，濃度明顯減少。 菌體進行合成代謝：菌濃明顯增加、攝

23、氧率不斷增大，溶氧濃度不斷下降。至菌絲濃度最大，溶氧濃度最小。,2產(chǎn)物合成階段 （產(chǎn)物分泌期或發(fā)酵中期） 這個階段主要是合成抗生素。 以碳源和氮源的分解代謝和產(chǎn)物的合成代謝為主，菌體的生長達恒定（DNA含量恒定），進入合成階段的穩(wěn)定期。 該階段是發(fā)酵調(diào)控的主要階段，外界環(huán)境的變化很容易影響這個階段的代謝，破源、氮源和磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)的濃度必須控制在一定的范圍內(nèi)，使該階段的持續(xù)時間盡量延長。如該階段營養(yǎng)過剩，則菌體進行生長繁殖，抑制產(chǎn)物的合成，如營養(yǎng)過少，菌體會過早衰老死亡。,3菌體自溶階段（菌體自溶期或發(fā)酵后期） 菌體衰老，細胞開始自溶，氨氮含量增加，pH上升，產(chǎn)物合成能力衰退，生產(chǎn)速率下降。

24、 發(fā)酵到此期必須結(jié)束。,第四節(jié) 中間補料及控制,一、微生物發(fā)酵方式： 分批發(fā)酵（batch fermentation） 補料分批發(fā)酵（fed-batch fermentation） 連續(xù)發(fā)酵（continuous fermentation）,（一）分批發(fā)酵 1、定義： 把培養(yǎng)液一次性裝入發(fā)酵罐，滅菌后接入一定量的種子液，在最佳條件下進行發(fā)酵培養(yǎng)。 2、特點 發(fā)酵周期短，產(chǎn)品質(zhì)量易控制，不易發(fā)生雜菌污染，對原料組成要求較粗放。 發(fā)酵體系中開始時基質(zhì)濃度很高，到中后期營養(yǎng)物質(zhì)濃度很低，這對發(fā)酵反應(yīng)不利。,1、定義： 指以一定的速度向培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)添加新鮮的培養(yǎng)基，同時以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使培養(yǎng)

25、系統(tǒng)內(nèi)培養(yǎng)液的液量維持恒定，使微生物細胞能在近似恒定狀態(tài)下生長的微生物培養(yǎng)方式。 2、特點： 優(yōu)點：在發(fā)酵過程中慢慢地加入培養(yǎng)基，使其在發(fā)酵液中保持適宜水平，同時又稀釋了生成的產(chǎn)物濃度，避免了高濃度產(chǎn)物和底物的抑制作用，也防止了后期養(yǎng)分不足而限制菌體生長。 缺點：受發(fā)酵罐操作容積的限制；微生物菌種容易發(fā)生變異和退化；發(fā)酵過程易染菌；新加入的培養(yǎng)基與原有的培養(yǎng)基不易完全混合，影響培養(yǎng)和營養(yǎng)物質(zhì)的利用。,（二）連續(xù)發(fā)酵,（三）補料分批發(fā)酵(FBC)： 又稱半連續(xù)培養(yǎng)或半連續(xù)發(fā)酵，是指在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，是分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種過渡培養(yǎng)方式，

26、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)。,FBC的優(yōu)點： 解除底物抑制、產(chǎn)物反饋抑制和分解代謝物的阻遏； 避免一次投料過多造成細胞大量生長所引起的一切影響，改善發(fā)酵液流變學(xué)性質(zhì)； 可提高發(fā)芽孢子的比例，控制細胞質(zhì)量； 不需要嚴(yán)格的無菌條件，產(chǎn)生菌不易老化變異，比連續(xù)發(fā)酵適用廣泛。,二、中間補料 1、定義：中間補料是指在發(fā)酵過程中補充某些營養(yǎng)物料。 2、補料的原則 根據(jù)菌體生長代謝規(guī)律、生產(chǎn)需要及環(huán)境條件補料，補料的量要求是充足而不過量。,、補料的目的 解除基質(zhì)過濃的抑制 解除產(chǎn)物的反饋抑制 解除葡萄糖分解代謝阻遏效應(yīng),、補料內(nèi)容 補糖； 氮源； 微量元素； 全料和水；,（1）補糖（碳源和

27、能量）；,補糖時機 過早，刺激生長，加速糖利用； 過遲，所需能量跟不上。菌絲內(nèi)在質(zhì)量受損，產(chǎn)物產(chǎn)量降低 判斷：發(fā)酵狀況（殘?zhí)牵琾H，菌形態(tài)等），在需要時加入；,（2）補氮；,有調(diào)節(jié)pH作用的氮,無調(diào)節(jié)pH作用的氮：酵母粉、蛋白胨、牛肉膏等。,氨水： （硫酸氨） 尿素：,20%氨水，為避免局部濃度過高。常由空氣分布管通入，接攪拌器作用混合。,分解過程長，效力緩慢而持久。,（3）補加無機鹽；,磷元素：微生物代謝對磷的要求很高，磷的代謝速度也很快，缺少時會影響發(fā)酵的進行。故多數(shù)抗生素發(fā)酵需補磷。 補加磷酸鹽：如磷酸二氫鉀 舉例：在四環(huán)素發(fā)酵中，間歇、微量添加磷酸二氫鉀，有利于提高四環(huán)素的產(chǎn)量。,（4）補全料和水；,補全料：菌體和培養(yǎng)液一起裝入發(fā)酵罐，在菌體生長過程中，每隔一定時間取出部分發(fā)酵培養(yǎng)物，同時補充同等數(shù)量的新培養(yǎng)基，然后繼續(xù)培養(yǎng)，直到發(fā)酵結(jié)束，取出全部發(fā)酵液。 適合于產(chǎn)物合成期長的抗生素，可提高產(chǎn)量。 補水：對某些發(fā)酵過程中菌絲濃度或黏度大的抗生素。菌濃或