發(fā)酵過(guò)程的工藝控制

1、8.1 8.1 發(fā)酵過(guò)程控制概述發(fā)酵過(guò)程控制概述8.2 8.2 溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制8.3 PH 8.3 PH 值對(duì)發(fā)酵的影響和控制值對(duì)發(fā)酵的影響和控制8.4 8.4 溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響和控制溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響和控制8.7 CO8.7 CO2 2和呼吸商對(duì)發(fā)酵的影響和控制和呼吸商對(duì)發(fā)酵的影響和控制第八章 發(fā)酵過(guò)程控制8.8 8.8 基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制8.9 8.9 通氣攪拌對(duì)發(fā)酵的影響及其控制通氣攪拌對(duì)發(fā)酵的影響及其控制8.10 8.10 發(fā)酵中間檢測(cè)及終點(diǎn)判定發(fā)酵中間檢測(cè)及終點(diǎn)判定8.11 8.11 高密度發(fā)酵與過(guò)程控制高密度

2、發(fā)酵與過(guò)程控制8.12 8.12 自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器發(fā)酵罐圖發(fā)酵罐圖4 48.7 CO8.7 CO2 2及及呼吸商呼吸商對(duì)發(fā)酵的影響及控制對(duì)發(fā)酵的影響及控制 COCO2 2是微生物的代謝產(chǎn)物是微生物的代謝產(chǎn)物, ,是細(xì)胞代謝的重要指標(biāo)是細(xì)胞代謝的重要指標(biāo) 某些合成代謝的基質(zhì)某些合成代謝的基質(zhì) 自養(yǎng)細(xì)菌的碳源自養(yǎng)細(xì)菌的碳源 在發(fā)酵過(guò)程中，在發(fā)酵過(guò)程中， COCO2 2可能對(duì)發(fā)酵有促進(jìn)作用，也可能對(duì)發(fā)酵有促進(jìn)作用，也可能有抑制作用可能有抑制作用1 CO1 CO2 2對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)發(fā)酵的影響COCO2 2對(duì)菌體有抑制作用，當(dāng)排氣中對(duì)菌體有抑制作用，當(dāng)排氣中COC

3、O2 2的濃度高于的濃度高于4%4%時(shí)，微生物的糖代謝和呼吸速率下降。時(shí)，微生物的糖代謝和呼吸速率下降。例如，發(fā)酵液中例如，發(fā)酵液中COCO2 2的濃度達(dá)到的濃度達(dá)到1.61.61010-1 -1molmol，就會(huì)嚴(yán)，就會(huì)嚴(yán)重抑制酵母的生長(zhǎng)；當(dāng)進(jìn)氣口重抑制酵母的生長(zhǎng)；當(dāng)進(jìn)氣口COCO2 2的含量占混合氣體的的含量占混合氣體的80%80%時(shí)，酵母活力與對(duì)照相比降低時(shí)，酵母活力與對(duì)照相比降低20%20%。COCO2 2對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)發(fā)酵促進(jìn)。如牛鏈球菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖，最重對(duì)發(fā)酵促進(jìn)。如牛鏈球菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖，最重要的發(fā)酵條件是提供的空氣中要含要的發(fā)酵條件是提供的空氣中要含5%5%的的COC

4、O2 2 。對(duì)發(fā)酵抑制。如對(duì)肌苷、異亮氨酸、組氨酸、對(duì)發(fā)酵抑制。如對(duì)肌苷、異亮氨酸、組氨酸、抗生素等發(fā)酵的抑制抗生素等發(fā)酵的抑制影響發(fā)酵液的酸堿平衡影響發(fā)酵液的酸堿平衡 COCO2 2及及HCOHCO3 3- -主要是影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致膜的流動(dòng)性主要是影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致膜的流動(dòng)性及表面電荷密度發(fā)生改變，影響到細(xì)胞膜的輸送效率，及表面電荷密度發(fā)生改變，影響到細(xì)胞膜的輸送效率，導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制、形態(tài)發(fā)生改變。導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制、形態(tài)發(fā)生改變。 培養(yǎng)液中的培養(yǎng)液中的COCO2 2主要作用于細(xì)胞膜的脂質(zhì)核心部位；主要作用于細(xì)胞膜的脂質(zhì)核心部位； HCOHCO3 3- -影響細(xì)胞膜的膜蛋白

5、。影響細(xì)胞膜的膜蛋白。2 CO2 CO2 2對(duì)發(fā)酵影響的機(jī)理對(duì)發(fā)酵影響的機(jī)理3 CO3 CO2 2的控制的控制CO2在發(fā)酵液中的濃度大小受到許多因素的在發(fā)酵液中的濃度大小受到許多因素的影響，如細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度、發(fā)酵液的流變學(xué)影響，如細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度、發(fā)酵液的流變學(xué)特性、通氣攪拌程度、罐壓大小、設(shè)備規(guī)模特性、通氣攪拌程度、罐壓大小、設(shè)備規(guī)模等。綜合考慮溶解度、溫度、通氣狀況等。等。綜合考慮溶解度、溫度、通氣狀況等。在發(fā)酵過(guò)程中通常通過(guò)在發(fā)酵過(guò)程中通常通過(guò)調(diào)節(jié)通風(fēng)和攪拌調(diào)節(jié)通風(fēng)和攪拌來(lái)控來(lái)控制。但提高罐壓，溶解度增加制。但提高罐壓，溶解度增加 ，對(duì)菌體生，對(duì)菌體生長(zhǎng)有害。長(zhǎng)有害。 CO2濃度的控制應(yīng)隨

6、它對(duì)發(fā)酵的影響而定。 如果CO2對(duì)產(chǎn)物合成有抑制作用，則應(yīng)設(shè)法降低其濃度； 若有促進(jìn)作用，則應(yīng)提高其濃度。呼吸商呼吸商 生物體在同一時(shí)間內(nèi)生物體在同一時(shí)間內(nèi)COCO2 2產(chǎn)生量與產(chǎn)生量與O O2 2的消耗量的比值叫做呼的消耗量的比值叫做呼吸商吸商(CO(CO2 2 O O2 2) ) 。 如糖類物質(zhì)完全氧化時(shí)，如糖類物質(zhì)完全氧化時(shí)， O O2 2只用于與氫形成只用于與氫形成H H2 2O O，反應(yīng)式，反應(yīng)式可以葡萄糖為例表示如下：可以葡萄糖為例表示如下：C C6 6H H1212O O6 66H6H2 2O O 6 O6 O2 26 CO6 CO2 2 12H12H2 2O O 其呼吸商其呼吸

7、商 COCO2 2 O O2 2 6 66 61 10000；并可求得每氧化；并可求得每氧化1g1g葡萄糖要消耗葡萄糖要消耗1.07g O1.07g O2 2 。 呼吸商與發(fā)酵呼吸商與發(fā)酵 分析尾氣中分析尾氣中COCO2 2的含量，記錄培養(yǎng)基體積及通氣量的變的含量，記錄培養(yǎng)基體積及通氣量的變化，用計(jì)算機(jī)計(jì)算化，用計(jì)算機(jī)計(jì)算COCO2 2的積累量。如果連續(xù)測(cè)得的積累量。如果連續(xù)測(cè)得COCO2 2濃度，濃度，可計(jì)算出整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中可計(jì)算出整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中COCO2 2的釋放率的釋放率( (簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CER) CER) 發(fā)酵過(guò)程中菌的耗氧速率發(fā)酵過(guò)程中菌的耗氧速率OUROUR可通過(guò)熱磁氧分析儀或質(zhì)可通過(guò)

8、熱磁氧分析儀或質(zhì)譜儀測(cè)量進(jìn)氣和排氣中的氧含量計(jì)算而得，并最終計(jì)算譜儀測(cè)量進(jìn)氣和排氣中的氧含量計(jì)算而得，并最終計(jì)算出呼吸商出呼吸商RQRQ RQ= CER / OUR RQRQ可以反映菌的代謝情況可以反映菌的代謝情況 酵母發(fā)酵酵母發(fā)酵 RQ=1RQ=1，糖有氧代謝，僅生成菌體，無(wú)產(chǎn)物形成；，糖有氧代謝，僅生成菌體，無(wú)產(chǎn)物形成； RQ1.1RQ1.1，糖經(jīng)，糖經(jīng)EMP(EMP(糖酵解糖酵解) )生成乙醇。生成乙醇。 不同基質(zhì)，菌的不同基質(zhì)，菌的RQRQ不同不同 E.coliE.coli以延胡索酸為基質(zhì)，以延胡索酸為基質(zhì)，RQ=1.44RQ=1.44； 以丙酮酸為基質(zhì)，以丙酮酸為基質(zhì)，RQ=1.26

9、RQ=1.26； 以琥珀酸為基質(zhì)，以琥珀酸為基質(zhì)，RQ=1.12RQ=1.12； 以乳酸、葡萄糖為基質(zhì)，以乳酸、葡萄糖為基質(zhì)，RQRQ分別為分別為1.021.02和和1.001.00。 在抗生素發(fā)酵中，由于存在菌體生長(zhǎng)、維持及產(chǎn)物形在抗生素發(fā)酵中，由于存在菌體生長(zhǎng)、維持及產(chǎn)物形成的不同階段，其成的不同階段，其RQRQ值也不一樣。值也不一樣。青霉素發(fā)酵的理論呼吸商：菌體生青霉素發(fā)酵的理論呼吸商：菌體生長(zhǎng)長(zhǎng)0.909，菌體維持，菌體維持1，青霉素合，青霉素合成成4。發(fā)酵早期，主要是菌生長(zhǎng)，。發(fā)酵早期，主要是菌生長(zhǎng)，RQ1；過(guò)渡期菌體維持其生命活；過(guò)渡期菌體維持其生命活動(dòng)，產(chǎn)物逐漸形成，基質(zhì)葡萄糖的

10、動(dòng)，產(chǎn)物逐漸形成，基質(zhì)葡萄糖的代謝不僅僅用于菌體生長(zhǎng)，代謝不僅僅用于菌體生長(zhǎng)，RQ比比生長(zhǎng)期略有增加。生長(zhǎng)期略有增加。8.8 8.8 基質(zhì)對(duì)發(fā)酵的影響基質(zhì)對(duì)發(fā)酵的影響 基質(zhì)即培養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。對(duì)于發(fā)酵控基質(zhì)即培養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。對(duì)于發(fā)酵控制來(lái)說(shuō)，基質(zhì)是生產(chǎn)菌代謝的物質(zhì)基礎(chǔ)，既制來(lái)說(shuō)，基質(zhì)是生產(chǎn)菌代謝的物質(zhì)基礎(chǔ)，既涉及菌體的生長(zhǎng)繁殖，又涉及代謝產(chǎn)物的形涉及菌體的生長(zhǎng)繁殖，又涉及代謝產(chǎn)物的形成。因此基質(zhì)的成。因此基質(zhì)的種類和濃度種類和濃度與發(fā)酵代謝有著與發(fā)酵代謝有著密切的關(guān)系。所以選擇密切的關(guān)系。所以選擇適當(dāng)?shù)幕|(zhì)和控制適適當(dāng)?shù)幕|(zhì)和控制適當(dāng)?shù)臐舛犬?dāng)?shù)臐舛龋翘岣叽x產(chǎn)物產(chǎn)量的重要方法，是提

11、高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的重要方法 1 1 基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響 培養(yǎng)基過(guò)于豐富，有時(shí)會(huì)使菌體生長(zhǎng)過(guò)旺，培養(yǎng)基過(guò)于豐富，有時(shí)會(huì)使菌體生長(zhǎng)過(guò)旺，黏度增大，傳質(zhì)差，菌體需較多的能量來(lái)維黏度增大，傳質(zhì)差，菌體需較多的能量來(lái)維持其生存環(huán)境，即用于持其生存環(huán)境，即用于非生產(chǎn)的能量大量增非生產(chǎn)的能量大量增加加。 所以，在分批發(fā)酵中，控制合適的基質(zhì)濃度所以，在分批發(fā)酵中，控制合適的基質(zhì)濃度不但對(duì)菌體的生長(zhǎng)有利，對(duì)產(chǎn)物的形成也有不但對(duì)菌體的生長(zhǎng)有利，對(duì)產(chǎn)物的形成也有益處。益處。(1) (1) 碳源對(duì)發(fā)酵的影響及其控制碳源對(duì)發(fā)酵的影響及其控制 碳源分為速效碳源和遲效碳源。前者碳源分為速效碳源和遲效碳源

12、。前者( (如葡萄糖如葡萄糖) )能較迅速地能較迅速地參與代謝、合成菌體和產(chǎn)生能量，并產(chǎn)生分解代謝產(chǎn)物參與代謝、合成菌體和產(chǎn)生能量，并產(chǎn)生分解代謝產(chǎn)物( (如丙如丙酮酸等酮酸等) )，因此有利于菌體生長(zhǎng)，但有的分解代謝產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)物，因此有利于菌體生長(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；后者多數(shù)為聚合物的合成可能產(chǎn)生阻遏作用；后者多數(shù)為聚合物( (也有例外也有例外) )，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)抗生素的生產(chǎn)期，也為許多微生物藥物的發(fā)酵所采用。延長(zhǎng)抗生素的生產(chǎn)期，也為許多微生物藥物的發(fā)酵所采用。 例如，

13、乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油及半乳糖例如，乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油及半乳糖分別是青霉素、頭孢菌素分別是青霉素、頭孢菌素C C、鹽霉素、核黃素、鹽霉素、核黃素及生物堿發(fā)酵的最適碳源。及生物堿發(fā)酵的最適碳源。 因此選擇最適碳源對(duì)提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量是很重因此選擇最適碳源對(duì)提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量是很重要的。要的。 青霉素研究中：在迅速利用的葡萄糖培養(yǎng)基青霉素研究中：在迅速利用的葡萄糖培養(yǎng)基中，菌體生長(zhǎng)良好，但青霉素合成量很少；中，菌體生長(zhǎng)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。的產(chǎn)量明顯增加。糖的緩慢利用糖的緩慢利用是青霉素合是青霉

14、素合成的關(guān)鍵因素。所以緩慢滴加葡萄糖以代替成的關(guān)鍵因素。所以緩慢滴加葡萄糖以代替乳糖，可以得到良好的結(jié)果。乳糖，可以得到良好的結(jié)果。乳糖被緩慢利乳糖被緩慢利用的速度恰好適合青霉素合成的要求。用的速度恰好適合青霉素合成的要求。 碳源濃度的影響碳源濃度的影響 營(yíng)養(yǎng)過(guò)于豐富引起菌體異常繁殖，對(duì)菌營(yíng)養(yǎng)過(guò)于豐富引起菌體異常繁殖，對(duì)菌體的代謝、產(chǎn)物的合成及氧的傳遞都會(huì)產(chǎn)生體的代謝、產(chǎn)物的合成及氧的傳遞都會(huì)產(chǎn)生不良的影響。若產(chǎn)生阻遏作用的迅速利用的不良的影響。若產(chǎn)生阻遏作用的迅速利用的碳源用量過(guò)大，則產(chǎn)物的合成會(huì)受到明顯的碳源用量過(guò)大，則產(chǎn)物的合成會(huì)受到明顯的抑制；反之，僅僅供給維持量的碳源，菌體抑制；反之

15、，僅僅供給維持量的碳源，菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成就都停止。生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成就都停止。所以控制合適的碳源濃度是非常重要的。所以控制合適的碳源濃度是非常重要的。(2)(2)氮源對(duì)發(fā)酵的影響及其控制氮源對(duì)發(fā)酵的影響及其控制 氮源有無(wú)機(jī)氮源和有機(jī)氮源兩類。氮源有無(wú)機(jī)氮源和有機(jī)氮源兩類。 它們對(duì)菌體代謝都能產(chǎn)生明顯的影響，不同它們對(duì)菌體代謝都能產(chǎn)生明顯的影響，不同的種類和不同的濃度都能影響產(chǎn)物合成的方的種類和不同的濃度都能影響產(chǎn)物合成的方向和產(chǎn)量。向和產(chǎn)量。 發(fā)酵培養(yǎng)基一般是選用含有發(fā)酵培養(yǎng)基一般是選用含有快速利用和慢速利用快速利用和慢速利用的的混合氮源。如氨基酸發(fā)酵用銨鹽混合氮源。如氨基酸發(fā)酵用銨鹽( (硫酸

16、銨或醋酸銨硫酸銨或醋酸銨) )和麩皮水解液、玉米漿；鏈霉素發(fā)酵采用硫酸銨和和麩皮水解液、玉米漿；鏈霉素發(fā)酵采用硫酸銨和黃豆餅粉。但也有使用單一的銨鹽或有機(jī)氮源黃豆餅粉。但也有使用單一的銨鹽或有機(jī)氮源( (如如黃豆餅粉黃豆餅粉) )。它們被利用的情況與速效和遲效碳源。它們被利用的情況與速效和遲效碳源相似。為了調(diào)節(jié)菌體生長(zhǎng)和防止菌體衰老自溶，除相似。為了調(diào)節(jié)菌體生長(zhǎng)和防止菌體衰老自溶，除了基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的氮源外，還要在發(fā)酵過(guò)程中了基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的氮源外，還要在發(fā)酵過(guò)程中補(bǔ)加補(bǔ)加氮源氮源來(lái)控制其濃度。來(lái)控制其濃度。 控制適當(dāng)?shù)牡孜餄舛龋刂七m當(dāng)?shù)牡孜餄舛?，防止底物的抑制和阻遏防止底物的抑制和阻遏作用，?/p>

17、可控制微生物作用，也可控制微生物處于適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)階段。處于適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)階段。補(bǔ)料控制目的v解除基質(zhì)過(guò)濃的抑制解除基質(zhì)過(guò)濃的抑制v解除產(chǎn)物的反饋抑制解除產(chǎn)物的反饋抑制補(bǔ)充微生物能源和碳源的需要。補(bǔ)充微生物能源和碳源的需要。補(bǔ)充菌體所需要的氮源。補(bǔ)充菌體所需要的氮源。補(bǔ)充微量元素或無(wú)機(jī)鹽補(bǔ)充微量元素或無(wú)機(jī)鹽。補(bǔ)料的內(nèi)容補(bǔ)料的內(nèi)容控制微生物的中間代謝，使之向著有控制微生物的中間代謝，使之向著有利于產(chǎn)物積累的方向發(fā)展。利于產(chǎn)物積累的方向發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在中間補(bǔ)料控制時(shí)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在中間補(bǔ)料控制時(shí)，必須選擇恰當(dāng)?shù)姆答伩刂茀?shù)和補(bǔ)料必須選擇恰當(dāng)?shù)姆答伩刂茀?shù)和補(bǔ)料速率。速率。 補(bǔ)料的原則補(bǔ)料的原則

18、 避免抑制和阻遏作用避免抑制和阻遏作用 以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)控制流加，補(bǔ)加的量控以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)控制流加，補(bǔ)加的量控制在出現(xiàn)毒性反應(yīng)的劑量下制在出現(xiàn)毒性反應(yīng)的劑量下 補(bǔ)加的方式根據(jù)底物消耗的速度連續(xù)流加，避補(bǔ)加的方式根據(jù)底物消耗的速度連續(xù)流加，避免不足或過(guò)量免不足或過(guò)量 采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)菌體濃度、底物濃度采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)菌體濃度、底物濃度自動(dòng)補(bǔ)料自動(dòng)補(bǔ)料補(bǔ)料控制的策略補(bǔ)料控制的策略補(bǔ)料速率的確定補(bǔ)料速率的確定 優(yōu)化補(bǔ)料速率也是補(bǔ)料控制中十分重要的優(yōu)化補(bǔ)料速率也是補(bǔ)料控制中十分重要的一環(huán)，因?yàn)轲B(yǎng)分和前體需要維持適當(dāng)?shù)臐庖画h(huán)，因?yàn)轲B(yǎng)分和前體需要維持適當(dāng)?shù)臐舛龋鼈儎t以不同的速率被

19、消耗，所以度，而它們則以不同的速率被消耗，所以補(bǔ)料速率要根據(jù)微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)等的補(bǔ)料速率要根據(jù)微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)等的消耗速消耗速率率及所設(shè)定的培養(yǎng)液中及所設(shè)定的培養(yǎng)液中最低維持濃度最低維持濃度而定。而定。8.9 8.9 通氣攪拌對(duì)發(fā)酵的影響和控制通氣攪拌對(duì)發(fā)酵的影響和控制 通氣：供給微生物適量的無(wú)菌空氣，滿通氣：供給微生物適量的無(wú)菌空氣，滿足菌體生長(zhǎng)繁殖和積累代謝產(chǎn)物的需要足菌體生長(zhǎng)繁殖和積累代謝產(chǎn)物的需要 攪拌：攪拌： 氧傳遞速率的影響因素：攪拌器的形式、氧傳遞速率的影響因素：攪拌器的形式、直徑、組數(shù)、攪拌器間距和轉(zhuǎn)速等直徑、組數(shù)、攪拌器間距和轉(zhuǎn)速等1 1、 罐的罐的組成組成 2 2、 攪拌器攪拌器3

20、 3 擋板擋板4 4、 消泡器消泡器 5 5、 軸封軸封6 6、 聯(lián)軸器聯(lián)軸器7 7、 軸承軸承 8 8、 變速裝置變速裝置 9 9、 換熱換熱裝置裝置1010、空氣分布裝置空氣分布裝置1、罐體、罐體 罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，材料一般為不銹鋼。 發(fā)酵罐頂設(shè)有手孔人孔、 視鏡及燈鏡。 罐頂上的接管：進(jìn)料管、補(bǔ)料管、排氣管、接種管和壓力表接管。 在罐身上的接管：冷卻水進(jìn)出管、進(jìn)空氣管、取樣管、溫度計(jì)管和測(cè)控儀表接口。罐體的尺寸比例罐體的尺寸比例 H/D=1.74 罐體各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度與直徑之比一般為1.74左右。攪拌器的作用：打碎氣泡，使空氣與溶液均勻接觸，使氧溶

21、于發(fā)酵液中。使發(fā)酵液中的懸浮顆粒均勻分散2、攪拌器攪拌器攪拌器類型： 軸向式（槳葉式、螺旋槳式）； 徑向式（渦輪式）發(fā)酵罐通常裝有兩組攪拌器，兩組攪拌器的間距S約為攪拌器直徑的三倍。對(duì)于大型發(fā)酵罐以及液體深度HL較高的，可安裝三組或三組以上的攪拌器。3 擋板 擋板的作用：改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體劇烈翻動(dòng)，增加溶解氧。4 消泡器消泡器的作用：將泡沫打碎。最常用的形式有鋸齒式、孔板式。消泡器的長(zhǎng)度約為罐徑的0.65倍孔板式的孔徑約1020mm。5 5 軸封軸封 軸封的作用是使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄漏和污染雜菌。 常用的軸封有填料函和端面軸封兩種。6 6、聯(lián)軸器

22、、聯(lián)軸器 大型發(fā)酵罐攪拌軸較長(zhǎng)，常分為二至三段，用聯(lián)軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯(lián)接。7 7、軸承、軸承中型發(fā)酵罐般在罐內(nèi)裝有底軸承 ，而大型發(fā)酵罐裝有中間軸承，底軸承和中間軸承的水平位置應(yīng)能適當(dāng)調(diào)節(jié)。罐內(nèi)軸承不能加潤(rùn)滑油，應(yīng)采用液體潤(rùn)滑的塑料軸瓦(如聚四氟乙烯等)，軸瓦與軸之間的間隙常取軸徑的0.40.7。為了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個(gè)軸套。8 8、變速裝置、變速裝置 試驗(yàn)罐采用無(wú)級(jí)變速裝置。 發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶傳動(dòng)，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置，其中以三角皮帶變速傳動(dòng)較為簡(jiǎn)便。大型發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐攪拌裝置攪拌裝置攪拌電機(jī)攪拌變速器攪拌軸及軸封9 9、換熱裝置、

23、換熱裝置 夾套式換熱裝置夾套式換熱裝置 這種裝置多應(yīng)用于容積較小的發(fā)酵罐、種子罐； 夾套的高度比靜止液面高度稍高即可，無(wú)須進(jìn)行冷卻面積的設(shè)計(jì)。 這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；加工容易，罐內(nèi)無(wú)冷卻設(shè)備，死角少，容易進(jìn)行清潔滅菌工作，有利于發(fā)酵。 其缺點(diǎn)是：傳熱壁較厚，冷卻水流速低，發(fā)酵時(shí)降溫效果差， 豎式蛇管換熱裝置豎式蛇管換熱裝置 這種裝置是豎式的這種裝置是豎式的蛇管分組安裝于發(fā)酵蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，有四組、六組罐內(nèi)，有四組、六組或八組不等，根據(jù)管或八組不等，根據(jù)管的直徑大小而定，容的直徑大小而定，容積積5 5米米3 3以上的發(fā)酵罐以上的發(fā)酵罐多用這種換熱裝置。多用這種換熱裝置。 這種裝置的

24、優(yōu)點(diǎn)是：這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是：冷卻水在管內(nèi)的流速冷卻水在管內(nèi)的流速大；傳熱系數(shù)高。這大；傳熱系數(shù)高。這種冷卻裝置適用于冷種冷卻裝置適用于冷卻用水溫度較低的地卻用水溫度較低的地區(qū)，水的用量較少。區(qū)，水的用量較少。1010、空氣分布裝置、空氣分布裝置 單管單管 環(huán)形管環(huán)形管 d dI I = 0.8D= 0.8Di i d dI I 環(huán)徑環(huán)徑D Di i 漿葉直徑漿葉直徑 8.18.10 0 高密度發(fā)酵與過(guò)程控制高密度發(fā)酵與過(guò)程控制 高密度發(fā)酵特點(diǎn)高密度發(fā)酵特點(diǎn) 菌體的生長(zhǎng)能力保持在最佳狀態(tài)菌體的生長(zhǎng)能力保持在最佳狀態(tài) 具備適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)條件具備適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)條件 產(chǎn)物合成基質(zhì)產(chǎn)物合成基質(zhì) 前體前體 誘導(dǎo)物誘

25、導(dǎo)物 無(wú)有害代謝物積累無(wú)有害代謝物積累高密度發(fā)酵策略高密度發(fā)酵策略 用碳源作為限制性養(yǎng)分，采用補(bǔ)用碳源作為限制性養(yǎng)分，采用補(bǔ)料分批發(fā)酵料分批發(fā)酵使用最低合成培養(yǎng)基以便于準(zhǔn)確的培養(yǎng)基使用最低合成培養(yǎng)基以便于準(zhǔn)確的培養(yǎng)基設(shè)計(jì)和計(jì)算生長(zhǎng)得率，避免引入對(duì)細(xì)胞生設(shè)計(jì)和計(jì)算生長(zhǎng)得率，避免引入對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)不利的養(yǎng)分限制長(zhǎng)不利的養(yǎng)分限制優(yōu)化細(xì)胞生長(zhǎng)速率，使碳源被充分優(yōu)化細(xì)胞生長(zhǎng)速率，使碳源被充分利用獲得高產(chǎn)率利用獲得高產(chǎn)率高密度發(fā)酵存在問(wèn)題高密度發(fā)酵存在問(wèn)題 水溶液中的固體和氣體物質(zhì)的溶解度水溶液中的固體和氣體物質(zhì)的溶解度 基質(zhì)對(duì)生長(zhǎng)的限制或抑制作用基質(zhì)對(duì)生長(zhǎng)的限制或抑制作用 基質(zhì)與產(chǎn)物的不穩(wěn)定性和揮發(fā)性基質(zhì)與

26、產(chǎn)物的不穩(wěn)定性和揮發(fā)性 產(chǎn)物或副產(chǎn)物的積累達(dá)到抑制生長(zhǎng)的水平產(chǎn)物或副產(chǎn)物的積累達(dá)到抑制生長(zhǎng)的水平 高濃度的高濃度的COCO2 2和熱的釋放速率和熱的釋放速率 高的氧需求和培養(yǎng)基的粘度不斷增加高的氧需求和培養(yǎng)基的粘度不斷增加8.18.11 1 發(fā)酵中間檢測(cè)及終點(diǎn)判定發(fā)酵中間檢測(cè)及終點(diǎn)判定 微生物發(fā)酵終點(diǎn)的判斷，對(duì)提高產(chǎn)物的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益是微生物發(fā)酵終點(diǎn)的判斷，對(duì)提高產(chǎn)物的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益是很重要的。很重要的。 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力（或稱生產(chǎn)率、產(chǎn)率）是指單位時(shí)間內(nèi)單位罐體（或稱生產(chǎn)率、產(chǎn)率）是指單位時(shí)間內(nèi)單位罐體積發(fā)酵液的產(chǎn)物積累量而言積發(fā)酵液的產(chǎn)物積累量而言 生產(chǎn)率單位一般為生產(chǎn)率單位一般為

27、g g(L(Lh)h)或或kgkg(m3(m3h)h)，產(chǎn)物濃度單位為，產(chǎn)物濃度單位為g gL L或或kgkgm3m3，發(fā)酵時(shí)間單位為，發(fā)酵時(shí)間單位為h h 終點(diǎn)判斷：終點(diǎn)判斷：產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合。的結(jié)合。 發(fā)酵過(guò)程的中間檢測(cè)分析是生產(chǎn)控制的眼睛，它顯示發(fā)酵過(guò)程的中間檢測(cè)分析是生產(chǎn)控制的眼睛，它顯示了發(fā)酵過(guò)程中微生物的主要代謝變化。因?yàn)槲⑸飩€(gè)了發(fā)酵過(guò)程中微生物的主要代謝變化。因?yàn)槲⑸飩€(gè)體極微小，肉眼無(wú)法看見(jiàn)，要了解它的代謝狀況，只體極微小，肉眼無(wú)法看見(jiàn)，要了解它的代謝狀況，只能從分析一些參數(shù)來(lái)判斷，所以說(shuō)中間分析是生產(chǎn)控能從分析一些參數(shù)來(lái)判斷，所以說(shuō)中間分析是生產(chǎn)控制的眼睛

28、。制的眼睛。 這些代謝參數(shù)又稱為狀態(tài)參數(shù)，因?yàn)樗鼈兎从嘲l(fā)酵過(guò)這些代謝參數(shù)又稱為狀態(tài)參數(shù)，因?yàn)樗鼈兎从嘲l(fā)酵過(guò)程中菌的生理代謝狀況，如程中菌的生理代謝狀況，如pHpH，溶氧，尾氣氧，尾氣，溶氧，尾氣氧，尾氣二氧化碳，粘度，菌濃度等二氧化碳，粘度，菌濃度等1 發(fā)酵過(guò)程的中間檢測(cè)發(fā)酵過(guò)程的中間檢測(cè)2 2 目前發(fā)酵過(guò)程主要分析項(xiàng)目如下：目前發(fā)酵過(guò)程主要分析項(xiàng)目如下： pHpH pH pH與微生物的生命活動(dòng)密切相關(guān)與微生物的生命活動(dòng)密切相關(guān)酶催化活性酶催化活性 pHpH的變化又是微生物代謝狀況的綜合反應(yīng)的變化又是微生物代謝狀況的綜合反應(yīng)基質(zhì)代謝、產(chǎn)物合成、細(xì)胞狀態(tài)、營(yíng)養(yǎng)狀況、基質(zhì)代謝、產(chǎn)物合成、細(xì)胞狀態(tài)、

29、營(yíng)養(yǎng)狀況、供氧狀況供氧狀況排氣氧、排氣排氣氧、排氣CO2CO2和呼吸熵和呼吸熵 排氣氧的濃度表征了進(jìn)氣的氧被微生物利用以后還排氣氧的濃度表征了進(jìn)氣的氧被微生物利用以后還剩余的氧，因此排氣氧的大小反映了菌生長(zhǎng)的活性，剩余的氧，因此排氣氧的大小反映了菌生長(zhǎng)的活性，通過(guò)計(jì)算可以求得攝氧率（通過(guò)計(jì)算可以求得攝氧率（OUROUR）。）。 排氣二氧化碳反映了微生物代謝的情況，因?yàn)槲⑸艢舛趸挤从沉宋⑸锎x的情況，因?yàn)槲⑸飻z入的氧并不是全部變成二氧化碳的，有的進(jìn)入物攝入的氧并不是全部變成二氧化碳的，有的進(jìn)入代謝中間物分子，進(jìn)入細(xì)胞或產(chǎn)物，因此消耗的氧代謝中間物分子，進(jìn)入細(xì)胞或產(chǎn)物，因此消耗的氧并不等

30、于排出的二氧化碳，此外，含氧的有機(jī)物降并不等于排出的二氧化碳，此外，含氧的有機(jī)物降解后會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，使排氣二氧化碳大于消耗的解后會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，使排氣二氧化碳大于消耗的氧。氧。 糖含量糖含量一般在發(fā)酵中后期為保證產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物，有意一般在發(fā)酵中后期為保證產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物，有意使菌體處于半饑餓狀態(tài)，在營(yíng)養(yǎng)限制的條件下，使菌體處于半饑餓狀態(tài)，在營(yíng)養(yǎng)限制的條件下，維持產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物的速率在較高水平。維持產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物的速率在較高水平。對(duì)于這種工藝，后期的補(bǔ)料控制是關(guān)鍵。對(duì)于這種工藝，后期的補(bǔ)料控制是關(guān)鍵。過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在補(bǔ)糖開(kāi)始時(shí)，不但過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在補(bǔ)糖開(kāi)始時(shí)，不但CERCER、OUROUR大

31、幅度大幅度提高，連提高，連RQRQ也提高約也提高約1010，表明通過(guò)補(bǔ)糖不但提，表明通過(guò)補(bǔ)糖不但提供了更多的碳源，而且隨著體系內(nèi)葡萄糖濃度提供了更多的碳源，而且隨著體系內(nèi)葡萄糖濃度提高，糖代謝相關(guān)酶活力也提高，產(chǎn)能增加。高，糖代謝相關(guān)酶活力也提高，產(chǎn)能增加。 微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成與糖代謝有密切關(guān)系。微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成與糖代謝有密切關(guān)系。 糖的消耗糖的消耗: : 反映產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)繁殖情況反映產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)繁殖情況 反映產(chǎn)物合成的活力反映產(chǎn)物合成的活力 菌體生長(zhǎng)旺盛糖耗一定快，殘?zhí)且簿徒档偷每焱ㄟ^(guò)糖菌體生長(zhǎng)旺盛糖耗一定快，殘?zhí)且簿徒档偷每焱ㄟ^(guò)糖含量的測(cè)定，可以控制菌體生長(zhǎng)速率，可控制補(bǔ)糖來(lái)含量的測(cè)

32、定，可以控制菌體生長(zhǎng)速率，可控制補(bǔ)糖來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)pHpH，促進(jìn)產(chǎn)物合成，不致于盲目補(bǔ)糖，造成發(fā)酵，促進(jìn)產(chǎn)物合成，不致于盲目補(bǔ)糖，造成發(fā)酵不正常。不正常。 糖含量測(cè)定包括總糖和還原糖。糖含量測(cè)定包括總糖和還原糖。 總糖總糖指發(fā)酵液中殘留的各種糖的總量。如發(fā)酵中的指發(fā)酵液中殘留的各種糖的總量。如發(fā)酵中的淀粉、飴糖、單糖等各種糖。淀粉、飴糖、單糖等各種糖。 還原糖還原糖指含有自由醛基的單糖，通常指的是葡萄糖。指含有自由醛基的單糖，通常指的是葡萄糖。 氨基氮和氨氮氨基氮和氨氮 氨基氮氨基氮指有機(jī)氮中的氮（指有機(jī)氮中的氮（NH2-NNH2-N），單位是），單位是 mg/100mlmg/100ml。如氨基酸

33、中的氮，黃豆餅粉、花生餅粉。如氨基酸中的氮，黃豆餅粉、花生餅粉中都有有機(jī)氮。中都有有機(jī)氮。 氨氮氨氮指無(wú)機(jī)氨中的氮（指無(wú)機(jī)氨中的氮（NH3-NNH3-N）。）。 氮利用快慢可分析出菌體生長(zhǎng)情況，含氮產(chǎn)物合成氮利用快慢可分析出菌體生長(zhǎng)情況，含氮產(chǎn)物合成情況。情況。 磷含量磷含量 微生物體內(nèi)磷含量較高，培養(yǎng)基中以磷酸鹽微生物體內(nèi)磷含量較高，培養(yǎng)基中以磷酸鹽為主，發(fā)酵中用來(lái)計(jì)算磷含量的是磷酸根。為主，發(fā)酵中用來(lái)計(jì)算磷含量的是磷酸根。 磷是核酸的組成部分，是高能化合物磷是核酸的組成部分，是高能化合物ATPATP的的組成部分，磷還能促進(jìn)糖代謝。因此磷在培組成部分，磷還能促進(jìn)糖代謝。因此磷在培養(yǎng)基中具有非

34、常重要的作用，如果磷缺乏就養(yǎng)基中具有非常重要的作用，如果磷缺乏就要采取補(bǔ)磷措施。要采取補(bǔ)磷措施。 菌濃度和菌形態(tài)菌濃度和菌形態(tài) 菌形態(tài)和菌濃度直接反映菌生長(zhǎng)的情況。菌形態(tài)和菌濃度直接反映菌生長(zhǎng)的情況。 菌形態(tài)菌形態(tài) 顯微鏡觀察顯微鏡觀察 菌濃度的測(cè)定是衡量產(chǎn)生菌在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)菌濃度的測(cè)定是衡量產(chǎn)生菌在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中菌體量的變化，一般前期菌濃增長(zhǎng)很程中菌體量的變化，一般前期菌濃增長(zhǎng)很快，中期菌濃基本恒定?？欤衅诰鷿饣竞愣?。 補(bǔ)料會(huì)引起菌濃的波動(dòng)，這也是衡量補(bǔ)料補(bǔ)料會(huì)引起菌濃的波動(dòng)，這也是衡量補(bǔ)料量適合與否的一個(gè)參數(shù)。量適合與否的一個(gè)參數(shù)。 菌濃度測(cè)定方法：菌濃度測(cè)定方法： 測(cè)粘度測(cè)粘度 壓縮體

35、積法（離心）壓縮體積法（離心） 靜置沉降體積法靜置沉降體積法 光密度測(cè)定法光密度測(cè)定法 OD600660 OD600660 適合于細(xì)菌、酵母適合于細(xì)菌、酵母 產(chǎn)物濃度產(chǎn)物濃度 在培養(yǎng)過(guò)程中，產(chǎn)生菌的合成能力和產(chǎn)物積在培養(yǎng)過(guò)程中，產(chǎn)生菌的合成能力和產(chǎn)物積累情況都要通過(guò)產(chǎn)物量的測(cè)定來(lái)了解，產(chǎn)物濃度累情況都要通過(guò)產(chǎn)物量的測(cè)定來(lái)了解，產(chǎn)物濃度直接反映了生產(chǎn)的狀況直接反映了生產(chǎn)的狀況, ,是發(fā)酵控制的重要參數(shù)。是發(fā)酵控制的重要參數(shù)。而且通過(guò)計(jì)算還可以得到生產(chǎn)速率和比生產(chǎn)速率，而且通過(guò)計(jì)算還可以得到生產(chǎn)速率和比生產(chǎn)速率，從而分析發(fā)酵條件如補(bǔ)料、從而分析發(fā)酵條件如補(bǔ)料、pHpH對(duì)產(chǎn)物形成的影響。對(duì)產(chǎn)物形成的

36、影響。 發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)物形成，有的是隨菌體的生發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)物形成，有的是隨菌體的生長(zhǎng)而生產(chǎn)，如初級(jí)代謝產(chǎn)物氨基酸等；有的長(zhǎng)而生產(chǎn)，如初級(jí)代謝產(chǎn)物氨基酸等；有的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生與菌體生長(zhǎng)無(wú)明顯的關(guān)系，代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生與菌體生長(zhǎng)無(wú)明顯的關(guān)系，生長(zhǎng)階段不產(chǎn)生產(chǎn)物，直到穩(wěn)定期，才進(jìn)入生長(zhǎng)階段不產(chǎn)生產(chǎn)物，直到穩(wěn)定期，才進(jìn)入產(chǎn)物生產(chǎn)期，如抗生素的合成就是如此。產(chǎn)物生產(chǎn)期，如抗生素的合成就是如此。無(wú)論是初級(jí)代謝產(chǎn)物還是次級(jí)代謝產(chǎn)物發(fā)酵，無(wú)論是初級(jí)代謝產(chǎn)物還是次級(jí)代謝產(chǎn)物發(fā)酵，到了衰亡期，菌體的產(chǎn)物分泌能力都要下降，到了衰亡期，菌體的產(chǎn)物分泌能力都要下降，產(chǎn)物的生產(chǎn)率相應(yīng)下降或停止。產(chǎn)物的生產(chǎn)率相應(yīng)下降或停止。

37、 3 3 確定合理放罐時(shí)間考慮的因素確定合理放罐時(shí)間考慮的因素 經(jīng)濟(jì)因素：發(fā)酵時(shí)間需要考慮經(jīng)濟(jì)因素，即以經(jīng)濟(jì)因素：發(fā)酵時(shí)間需要考慮經(jīng)濟(jì)因素，即以最低的成本最低的成本來(lái)獲得來(lái)獲得最大生產(chǎn)率最大生產(chǎn)率的時(shí)間為最適發(fā)的時(shí)間為最適發(fā)酵時(shí)間。實(shí)際生產(chǎn)中，指發(fā)酵周期縮短，設(shè)備酵時(shí)間。實(shí)際生產(chǎn)中，指發(fā)酵周期縮短，設(shè)備的利用率提高。的利用率提高。 但在生產(chǎn)率較小但在生產(chǎn)率較小( (或停止或停止) )的情況下，單位的情況下，單位體積發(fā)酵液的產(chǎn)物產(chǎn)量增長(zhǎng)就有限，如果體積發(fā)酵液的產(chǎn)物產(chǎn)量增長(zhǎng)就有限，如果繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，使平均生產(chǎn)率下降，而動(dòng)繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，使平均生產(chǎn)率下降，而動(dòng)力消耗、管理費(fèi)用支出、設(shè)備消耗等費(fèi)用力消耗

38、、管理費(fèi)用支出、設(shè)備消耗等費(fèi)用仍在增加，因而產(chǎn)物成本增加。仍在增加，因而產(chǎn)物成本增加。 需要從經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)確定一個(gè)合理時(shí)間。需要從經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)確定一個(gè)合理時(shí)間。 產(chǎn)品質(zhì)量因素產(chǎn)品質(zhì)量因素發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)后續(xù)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影對(duì)后續(xù)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響響 如果發(fā)酵時(shí)間太短，過(guò)多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)殘留在發(fā)酵液如果發(fā)酵時(shí)間太短，過(guò)多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)殘留在發(fā)酵液中，對(duì)下游操作提取、分離等工序都不利。中，對(duì)下游操作提取、分離等工序都不利。 發(fā)酵時(shí)間太長(zhǎng)，菌體會(huì)自溶，釋放出菌體蛋白發(fā)酵時(shí)間太長(zhǎng)，菌體會(huì)自溶，釋放出菌體蛋白或體內(nèi)的酶，又會(huì)顯著改變發(fā)酵液的性質(zhì)，增或體內(nèi)的酶，又會(huì)顯著改變發(fā)酵液的性質(zhì)，增加過(guò)濾

39、工序的難度，這不僅使過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)，加過(guò)濾工序的難度，這不僅使過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)，甚至使一些不穩(wěn)定的產(chǎn)物遭到破壞。都可能使甚至使一些不穩(wěn)定的產(chǎn)物遭到破壞。都可能使產(chǎn)物質(zhì)量下降，雜質(zhì)含量增加，故要考慮發(fā)酵產(chǎn)物質(zhì)量下降，雜質(zhì)含量增加，故要考慮發(fā)酵周期長(zhǎng)短對(duì)提取工序的影響。周期長(zhǎng)短對(duì)提取工序的影響。特殊因素特殊因素 個(gè)別特殊發(fā)酵情況下，還要考慮個(gè)別因素個(gè)別特殊發(fā)酵情況下，還要考慮個(gè)別因素 對(duì)老品種的發(fā)酵來(lái)說(shuō)，放罐時(shí)間都已掌握，在正對(duì)老品種的發(fā)酵來(lái)說(shuō)，放罐時(shí)間都已掌握，在正常情況下，可根據(jù)作業(yè)計(jì)劃，按時(shí)放罐。但在異常情況下，可根據(jù)作業(yè)計(jì)劃，按時(shí)放罐。但在異常情況下，如染菌、代謝異常常情況下，如染菌、代謝異常(

40、 (糖耗緩慢等糖耗緩慢等) )，就，就應(yīng)根據(jù)不同情況，進(jìn)行適當(dāng)處理。為了能夠得到應(yīng)根據(jù)不同情況，進(jìn)行適當(dāng)處理。為了能夠得到盡量多的產(chǎn)物，應(yīng)該及時(shí)采取措施盡量多的產(chǎn)物，應(yīng)該及時(shí)采取措施( (如改變溫度如改變溫度或補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)等或補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)等) )，并適當(dāng)提前或拖后放罐時(shí)間。，并適當(dāng)提前或拖后放罐時(shí)間。 合理的放罐時(shí)間是由合理的放罐時(shí)間是由實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定來(lái)確定的，即根據(jù)不同的發(fā)酵時(shí)間所得的，即根據(jù)不同的發(fā)酵時(shí)間所得的產(chǎn)物產(chǎn)量計(jì)算出發(fā)酵罐的生產(chǎn)的產(chǎn)物產(chǎn)量計(jì)算出發(fā)酵罐的生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本，采用生產(chǎn)率高而率和產(chǎn)品成本，采用生產(chǎn)率高而成本又低的時(shí)間，作為放罐時(shí)間。成本又低的時(shí)間，作為放罐時(shí)間。 不同發(fā)酵類型，達(dá)到

41、的目標(biāo)不同，對(duì)終點(diǎn)的判不同發(fā)酵類型，達(dá)到的目標(biāo)不同，對(duì)終點(diǎn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)也不同。斷標(biāo)準(zhǔn)也不同。 一般對(duì)發(fā)酵和原材料成本占整個(gè)生產(chǎn)成本主要部一般對(duì)發(fā)酵和原材料成本占整個(gè)生產(chǎn)成本主要部分的發(fā)酵產(chǎn)品，主要追求提高生產(chǎn)率、得率分的發(fā)酵產(chǎn)品，主要追求提高生產(chǎn)率、得率(kg(kg產(chǎn)產(chǎn)物物kgkg基質(zhì)基質(zhì)) )和發(fā)酵系數(shù)和發(fā)酵系數(shù)kgkg產(chǎn)物產(chǎn)物( (罐容罐容m m3 3發(fā)酵發(fā)酵周期周期h)h)。 下游技術(shù)成本占的比重較大、產(chǎn)品價(jià)格較貴，下游技術(shù)成本占的比重較大、產(chǎn)品價(jià)格較貴，除了高的生產(chǎn)率和發(fā)酵系數(shù)外，還要求高的除了高的生產(chǎn)率和發(fā)酵系數(shù)外，還要求高的產(chǎn)物濃度產(chǎn)物濃度。 因此，考慮放罐時(shí)間時(shí)，還應(yīng)考慮總生產(chǎn)率因

42、此，考慮放罐時(shí)間時(shí)，還應(yīng)考慮總生產(chǎn)率( (放罐時(shí)產(chǎn)物濃度除以總發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)間放罐時(shí)產(chǎn)物濃度除以總發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)間) )。 總發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)間包括發(fā)酵周期和輔助操作總發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)間包括發(fā)酵周期和輔助操作時(shí)間，因此要提高總生產(chǎn)率，則有必要縮時(shí)間，因此要提高總生產(chǎn)率，則有必要縮短發(fā)酵周期，這就是要在產(chǎn)物短發(fā)酵周期，這就是要在產(chǎn)物生成速率較生成速率較低時(shí)放罐低時(shí)放罐。 延長(zhǎng)發(fā)酵雖然略能提高產(chǎn)物濃度，但生產(chǎn)延長(zhǎng)發(fā)酵雖然略能提高產(chǎn)物濃度，但生產(chǎn)率下降，且耗電大，成本提高，每噸冷卻率下降，且耗電大，成本提高，每噸冷卻水所得到的產(chǎn)物產(chǎn)量下跌。水所得到的產(chǎn)物產(chǎn)量下跌。判斷放罐的指標(biāo)判斷放罐的指標(biāo) 產(chǎn)物濃度產(chǎn)物濃度 過(guò)濾速度

43、過(guò)濾速度 菌絲形態(tài)菌絲形態(tài) 氨基氮含量氨基氮含量 殘?zhí)呛繗執(zhí)呛?PHPH值、值、DODO值值菌體自溶的檢測(cè)菌體自溶的檢測(cè)自溶的概念自溶的概念自溶的特征自溶的特征檢測(cè)方法檢測(cè)方法微生物養(yǎng)分微生物養(yǎng)分的缺乏或處的缺乏或處于不利生長(zhǎng)于不利生長(zhǎng)環(huán)境，自身環(huán)境，自身開(kāi)始裂解開(kāi)始裂解膜功能喪失膜功能喪失區(qū)域化破壞區(qū)域化破壞自溶酶釋放自溶酶釋放常規(guī)方法常規(guī)方法成像分析技成像分析技術(shù)術(shù)監(jiān)測(cè)酶的活監(jiān)測(cè)酶的活性性4 4 發(fā)酵發(fā)酵研究研究的中間檢測(cè)的中間檢測(cè) 初級(jí)層次的研究初級(jí)層次的研究：一般在搖瓶規(guī)模進(jìn)行試驗(yàn)。主要一般在搖瓶規(guī)模進(jìn)行試驗(yàn)。主要考察目的菌株生長(zhǎng)和代謝的一般考察目的菌株生長(zhǎng)和代謝的一般條件，如培養(yǎng)

44、基的組成、最適溫條件，如培養(yǎng)基的組成、最適溫度、最適度、最適pH等要求。等要求。搖瓶研究的優(yōu)點(diǎn)是工作量大，可搖瓶研究的優(yōu)點(diǎn)是工作量大，可以一次試驗(yàn)幾十種甚至幾百種條以一次試驗(yàn)幾十種甚至幾百種條件，對(duì)于菌種培養(yǎng)條件的優(yōu)化有件，對(duì)于菌種培養(yǎng)條件的優(yōu)化有較高的效率。較高的效率。 代謝及工程參數(shù)層次研究代謝及工程參數(shù)層次研究：一般在小型反應(yīng)器規(guī)模進(jìn)行試驗(yàn)。在搖瓶試驗(yàn)的基一般在小型反應(yīng)器規(guī)模進(jìn)行試驗(yàn)。在搖瓶試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考察溶氧、攪拌等搖瓶上無(wú)法考察的參數(shù)，礎(chǔ)上，考察溶氧、攪拌等搖瓶上無(wú)法考察的參數(shù)，以及在反應(yīng)器中微生物對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分的利用速率、以及在反應(yīng)器中微生物對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分的利用速率、生長(zhǎng)速率、產(chǎn)

45、物合成速率及其它一些發(fā)酵過(guò)程參數(shù)生長(zhǎng)速率、產(chǎn)物合成速率及其它一些發(fā)酵過(guò)程參數(shù)的變化，找出過(guò)程控制的最佳條件和方式。的變化，找出過(guò)程控制的最佳條件和方式。由于罐發(fā)酵中全程參數(shù)的是連續(xù)的，所以得到的代由于罐發(fā)酵中全程參數(shù)的是連續(xù)的，所以得到的代謝情況比較可信。謝情況比較可信。華東理工大學(xué)的國(guó)家生物工程中心創(chuàng)制的全參數(shù)華東理工大學(xué)的國(guó)家生物工程中心創(chuàng)制的全參數(shù)發(fā)酵罐除了裝備有常規(guī)發(fā)酵罐的溫度、溶氧、發(fā)酵罐除了裝備有常規(guī)發(fā)酵罐的溫度、溶氧、pH電極，得到發(fā)酵全過(guò)程的這些參數(shù)外，還有電極，得到發(fā)酵全過(guò)程的這些參數(shù)外，還有罐體稱重，補(bǔ)料計(jì)量裝置和尾氣采集分析系統(tǒng)，罐體稱重，補(bǔ)料計(jì)量裝置和尾氣采集分析系統(tǒng)，

46、更重要的是，有一套獨(dú)特的數(shù)據(jù)處理軟件，軟件更重要的是，有一套獨(dú)特的數(shù)據(jù)處理軟件，軟件的開(kāi)發(fā)是長(zhǎng)期科研成果的結(jié)晶，可以得到的開(kāi)發(fā)是長(zhǎng)期科研成果的結(jié)晶，可以得到14個(gè)發(fā)個(gè)發(fā)酵過(guò)程參數(shù)，并且可以輸入和繪制人工測(cè)定的參酵過(guò)程參數(shù)，并且可以輸入和繪制人工測(cè)定的參數(shù)，對(duì)發(fā)酵過(guò)程的分析起到了重要的作用數(shù)，對(duì)發(fā)酵過(guò)程的分析起到了重要的作用鳥(niǎo)苷發(fā)酵過(guò)程曲線鳥(niǎo)苷發(fā)酵過(guò)程曲線 生產(chǎn)規(guī)模放大生產(chǎn)規(guī)模放大：在大型發(fā)酵罐規(guī)模進(jìn)行試驗(yàn)。將小型發(fā)酵罐的優(yōu)化在大型發(fā)酵罐規(guī)模進(jìn)行試驗(yàn)。將小型發(fā)酵罐的優(yōu)化條件在大型反應(yīng)器上得以實(shí)現(xiàn)條件在大型反應(yīng)器上得以實(shí)現(xiàn),達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)微生物在不同體積的反應(yīng)器中的生長(zhǎng)速率一般來(lái)說(shuō)微生物在不同體積的反應(yīng)器中的生長(zhǎng)速率是不同的，原因可能是，罐的深度造成氧的溶解度、是不同的，原因可能是，罐的深度造成氧的溶解度、空氣停留時(shí)間和分布不同，剪切力不同，滅菌時(shí)營(yíng)空氣停留時(shí)間和分布不同，剪切力不同，滅菌時(shí)營(yíng)養(yǎng)成分破壞程度不同所致。養(yǎng)成分破壞程度不同所致。發(fā)酵罐制造與設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)展發(fā)酵罐制造與設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)展8.12 8.12 自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用 發(fā)酵過(guò)程的自動(dòng)控制是控制一些發(fā)酵過(guò)程的自動(dòng)控制是控