第七章基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及控制4

1、基質(zhì)濃度對發(fā)酵的基質(zhì)濃度對發(fā)酵的 影響及控制影響及控制 基質(zhì)即培養(yǎng)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，是菌體生基質(zhì)即培養(yǎng)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，是菌體生長和產(chǎn)物形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。長和產(chǎn)物形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。 基質(zhì)的組成和濃度對發(fā)酵過程有很大的影基質(zhì)的組成和濃度對發(fā)酵過程有很大的影響。響?；|(zhì)對發(fā)酵的影響基質(zhì)對發(fā)酵的影響（1 1）基質(zhì)濃度對菌體生長的影響）基質(zhì)濃度對菌體生長的影響 最初菌體比生長速率與之成正比；后來比最初菌體比生長速率與之成正比；后來比生長速率達(dá)到最大；后保持不變。生長速率達(dá)到最大；后保持不變。（2 2）基質(zhì)濃度對產(chǎn)物形成和發(fā)酵液特性的影響）基質(zhì)濃度對產(chǎn)物形成和發(fā)酵液特性的影響 濃度過高引起阻遏現(xiàn)象；菌體生長

2、旺盛，濃度過高引起阻遏現(xiàn)象；菌體生長旺盛，傳質(zhì)或溶氧傳遞差，從而影響菌體生長等。傳質(zhì)或溶氧傳遞差，從而影響菌體生長等?；|(zhì)濃度的控制基質(zhì)濃度的控制 工業(yè)發(fā)酵中，常采用中間補(bǔ)料的方法來控工業(yè)發(fā)酵中，常采用中間補(bǔ)料的方法來控制基質(zhì)的濃度。制基質(zhì)的濃度。 選擇合適的補(bǔ)料內(nèi)容，補(bǔ)料方式，反饋控選擇合適的補(bǔ)料內(nèi)容，補(bǔ)料方式，反饋控制參數(shù)。制參數(shù)。 補(bǔ)料內(nèi)容包括什么？需注意什么？補(bǔ)料內(nèi)容包括什么？需注意什么？ 補(bǔ)料的方式指什么？補(bǔ)料的方式指什么？ 補(bǔ)料方式：分批補(bǔ)加和連續(xù)流加補(bǔ)料方式：分批補(bǔ)加和連續(xù)流加 連續(xù)流加：等速補(bǔ)料和變速補(bǔ)料連續(xù)流加：等速補(bǔ)料和變速補(bǔ)料 補(bǔ)料方式要根據(jù)基質(zhì)種類、消耗速度、用補(bǔ)料方式

3、要根據(jù)基質(zhì)種類、消耗速度、用量、發(fā)酵條件、菌種特性和種子質(zhì)量及產(chǎn)量、發(fā)酵條件、菌種特性和種子質(zhì)量及產(chǎn)物形成速率來判斷。物形成速率來判斷。 反饋控制參數(shù)：直接和間接反饋控制參數(shù)：直接和間接 直接控制是指直接以限制性營養(yǎng)物濃度作直接控制是指直接以限制性營養(yǎng)物濃度作為反饋控制參數(shù)，例如控制氮源、碳源等。為反饋控制參數(shù)，例如控制氮源、碳源等。 間接控制是指以溶氧、間接控制是指以溶氧、phph、呼吸商、排氣、呼吸商、排氣中二氧化碳分壓及代謝物質(zhì)濃度等作為反中二氧化碳分壓及代謝物質(zhì)濃度等作為反饋控制參數(shù)。饋控制參數(shù)。舉例舉例 碳源的影響和控制碳源的影響和控制 氮源的影響和控制氮源的影響和控制 磷酸鹽的影響

4、和控制磷酸鹽的影響和控制一、碳源一、碳源 種類：葡萄糖種類：葡萄糖 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 吸收快，利用快，能迅吸收快，利用快，能迅速參加代謝合成菌體和速參加代謝合成菌體和產(chǎn)生能量產(chǎn)生能量 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 有些品種產(chǎn)生分解產(chǎn)物有些品種產(chǎn)生分解產(chǎn)物 阻遏效應(yīng)。阻遏效應(yīng)。一）、碳源種類的影響及控制一）、碳源種類的影響及控制迅速利用的碳源迅速利用的碳源緩慢利用的碳源緩慢利用的碳源n種類：淀粉、乳糖、蔗種類：淀粉、乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油糖、麥芽糖、玉米油n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 不易產(chǎn)生分解產(chǎn)物不易產(chǎn)生分解產(chǎn)物 阻阻遏效應(yīng)。遏效應(yīng)。 有利于延長次級代謝產(chǎn)有利于延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期物的分泌期n缺點(diǎn)：溶解度低，發(fā)酵缺點(diǎn)

5、：溶解度低，發(fā)酵液粘度大。液粘度大。 發(fā)酵工業(yè)中常采用含迅速利用的碳源發(fā)酵工業(yè)中常采用含迅速利用的碳源和緩慢利用的碳源的混合碳源。和緩慢利用的碳源的混合碳源。迅速利用的碳源滿足菌體生長的消耗，迅速利用的碳源滿足菌體生長的消耗，緩慢利用的碳源，滿足產(chǎn)物合成，可延緩慢利用的碳源，滿足產(chǎn)物合成，可延長合成期，提高產(chǎn)量，并可解除葡萄糖長合成期，提高產(chǎn)量，并可解除葡萄糖效應(yīng)。效應(yīng)。碳源種類的控制碳源種類的控制二）、碳源濃度的控制二）、碳源濃度的控制在發(fā)酵過程中，補(bǔ)加糖類控制碳源濃度在發(fā)酵過程中，補(bǔ)加糖類控制碳源濃度補(bǔ)料的類型：補(bǔ)料的類型：1 1、流加、流加2 2、少量多次的加入、少量多次的加入3 3、多

6、量少次的加入、多量少次的加入 殘?zhí)橇繗執(zhí)橇?ph值值 qc x指發(fā)酵液的菌體濃度，單位指發(fā)酵液的菌體濃度，單位為（為（g g干菌體干菌體/l/l） 粘度粘度 溶氧溶氧 尾氣中尾氣中o2和和co2的含量的含量 發(fā)酵液的總體積發(fā)酵液的總體積補(bǔ)糖的依據(jù)：補(bǔ)糖的依據(jù)： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以最高產(chǎn)量的罐批的加糖率為指標(biāo)，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以最高產(chǎn)量的罐批的加糖率為指標(biāo)，并依據(jù)菌體濃度、一定時(shí)間內(nèi)的糖比消耗速率和殘?zhí)且罁?jù)菌體濃度、一定時(shí)間內(nèi)的糖比消耗速率和殘?zhí)堑燃右孕拚５燃右孕拚?例：例：青霉素發(fā)酵開始補(bǔ)糖在殘?zhí)墙抵燎嗝顾匕l(fā)酵開始補(bǔ)糖在殘?zhí)墙抵?.5%, ph開開始回升時(shí)補(bǔ)糖。補(bǔ)糖量以最高罐批經(jīng)驗(yàn)量為參考。始回升時(shí)

7、補(bǔ)糖。補(bǔ)糖量以最高罐批經(jīng)驗(yàn)量為參考。每小時(shí)每小時(shí) 前期前期040h 中期中期4090h 后期后期90以后以后 加糖量加糖量 0.08%-0.15% 0.15% - 0.18% 0.15% -0.18% 補(bǔ)糖量的控制：補(bǔ)糖量的控制：經(jīng)驗(yàn)法：經(jīng)驗(yàn)法：補(bǔ)糖的控制補(bǔ)糖的控制 把計(jì)算的加糖量，輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算把計(jì)算的加糖量，輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制加料裝置精確控制加入的糖量。機(jī)控制加料裝置精確控制加入的糖量。二、氮源的影響和控制二、氮源的影響和控制一）氮源的種類影響一）氮源的種類影響 種類：氨水、銨鹽和玉種類：氨水、銨鹽和玉米漿米漿 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 易被菌體利用，明顯易被菌體利用，明顯促進(jìn)菌體生長促進(jìn)菌

8、體生長 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 對于有些品種高濃度的對于有些品種高濃度的銨離子抑制產(chǎn)物合成銨離子抑制產(chǎn)物合成迅速利用的氮源迅速利用的氮源緩慢利用的氮源緩慢利用的氮源n種類：黃豆餅粉、花生種類：黃豆餅粉、花生餅粉、和棉子餅粉餅粉、和棉子餅粉n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：利用緩慢，有利于延長次利用緩慢，有利于延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期。級代謝產(chǎn)物的分泌期。防止早衰。防止早衰。n缺點(diǎn)：溶解度低，發(fā)酵缺點(diǎn)：溶解度低，發(fā)酵液粘度大。液粘度大。 發(fā)酵工業(yè)中常采用含迅速利用的發(fā)酵工業(yè)中常采用含迅速利用的氮源和緩慢利用的氮源的混合氮源。氮源和緩慢利用的氮源的混合氮源。 迅速利用的氮源促進(jìn)菌體生長繁殖，迅速利用的氮源促進(jìn)菌體生長繁殖，緩慢

9、利用的氮源，滿足產(chǎn)物合成，可延緩慢利用的氮源，滿足產(chǎn)物合成，可延長合成期，延緩自溶期。長合成期，延緩自溶期。二）氮源種類的控制二）氮源種類的控制三）氮源濃度的影響控制三）氮源濃度的影響控制氮源濃度對菌體生長和產(chǎn)物合成的量與方向氮源濃度對菌體生長和產(chǎn)物合成的量與方向都有影響。都有影響。氮源濃度的控制：氮源濃度的控制：控制基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的配比?？刂苹A(chǔ)培養(yǎng)基中的配比。通過補(bǔ)加氮源。通過補(bǔ)加氮源。如何補(bǔ)加氮源呢？如何補(bǔ)加氮源呢？在發(fā)酵過程中具體補(bǔ)加氮源來控制其濃度：在發(fā)酵過程中具體補(bǔ)加氮源來控制其濃度：1.1.補(bǔ)加某些具有調(diào)節(jié)生長代謝作用的有機(jī)氮補(bǔ)加某些具有調(diào)節(jié)生長代謝作用的有機(jī)氮源，如酵母粉、玉米漿

10、、尿素等。源，如酵母粉、玉米漿、尿素等。2.2.補(bǔ)加氨水或硫酸銨等無機(jī)氮源補(bǔ)加氨水或硫酸銨等無機(jī)氮源當(dāng)當(dāng)phph偏低又需補(bǔ)氮時(shí)，可通入氨氣；偏低又需補(bǔ)氮時(shí)，可通入氨氣；當(dāng)當(dāng)phph偏高又需補(bǔ)氮時(shí)，可加入生理酸性偏高又需補(bǔ)氮時(shí)，可加入生理酸性物質(zhì)如硫酸銨等。物質(zhì)如硫酸銨等。補(bǔ)氮的依據(jù)：補(bǔ)氮的依據(jù)：殘氮量、殘氮量、phph值、菌體量值、菌體量補(bǔ)氮量的控制補(bǔ)氮量的控制： 經(jīng)驗(yàn)法：經(jīng)驗(yàn)法： 依據(jù)使依據(jù)使phph升高升高0.10.1而通入氨水的量來計(jì)算。而通入氨水的量來計(jì)算。依據(jù)殘氮量和工藝控制殘氮量來計(jì)算。依據(jù)殘氮量和工藝控制殘氮量來計(jì)算。例：土霉素發(fā)酵例：土霉素發(fā)酵50m50m3 3發(fā)酵罐使發(fā)酵罐使

11、phph升高升高0.10.1通氨通氨量為量為1010升。使氨基氮上升升。使氨基氮上升0.004%-0.005%0.004%-0.005%。 動(dòng)力學(xué)方法；動(dòng)力學(xué)方法；通過通過q qn n、 q qp p ，計(jì)算每小時(shí)的補(bǔ)氮量。計(jì)算每小時(shí)的補(bǔ)氮量。 磷酸鹽能明顯促進(jìn)產(chǎn)生菌的生長。磷酸鹽能明顯促進(jìn)產(chǎn)生菌的生長。 菌體生長所允許的磷酸鹽濃度比次級菌體生長所允許的磷酸鹽濃度比次級代謝產(chǎn)物合成所允許的濃度大得多，兩者代謝產(chǎn)物合成所允許的濃度大得多，兩者平均相差幾十至幾百倍。平均相差幾十至幾百倍。 10mmol10mmol的磷酸鹽的磷酸鹽就明顯地抑制次級代謝產(chǎn)物的合成。就明顯地抑制次級代謝產(chǎn)物的合成。 適合

12、微生物生長的磷酸鹽濃度是適合微生物生長的磷酸鹽濃度是0.30.3300mmol300mmol，適合次級代謝產(chǎn)物合成所需的濃，適合次級代謝產(chǎn)物合成所需的濃度平均僅為度平均僅為0.1mmol0.1mmol。三、磷酸鹽的影響和控制三、磷酸鹽的影響和控制一）磷酸鹽源的影響一）磷酸鹽源的影響 磷酸鹽對初級代謝產(chǎn)物合成的調(diào)節(jié)往往是磷酸鹽對初級代謝產(chǎn)物合成的調(diào)節(jié)往往是通過促進(jìn)生長而間接產(chǎn)生的，對次級代謝通過促進(jìn)生長而間接產(chǎn)生的，對次級代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)節(jié)有多種可能的機(jī)制。產(chǎn)物生物合成的調(diào)節(jié)有多種可能的機(jī)制。 在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中采用適當(dāng)?shù)牧姿猁}濃度在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中采用適當(dāng)?shù)牧姿猁}濃度 抗生素發(fā)酵中常采用亞適量的磷酸鹽濃度抗生素發(fā)酵中常采用亞適量的磷酸鹽濃度亞適量：對菌體生長不是最適量但又不亞適量：對菌體生長不是最適量但又不影響菌體生長的量。影響菌體生長的量。 磷酸鹽的最適濃度必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w條磷酸鹽的最適濃度必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w條件和使用的原材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定件和使用的原材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定磷酸鹽的控制磷酸鹽的控制 一般磷酸鹽采用單消，防止發(fā)生沉淀反應(yīng)一般磷酸鹽采用單消，防止發(fā)生沉淀反應(yīng)使溶磷量達(dá)不到最適量。使溶磷量達(dá)不到最適量。 要控制有機(jī)氮源中的磷含量，以防溶磷量要控制有機(jī)氮源中的磷含量，以防溶磷量超過最適量。超過最適量。 當(dāng)菌體生長緩慢時(shí)，可適當(dāng)補(bǔ)加適量的磷，當(dāng)菌體生長緩慢