第八章發(fā)酵工藝控制PPT課件

1、第八章第八章 發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制1.溫度控制溫度控制2.pH控制控制4.泡沫控制泡沫控制5.補(bǔ)料控制補(bǔ)料控制3.溶氧控制溶氧控制6.發(fā)酵終點(diǎn)的判斷發(fā)酵終點(diǎn)的判斷發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù)發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù) 溫度：不同的菌種，不同產(chǎn)品，發(fā)酵不同階段所維持的溫度：不同的菌種，不同產(chǎn)品，發(fā)酵不同階段所維持的溫度亦不同。溫度亦不同。 pH值：值： 顯示發(fā)酵過(guò)程中各種生化反應(yīng)的綜合結(jié)果。顯示發(fā)酵過(guò)程中各種生化反應(yīng)的綜合結(jié)果。 溶氧濃度（溶氧濃度（DO值，簡(jiǎn)稱溶氧）：一般用絕對(duì)含量值，簡(jiǎn)稱溶氧）：一般用絕對(duì)含量(mgL)來(lái)表示，有時(shí)也用在相同條件下氧在培養(yǎng)液中飽和度的來(lái)表示，有時(shí)也用在相同條件下氧在

2、培養(yǎng)液中飽和度的百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)()來(lái)表示。來(lái)表示。 基質(zhì)含量：定時(shí)測(cè)定糖基質(zhì)含量：定時(shí)測(cè)定糖(還原糖和總糖還原糖和總糖)、氮、氮(氨基氮或銨氨基氮或銨氮氮)等基質(zhì)的濃度。等基質(zhì)的濃度。 空氣流量：每分鐘內(nèi)每單位體積發(fā)酵液通入空氣的體積，空氣流量：每分鐘內(nèi)每單位體積發(fā)酵液通入空氣的體積，也叫通風(fēng)比。一般控制在也叫通風(fēng)比。一般控制在0.51.0 L(Lmin)。 壓力：罐壓一般維持在壓力：罐壓一般維持在0.020.05 MPa。 攪拌轉(zhuǎn)速：控制攪拌轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)溶氧。以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)攪拌轉(zhuǎn)速：控制攪拌轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)溶氧。以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)表示。表示。 攪拌功率：常指每立方米發(fā)酵液所消耗的功率攪拌功率：常指每立方米

3、發(fā)酵液所消耗的功率(kWm3)。 黏度：細(xì)胞生長(zhǎng)或細(xì)胞形態(tài)的一項(xiàng)標(biāo)志，也能反映發(fā)酵黏度：細(xì)胞生長(zhǎng)或細(xì)胞形態(tài)的一項(xiàng)標(biāo)志，也能反映發(fā)酵罐中菌絲分裂過(guò)程的情況，通常用表觀黏度表示之。罐中菌絲分裂過(guò)程的情況，通常用表觀黏度表示之。 濁度：澄清培養(yǎng)液中低濃度非絲狀菌的濁度：澄清培養(yǎng)液中低濃度非絲狀菌的OD值與細(xì)胞濃值與細(xì)胞濃度成線性關(guān)系。一般采用分光光度計(jì)的波長(zhǎng)度成線性關(guān)系。一般采用分光光度計(jì)的波長(zhǎng)420660 nm測(cè)量，要求吸光率測(cè)量，要求吸光率0.30.5。波長(zhǎng)。波長(zhǎng)600700 nm間，一個(gè)吸間，一個(gè)吸光率單位大約相當(dāng)于光率單位大約相當(dāng)于1.5 g細(xì)胞干重細(xì)胞干重L。濁度對(duì)氨基酸、。濁度對(duì)氨基酸、

4、核苷酸等產(chǎn)品的生產(chǎn)是極其重要的。核苷酸等產(chǎn)品的生產(chǎn)是極其重要的。 (11) 料液流量料液流量 (12) 產(chǎn)物的濃度：產(chǎn)物的濃度： (13) 氧化還原電位：限氧條件發(fā)酵用氧化還原電位參數(shù)控氧化還原電位：限氧條件發(fā)酵用氧化還原電位參數(shù)控制則較理想。制則較理想。 (14) 廢氣中的氧含量：從廢氣中的氧和廢氣中的氧含量：從廢氣中的氧和CO2的含量可以算的含量可以算出產(chǎn)生菌的攝氧率、呼吸熵和發(fā)酵罐的供氧能力。出產(chǎn)生菌的攝氧率、呼吸熵和發(fā)酵罐的供氧能力。(15) 廢氣中的廢氣中的CO2含量：揭示產(chǎn)生菌的呼吸代謝規(guī)律。含量：揭示產(chǎn)生菌的呼吸代謝規(guī)律。(16) 菌絲形態(tài)：衡量種子質(zhì)量、區(qū)分發(fā)酵階段、控制發(fā)酵菌

5、絲形態(tài)：衡量種子質(zhì)量、區(qū)分發(fā)酵階段、控制發(fā)酵過(guò)程的代謝變化和決定發(fā)酵周期長(zhǎng)短的依據(jù)之一。過(guò)程的代謝變化和決定發(fā)酵周期長(zhǎng)短的依據(jù)之一。(17) 菌體濃度：是控制微生物發(fā)酵的重要參數(shù)之一，特別菌體濃度：是控制微生物發(fā)酵的重要參數(shù)之一，特別是對(duì)抗生素次級(jí)代謝產(chǎn)物的發(fā)酵。常根據(jù)菌濃來(lái)決定適合是對(duì)抗生素次級(jí)代謝產(chǎn)物的發(fā)酵。常根據(jù)菌濃來(lái)決定適合的補(bǔ)料量和供氧量。的補(bǔ)料量和供氧量。 由以上參數(shù)計(jì)算得出的菌體生長(zhǎng)比速、氧比消耗速率、由以上參數(shù)計(jì)算得出的菌體生長(zhǎng)比速、氧比消耗速率、糖比消耗速率、氮比消耗速率和產(chǎn)物比生成速率也是控制糖比消耗速率、氮比消耗速率和產(chǎn)物比生成速率也是控制產(chǎn)生菌的代謝、決定補(bǔ)料和供氧工藝

6、條件的主要依據(jù)，多產(chǎn)生菌的代謝、決定補(bǔ)料和供氧工藝條件的主要依據(jù)，多用于發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究。用于發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究。 第一節(jié)第一節(jié) 溫度控制溫度控制 發(fā)酵過(guò)程中，伴隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝、機(jī)械攪拌會(huì)產(chǎn)生一定發(fā)酵過(guò)程中，伴隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝、機(jī)械攪拌會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，而由于發(fā)酵罐壁散熱和水分蒸發(fā)，又會(huì)帶走部分熱量，的熱量，而由于發(fā)酵罐壁散熱和水分蒸發(fā)，又會(huì)帶走部分熱量，因此，發(fā)酵罐的溫度是不斷變化的，必須加以控制，才能滿足微因此，發(fā)酵罐的溫度是不斷變化的，必須加以控制，才能滿足微生物生長(zhǎng)代謝的需要，從而達(dá)到高效生產(chǎn)的目的生物生長(zhǎng)代謝的需要，從而達(dá)到高效生產(chǎn)的目的。一一.發(fā)酵熱及其測(cè)定發(fā)酵熱及其測(cè)定二二.

7、溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響三三.溫度對(duì)發(fā)酵的影響溫度對(duì)發(fā)酵的影響四四.最適溫度的控制最適溫度的控制一一.發(fā)酵熱及其測(cè)定發(fā)酵熱及其測(cè)定 微生物在發(fā)酵過(guò)程中，由于生物氧化作用和機(jī)械攪拌微生物在發(fā)酵過(guò)程中，由于生物氧化作用和機(jī)械攪拌作用等產(chǎn)生的熱量，稱為發(fā)酵熱。作用等產(chǎn)生的熱量，稱為發(fā)酵熱。1.發(fā)酵熱發(fā)酵熱發(fā)酵罐溫的變化主要受以下幾個(gè)因素的影響發(fā)酵罐溫的變化主要受以下幾個(gè)因素的影響。生物熱生物熱攪拌熱攪拌熱蒸發(fā)熱蒸發(fā)熱輻射熱輻射熱Q發(fā)酵發(fā)酵=Q生物生物+Q攪拌攪拌-Q蒸發(fā)蒸發(fā)-Q輻射輻射則則:產(chǎn)熱產(chǎn)熱散熱散熱 凈熱量堆積凈熱量堆積 發(fā)酵液的溫度上升；發(fā)酵液的溫度上升；相反，產(chǎn)熱小于

8、耗熱，溫度下降。相反，產(chǎn)熱小于耗熱，溫度下降。（1）生物熱（）生物熱（Q生物生物） 在微生物生長(zhǎng)代謝過(guò)程中，由于生物氧化作用而釋放出在微生物生長(zhǎng)代謝過(guò)程中，由于生物氧化作用而釋放出的熱量稱為生物熱。的熱量稱為生物熱。 營(yíng)養(yǎng)物氧化分解釋放出的能量，部分用于合成高能化合物，營(yíng)養(yǎng)物氧化分解釋放出的能量，部分用于合成高能化合物，并被消耗在各種代謝途徑中，如合成新細(xì)胞組分，膜運(yùn)輸，鞭并被消耗在各種代謝途徑中，如合成新細(xì)胞組分，膜運(yùn)輸，鞭毛運(yùn)動(dòng)，合成代謝產(chǎn)物等，其余部分則以熱的形式散發(fā)出來(lái)。毛運(yùn)動(dòng)，合成代謝產(chǎn)物等，其余部分則以熱的形式散發(fā)出來(lái)。微生物進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多。微生物進(jìn)行有氧

9、呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多。產(chǎn)熱的情況產(chǎn)熱的情況： 具有時(shí)間性。具有時(shí)間性。 發(fā)酵初期發(fā)酵初期 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期 發(fā)酵后期發(fā)酵后期 如四環(huán)素發(fā)酵的發(fā)酵熱最大是在如四環(huán)素發(fā)酵的發(fā)酵熱最大是在2050h,最高可達(dá)最高可達(dá)29330KJ/(m3.h)，其它時(shí)段最低約為其它時(shí)段最低約為8380 生物特異性。生物特異性。如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說(shuō)明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說(shuō)明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，有可能染菌，如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，有可能染菌， 與營(yíng)養(yǎng)有關(guān)。與營(yíng)養(yǎng)有關(guān)。 培養(yǎng)基成分愈豐富，營(yíng)養(yǎng)被利用速度愈快，產(chǎn)生的生物熱就培養(yǎng)基成分

10、愈豐富，營(yíng)養(yǎng)被利用速度愈快，產(chǎn)生的生物熱就愈多。愈多。（2）攪拌熱（）攪拌熱（Q攪拌攪拌） 機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐，發(fā)酵液體之間，液體與攪拌器等設(shè)機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐，發(fā)酵液體之間，液體與攪拌器等設(shè)備之間的摩擦，產(chǎn)生可觀的熱量。攪拌熱與攪拌軸功率有關(guān)，備之間的摩擦，產(chǎn)生可觀的熱量。攪拌熱與攪拌軸功率有關(guān)，可用下式計(jì)算：可用下式計(jì)算：Q攪拌攪拌=P3601 （kJ/h）式中式中:P為攪拌功率，（為攪拌功率，（kW）3601是機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒峁Ξ?dāng)量，是機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒峁Ξ?dāng)量，kJ/(kWh)（3）蒸發(fā)熱（）蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)蒸發(fā)） 通氣時(shí)，引起發(fā)酵液水分的蒸發(fā)，被空氣和蒸發(fā)水分帶走通氣時(shí)，引起發(fā)酵液

11、水分的蒸發(fā)，被空氣和蒸發(fā)水分帶走的熱量叫做蒸發(fā)熱或汽化熱。的熱量叫做蒸發(fā)熱或汽化熱。蒸發(fā)熱可按下式計(jì)算：蒸發(fā)熱可按下式計(jì)算：Q蒸發(fā)蒸發(fā)=qm(H出出-H進(jìn)進(jìn))式中式中:qm為干空氣的重量流量，（為干空氣的重量流量，（kg空氣空氣/h）H出出、H進(jìn)進(jìn)為發(fā)酵罐排氣和進(jìn)氣的熱焓，（為發(fā)酵罐排氣和進(jìn)氣的熱焓，（kJ/kg干空氣干空氣）散熱的情況散熱的情況：（4）輻射熱（）輻射熱（Q輻射）輻射） 通過(guò)罐體表面向環(huán)境中發(fā)射紅外線而散失的熱量。熱量通過(guò)罐體表面向環(huán)境中發(fā)射紅外線而散失的熱量。熱量的大小決定于罐內(nèi)外溫度差大小、罐的表面積等。的大小決定于罐內(nèi)外溫度差大小、罐的表面積等。 輻射熱的大小，取決于罐內(nèi)

12、外溫差的大小。輻射熱的大小，取決于罐內(nèi)外溫差的大小。 冬天大一些，夏天小一些，一般不超過(guò)發(fā)酵熱的冬天大一些，夏天小一些，一般不超過(guò)發(fā)酵熱的5。 在發(fā)酵過(guò)程中，在發(fā)酵過(guò)程中，Q生物生物和和Q蒸發(fā)蒸發(fā)隨時(shí)間而變化，因此，發(fā)酵熱隨時(shí)間而變化，因此，發(fā)酵熱在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，也隨著時(shí)間而變化。為了使發(fā)酵維持在適在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，也隨著時(shí)間而變化。為了使發(fā)酵維持在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行，必須采取一定的保溫措施：在夾套或蛇形管當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行，必須采取一定的保溫措施：在夾套或蛇形管內(nèi)通入冷熱水來(lái)控制發(fā)酵罐的溫度。內(nèi)通入冷熱水來(lái)控制發(fā)酵罐的溫度。2.發(fā)酵熱的測(cè)定發(fā)酵熱的測(cè)定 三種測(cè)算方法：三種測(cè)算方法：（1）利用熱交

13、換原理：）利用熱交換原理：通過(guò)測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量通過(guò)測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水進(jìn)出口的溫度，用下式計(jì)算：和冷卻水進(jìn)出口的溫度，用下式計(jì)算：如果需要求生物熱時(shí)：如果需要求生物熱時(shí)：Q發(fā)酵發(fā)酵=qvC(t2-t1)/Vqv為冷卻水的流量，（為冷卻水的流量，（L/h）C為水的比熱，為水的比熱，kJ/（kg ）t1、t2為進(jìn)、出的冷卻水溫度為進(jìn)、出的冷卻水溫度，（，（ ）V為發(fā)酵罐體積，（為發(fā)酵罐體積，（m3）式中式中:Q生物生物= Q發(fā)酵發(fā)酵- Q攪拌攪拌+ Q蒸發(fā)蒸發(fā)+ Q輻射輻射（2）利用溫度變化率利用溫度變化率S S（/h/h）：）：通過(guò)罐溫的自動(dòng)控制，通過(guò)罐溫的自動(dòng)控制，先使

14、罐溫達(dá)到恒定，再關(guān)閉自控裝置，測(cè)量溫度隨時(shí)間上升的速先使罐溫達(dá)到恒定，再關(guān)閉自控裝置，測(cè)量溫度隨時(shí)間上升的速率，按下式求出發(fā)酵熱：率，按下式求出發(fā)酵熱： 經(jīng)實(shí)測(cè)，抗生素發(fā)酵的最大發(fā)酵熱均為經(jīng)實(shí)測(cè)，抗生素發(fā)酵的最大發(fā)酵熱均為300050000 kJ(m3 h)；谷氨谷氨酸發(fā)酵的最大發(fā)酵熱約為酸發(fā)酵的最大發(fā)酵熱約為70008000 kJ(m3 h)。Q發(fā)酵發(fā)酵=（m1c1+m2c2）u式中式中:m1、 m2為發(fā)酵液、罐的質(zhì)量，（為發(fā)酵液、罐的質(zhì)量，（kg）c1為發(fā)酵液的比熱為發(fā)酵液的比熱， kJ/（kg ）C2為發(fā)酵罐材料的比熱為發(fā)酵罐材料的比熱， kJ/（kg ）u為溫度上升速率，（為溫度上升速

15、率，（ h）（3）熱力學(xué)方法：）熱力學(xué)方法：根據(jù)蓋斯定律：根據(jù)蓋斯定律：“在恒壓和恒容條件下，一個(gè)反應(yīng)不論是一步完在恒壓和恒容條件下，一個(gè)反應(yīng)不論是一步完成或幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的成或幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的”。這實(shí)際上是熱力學(xué)第一定。這實(shí)際上是熱力學(xué)第一定律的必然推論，因?yàn)殪剩傻谋厝煌普?，因?yàn)殪剩℉）是狀態(tài)函數(shù)，過(guò)程的焓變與途徑無(wú)）是狀態(tài)函數(shù)，過(guò)程的焓變與途徑無(wú)關(guān)，只決定于過(guò)程的始態(tài)和終態(tài)。發(fā)酵熱可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱或標(biāo)關(guān)，只決定于過(guò)程的始態(tài)和終態(tài)。發(fā)酵熱可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱或標(biāo)準(zhǔn)生成熱來(lái)計(jì)算。準(zhǔn)生成熱來(lái)計(jì)算。H=(H)反應(yīng)物反應(yīng)物-(H)產(chǎn)物產(chǎn)物二二.溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)

16、的影響最低、最適和最高生長(zhǎng)溫度。最低、最適和最高生長(zhǎng)溫度。溫度影響微生物生長(zhǎng)的機(jī)理溫度影響微生物生長(zhǎng)的機(jī)理 (1)影響酶活性。影響酶活性。 (2)影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性。影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性。 (3)影響物質(zhì)的溶解度。影響物質(zhì)的溶解度。從最低生長(zhǎng)溫度到最適生長(zhǎng)溫度，通常溫度每升高從最低生長(zhǎng)溫度到最適生長(zhǎng)溫度，通常溫度每升高10 ，生生長(zhǎng)速度就加快一倍。長(zhǎng)速度就加快一倍。(1)(1)影響產(chǎn)物生成速度影響產(chǎn)物生成速度(2)(2)影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)(3)(3)影響產(chǎn)物合成的方向影響產(chǎn)物合成的方向a.a.改變體內(nèi)酶系改變體內(nèi)酶系中間產(chǎn)物種類中間產(chǎn)物種類產(chǎn)物種類產(chǎn)物種類; ;b.b.使代

17、謝比例失調(diào)；使代謝比例失調(diào)；(4)(4)影響產(chǎn)物特性影響產(chǎn)物特性三三.溫度對(duì)發(fā)酵的影響溫度對(duì)發(fā)酵的影響 影響合成方向：用米曲霉制曲時(shí)，如溫度在低限時(shí)，得影響合成方向：用米曲霉制曲時(shí)，如溫度在低限時(shí)，得到蛋白酶，此時(shí)到蛋白酶，此時(shí)-淀粉酶的合成受到抑制。金色鏈霉菌淀粉酶的合成受到抑制。金色鏈霉菌在低于在低于30C30C時(shí)合成鏈霉素，溫度到達(dá)時(shí)合成鏈霉素，溫度到達(dá)35C35C時(shí)，只產(chǎn)四環(huán)素時(shí)，只產(chǎn)四環(huán)素 影響產(chǎn)物生成量：黑曲霉生長(zhǎng)最適溫度影響產(chǎn)物生成量：黑曲霉生長(zhǎng)最適溫度33-37C33-37C，積累檸，積累檸檬酸的最適溫度在檬酸的最適溫度在32C32C 影響產(chǎn)物質(zhì)量：凝結(jié)芽孢桿菌合成影響產(chǎn)物質(zhì)量

18、：凝結(jié)芽孢桿菌合成-淀粉酶時(shí)，發(fā)酵溫淀粉酶時(shí)，發(fā)酵溫度控制在度控制在5555時(shí)，合成的時(shí)，合成的-淀粉酶較耐高溫，在淀粉酶較耐高溫，在9090、60min60min條件下，其活性喪失僅條件下，其活性喪失僅1010左右，而發(fā)酵溫度控制左右，而發(fā)酵溫度控制在在3535時(shí)，合成的時(shí)，合成的-淀粉酶在相同條件下喪失淀粉酶在相同條件下喪失9090。青霉素產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)溫度為青霉素產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)溫度為30，產(chǎn)青霉素最適溫度為產(chǎn)青霉素最適溫度為25；乳酸鏈球菌最適生長(zhǎng)溫度乳酸鏈球菌最適生長(zhǎng)溫度34，而發(fā)酵產(chǎn)乳酸最適不超過(guò)，而發(fā)酵產(chǎn)乳酸最適不超過(guò)30谷氨酸產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)最適溫度谷氨酸產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)最適溫度3032，產(chǎn)

19、生谷氨酸的溫度一般比產(chǎn)生谷氨酸的溫度一般比生長(zhǎng)溫度高，約為生長(zhǎng)溫度高，約為3437。 同一種生產(chǎn)菌，菌體生長(zhǎng)和積累代謝產(chǎn)物的最適溫度同一種生產(chǎn)菌，菌體生長(zhǎng)和積累代謝產(chǎn)物的最適溫度也往往不同。也往往不同。 多數(shù)發(fā)酵情況是：多數(shù)發(fā)酵情況是：接種后的發(fā)酵液溫度會(huì)下降，應(yīng)適當(dāng)提高接種后的發(fā)酵液溫度會(huì)下降，應(yīng)適當(dāng)提高培養(yǎng)溫度以利于孢子萌發(fā)或加速菌體生長(zhǎng)；培養(yǎng)溫度以利于孢子萌發(fā)或加速菌體生長(zhǎng)； 當(dāng)發(fā)酵液溫度上升后，應(yīng)控制在菌體的最適生長(zhǎng)溫度；當(dāng)發(fā)酵液溫度上升后，應(yīng)控制在菌體的最適生長(zhǎng)溫度； 到主發(fā)酵旺盛階段，溫度應(yīng)控制在代謝產(chǎn)物合成的最適溫度；到主發(fā)酵旺盛階段，溫度應(yīng)控制在代謝產(chǎn)物合成的最適溫度；到發(fā)酵后

20、期，溫度出現(xiàn)下降趨勢(shì)，直至發(fā)酵成熟即可放罐。到發(fā)酵后期，溫度出現(xiàn)下降趨勢(shì)，直至發(fā)酵成熟即可放罐。四四.最適溫度的控制最適溫度的控制 在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中不能只選一個(gè)最適培養(yǎng)溫度在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中不能只選一個(gè)最適培養(yǎng)溫度，最適于菌，最適于菌體生長(zhǎng)的溫度不一定最適于發(fā)酵產(chǎn)物的生成體生長(zhǎng)的溫度不一定最適于發(fā)酵產(chǎn)物的生成 看生長(zhǎng)和生物合成哪一個(gè)是主要方面看生長(zhǎng)和生物合成哪一個(gè)是主要方面。 前期前期:菌量少，取稍高的溫度，使菌生長(zhǎng)迅速；菌量少，取稍高的溫度，使菌生長(zhǎng)迅速； 中期中期:菌量已達(dá)到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長(zhǎng)中期，菌量已達(dá)到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長(zhǎng)中期，從而提高產(chǎn)量，因此溫度要稍低一些，可

21、以推遲衰老。因?yàn)樵趶亩岣弋a(chǎn)量，因此溫度要稍低一些，可以推遲衰老。因?yàn)樵谏缘蜏囟认掳被岷铣傻鞍踪|(zhì)和核酸的正常途徑關(guān)閉得比較嚴(yán)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。密有利于產(chǎn)物合成。 后期后期:產(chǎn)物合成能力降低，延長(zhǎng)發(fā)酵周期沒(méi)有必要，就又提產(chǎn)物合成能力降低，延長(zhǎng)發(fā)酵周期沒(méi)有必要，就又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。 溫度的選擇還要參考其他發(fā)酵條件。溫度的選擇還要參考其他發(fā)酵條件。 通氣條件較差可適當(dāng)降低溫度。通氣條件較差可適當(dāng)降低溫度。這是由于在較低的溫度下，這是由于在較低的溫度下，氧溶解度相應(yīng)較大，而菌體的生長(zhǎng)速率相應(yīng)較小，從而彌補(bǔ)

22、了因氧溶解度相應(yīng)較大，而菌體的生長(zhǎng)速率相應(yīng)較小，從而彌補(bǔ)了因通氣不足而造成代謝異常。通氣不足而造成代謝異常。 培養(yǎng)基稀薄時(shí)培養(yǎng)基稀薄時(shí),適應(yīng)采用較低溫度適應(yīng)采用較低溫度，培養(yǎng)溫度高則養(yǎng)料往往，培養(yǎng)溫度高則養(yǎng)料往往過(guò)早耗竭，菌絲過(guò)早自溶。過(guò)早耗竭，菌絲過(guò)早自溶。 例如，提高紅霉素發(fā)酵溫度在玉米漿培養(yǎng)基中的效果就不例如，提高紅霉素發(fā)酵溫度在玉米漿培養(yǎng)基中的效果就不如在黃豆粉培養(yǎng)基中好，因后者相對(duì)難利用，這時(shí)提高溫度則如在黃豆粉培養(yǎng)基中好，因后者相對(duì)難利用，這時(shí)提高溫度則有利于菌的同化。有利于菌的同化。 各個(gè)發(fā)酵階段的最適溫度的選擇應(yīng)從各方面綜合考各個(gè)發(fā)酵階段的最適溫度的選擇應(yīng)從各方面綜合考慮。慮。

23、 又：青霉素發(fā)酵：最初又：青霉素發(fā)酵：最初5h維持在維持在30，635h為為25，3685h為為20，最后最后40h再升到再升到25。采用這種變溫培養(yǎng)比。采用這種變溫培養(yǎng)比25恒溫培養(yǎng)所得青霉素產(chǎn)量高恒溫培養(yǎng)所得青霉素產(chǎn)量高14.7。 eg: 在四環(huán)素發(fā)酵中，采用變溫控制，中后期保持較的溫度，在四環(huán)素發(fā)酵中，采用變溫控制，中后期保持較的溫度，以延長(zhǎng)抗生素分泌期，放罐前以延長(zhǎng)抗生素分泌期，放罐前24h提高提高23。能使最后。能使最后24h的發(fā)的發(fā)酵單位提高酵單位提高50%以上。以上。如何選擇最適發(fā)酵溫度？1、根據(jù)菌種及生長(zhǎng)階段選擇。微生物種類不同，所具有的酶系及其性質(zhì)不同，所要求的溫度范圍也不同

24、。在發(fā)酵前期由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達(dá)到大量的菌體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長(zhǎng)迅速；在中期菌量已達(dá)到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長(zhǎng)中期，從而提高產(chǎn)量，因此中期溫度要稍低一些，可以推遲衰老。發(fā)酵后期，產(chǎn)物合成能力降低，延長(zhǎng)發(fā)酵周期沒(méi)有必要，就又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。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，靈活選擇。通氣條件差時(shí)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(shí)，溫度也該低些。因?yàn)闇囟雀郀I(yíng)養(yǎng)利用快，會(huì)使菌過(guò)早自溶。3、根據(jù)菌生長(zhǎng)情況菌生長(zhǎng)快，維持在較高溫度時(shí)間要短些；菌生長(zhǎng)慢，維持較高溫度時(shí)間可長(zhǎng)些。培養(yǎng)條件適宜，如營(yíng)養(yǎng)豐

25、富，通氣能滿足，那么前期溫度可髙些，以利于菌的生長(zhǎng)。總的來(lái)說(shuō)，溫度的選擇根據(jù)菌種生長(zhǎng)階段及培養(yǎng)條件綜合考慮。要通過(guò)反復(fù)實(shí)踐來(lái)定出最適溫度。第二節(jié)第二節(jié) PH值控制值控制一一. PH值對(duì)菌體生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物形成的影響值對(duì)菌體生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物形成的影響二二. 影響影響PH值變化的因素值變化的因素三三.發(fā)酵過(guò)程發(fā)酵過(guò)程PH值的調(diào)節(jié)及控制值的調(diào)節(jié)及控制 不僅影響微生物的生長(zhǎng)，而且也影響著代謝產(chǎn)物的形成。不僅影響微生物的生長(zhǎng)，而且也影響著代謝產(chǎn)物的形成。主要影響：主要影響：（1）導(dǎo)致微生物細(xì)胞原生質(zhì)膜的電荷發(fā)生改變。導(dǎo)致微生物細(xì)胞原生質(zhì)膜的電荷發(fā)生改變。（ 3）影響培養(yǎng)基某些重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)）影響

26、培養(yǎng)基某些重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的解離，進(jìn)而影響該物質(zhì)的利用。物的解離，進(jìn)而影響該物質(zhì)的利用。（2）影響酶的活性。）影響酶的活性。一一. PH值對(duì)菌體生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物形成的影響值對(duì)菌體生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物形成的影響此外：此外： pHpH值不同，往往引起菌體代謝過(guò)程的不同，值不同，往往引起菌體代謝過(guò)程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。 影響氧的溶解和氧化還原電勢(shì)的高低；影響氧的溶解和氧化還原電勢(shì)的高低； pHpH值影響孢子發(fā)芽；值影響孢子發(fā)芽；舉例：舉例： 影響菌體的生長(zhǎng)：產(chǎn)黃曲霉的細(xì)胞壁的厚度就隨影響菌體的生長(zhǎng)：產(chǎn)黃曲霉的細(xì)胞壁的厚度就隨pH值的增加而減?。?/p>

27、其菌絲直徑在值的增加而減?。浩渚z直徑在pH6.0時(shí)為時(shí)為23 m；pH7.4時(shí)為時(shí)為218 m，并呈膨脹酵母狀；，并呈膨脹酵母狀；pH值下降后菌絲形態(tài)又會(huì)恢復(fù)正常。值下降后菌絲形態(tài)又會(huì)恢復(fù)正常。 影響產(chǎn)物合成：合成青霉素的最適影響產(chǎn)物合成：合成青霉素的最適pH值范圍為值范圍為6.56.8。 影響產(chǎn)物穩(wěn)定性：影響產(chǎn)物穩(wěn)定性：-內(nèi)酰胺抗生素沙納霉素的發(fā)酵內(nèi)酰胺抗生素沙納霉素的發(fā)酵中，中，pH在在6.77.5之間時(shí)抗生素的產(chǎn)量相近，高于之間時(shí)抗生素的產(chǎn)量相近，高于或低于這個(gè)范圍，合成受到抑制。在這個(gè)或低于這個(gè)范圍，合成受到抑制。在這個(gè)pH值范值范圍內(nèi)，沙納霉素的穩(wěn)定性未受到嚴(yán)重影響；但圍內(nèi)，沙納霉

28、素的穩(wěn)定性未受到嚴(yán)重影響；但pH7.5時(shí)，穩(wěn)定性下降，半衰期縮短，發(fā)酵單位時(shí)，穩(wěn)定性下降，半衰期縮短，發(fā)酵單位也下降。青霉素在堿性條件下發(fā)酵單位低，也與青也下降。青霉素在堿性條件下發(fā)酵單位低，也與青霉素的穩(wěn)定性有關(guān)。霉素的穩(wěn)定性有關(guān)。不同種類的微生物，對(duì)不同種類的微生物，對(duì)pHpH要求不同；要求不同；酵酵 母：母：pH 3.8pH 3.86.06.0細(xì)細(xì) 菌：菌：pH 6.5pH 6.57.57.5霉霉 菌：菌：pH 4.0pH 4.05.85.8放線菌：放線菌：pH 6.5pH 6.58.08.0同種微生物對(duì)同種微生物對(duì)pHpH變化的反映不同。變化的反映不同。 如，石油代蠟酵母如，石油代蠟酵

29、母pH 3.5pH 3.55.0 5.0 生長(zhǎng)良好，不易染菌；生長(zhǎng)良好，不易染菌；pH 5.0pH 5.0時(shí)，易染細(xì)菌；時(shí)，易染細(xì)菌；pH 3.0pH 花生餅粉黃豆餅粉發(fā)酵過(guò)程中污染雜菌使發(fā)酵液粘度增加，也會(huì)產(chǎn)生大量泡沫。發(fā)酵過(guò)程中污染雜菌使發(fā)酵液粘度增加，也會(huì)產(chǎn)生大量泡沫。 糖類物質(zhì)本身起泡能力很差，但在豐富培養(yǎng)基中較高濃度糖類物質(zhì)本身起泡能力很差，但在豐富培養(yǎng)基中較高濃度糖類物質(zhì)增加培養(yǎng)基的黏度，而有利于泡沫的穩(wěn)定糖類物質(zhì)增加培養(yǎng)基的黏度，而有利于泡沫的穩(wěn)定（3）菌種、種子質(zhì)量和接種量）菌種、種子質(zhì)量和接種量菌種質(zhì)量好，生長(zhǎng)速度快，可溶性氮源較快被菌種質(zhì)量好，生長(zhǎng)速度快，可溶性氮源較快被利

30、用，泡沫產(chǎn)生幾率也就少。菌種生長(zhǎng)慢的可利用，泡沫產(chǎn)生幾率也就少。菌種生長(zhǎng)慢的可以加大接種量。以加大接種量。（4）滅菌質(zhì)量）滅菌質(zhì)量培養(yǎng)基滅菌質(zhì)量不好，糖氮被破壞，抑制微生物生培養(yǎng)基滅菌質(zhì)量不好，糖氮被破壞，抑制微生物生長(zhǎng)，使種子菌絲自溶，產(chǎn)生大量泡沫，加消泡劑也長(zhǎng)，使種子菌絲自溶，產(chǎn)生大量泡沫，加消泡劑也無(wú)效。無(wú)效。泡沫的控制，可以采用三種途徑：泡沫的控制，可以采用三種途徑： 調(diào)整培養(yǎng)基中的成分調(diào)整培養(yǎng)基中的成分( (如少加或緩加易起泡的原如少加或緩加易起泡的原材料材料) )或改變某些物理化學(xué)參數(shù)或改變某些物理化學(xué)參數(shù)( (如如pHpH值、溫度、值、溫度、通氣和攪拌通氣和攪拌) )或者改變發(fā)酵

31、工藝或者改變發(fā)酵工藝( (如采用分次投料如采用分次投料) )來(lái)控制，以減少泡沫形成的機(jī)會(huì)。但這些方法的來(lái)控制，以減少泡沫形成的機(jī)會(huì)。但這些方法的效果有一定的限度。效果有一定的限度。 泡沫的控制泡沫的控制 采用機(jī)械消泡或消泡劑消泡這兩種方法來(lái)消除已采用機(jī)械消泡或消泡劑消泡這兩種方法來(lái)消除已形成的泡沫：通過(guò)化學(xué)方法，降低泡沫液膜的表形成的泡沫：通過(guò)化學(xué)方法，降低泡沫液膜的表面張力，使泡沫破滅；利用物理方法，使泡沫液面張力，使泡沫破滅；利用物理方法，使泡沫液膜的局部受力，打破液膜原來(lái)受力平衡而破裂。膜的局部受力，打破液膜原來(lái)受力平衡而破裂。 采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的采用菌種選育的方法

32、，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來(lái)消除起泡的內(nèi)在因素菌種，來(lái)消除起泡的內(nèi)在因素如：雜交選育不產(chǎn)流態(tài)泡沫的土霉素生產(chǎn)菌株如：雜交選育不產(chǎn)流態(tài)泡沫的土霉素生產(chǎn)菌株 對(duì)于已形成的泡沫，工業(yè)上可以采用機(jī)械消泡對(duì)于已形成的泡沫，工業(yè)上可以采用機(jī)械消泡和化學(xué)消泡劑消泡或兩者同時(shí)使用消泡。和化學(xué)消泡劑消泡或兩者同時(shí)使用消泡。 是目前應(yīng)用最廣的一種消泡方法。是目前應(yīng)用最廣的一種消泡方法。三三.化學(xué)消泡化學(xué)消泡來(lái)源廣泛來(lái)源廣泛消泡效果好消泡效果好作用迅速可靠作用迅速可靠用量少用量少不需改造現(xiàn)有設(shè)備不需改造現(xiàn)有設(shè)備優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制常用的一些消泡劑：常用的一些消泡劑： 天然油脂：天然油脂： 高碳

33、醇、脂肪酸和酯類：十八醇是常用的一種，它可以單高碳醇、脂肪酸和酯類：十八醇是常用的一種，它可以單獨(dú)或與載體一起使用。獨(dú)或與載體一起使用。 聚醚類；聚醚類； 硅酮類硅酮類(聚硅油類聚硅油類)；主要是聚二甲基硅氧烷及衍生物，無(wú)；主要是聚二甲基硅氧烷及衍生物，無(wú)色液體，不溶于水，表面張力低達(dá)色液體，不溶于水，表面張力低達(dá)21dyn/cm（泡敵為（泡敵為33，向，向日葵油日葵油40，青霉素發(fā)酵液，青霉素發(fā)酵液60-68 dyn/cm）。純聚二甲基硅氧）。純聚二甲基硅氧烷的消泡能力低，常加分散劑來(lái)提高消泡活性，或乳化劑成烷的消泡能力低，常加分散劑來(lái)提高消泡活性，或乳化劑成乳狀液。適用于微堿性發(fā)酵，對(duì)于微

34、酸性發(fā)酵較差。乳狀液。適用于微堿性發(fā)酵，對(duì)于微酸性發(fā)酵較差。 （1）天然油脂）天然油脂最早消泡劑，來(lái)源容易，價(jià)格低，使用簡(jiǎn)單，一般來(lái)說(shuō)最早消泡劑，來(lái)源容易，價(jià)格低，使用簡(jiǎn)單，一般來(lái)說(shuō)沒(méi)有明顯副作用，如豆油、菜油、魚(yú)油等。沒(méi)有明顯副作用，如豆油、菜油、魚(yú)油等。有些油是發(fā)酵產(chǎn)物的前體，如豆油是紅霉素的前體，魚(yú)有些油是發(fā)酵產(chǎn)物的前體，如豆油是紅霉素的前體，魚(yú)油是螺旋霉素的前體。油是螺旋霉素的前體。分子中無(wú)親水基團(tuán)，在發(fā)酵液中難鋪展，所以消泡活性分子中無(wú)親水基團(tuán)，在發(fā)酵液中難鋪展，所以消泡活性差，用量大，一般為發(fā)酵液的差，用量大，一般為發(fā)酵液的0.1-0.2%近年來(lái)出于對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，天然產(chǎn)物消泡劑

35、的地位近年來(lái)出于對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，天然產(chǎn)物消泡劑的地位又有些提高，而且還在研究新的天然消泡劑又有些提高，而且還在研究新的天然消泡劑 （2）聚醚類消泡劑）聚醚類消泡劑我國(guó)常用甘油三羥基聚醚我國(guó)常用甘油三羥基聚醚。六十年代發(fā)明此類消泡劑，美國(guó)。六十年代發(fā)明此類消泡劑，美國(guó)道康寧化學(xué)公司首先投產(chǎn)。道康寧化學(xué)公司首先投產(chǎn)。它是以甘油為起始劑，由環(huán)氧丙烷，或環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷它是以甘油為起始劑，由環(huán)氧丙烷，或環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物進(jìn)行加成聚合而制成的。只在甘油分子上加成聚合的混合物進(jìn)行加成聚合而制成的。只在甘油分子上加成聚合環(huán)氧丙烷的產(chǎn)物叫環(huán)氧丙烷的產(chǎn)物叫聚氧丙烯甘油定名為聚氧丙烯甘油定名為GP型消

36、泡劑型消泡劑；在在GP型消泡劑的聚丙二醇鏈節(jié)末端再加成環(huán)氧乙烷，成為鏈型消泡劑的聚丙二醇鏈節(jié)末端再加成環(huán)氧乙烷，成為鏈端是親水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫端是親水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫GPE型消泡劑（泡型消泡劑（泡敵）敵）。按照環(huán)氧乙烷加成量為。按照環(huán)氧乙烷加成量為10%，20%，50%分別稱分別稱為為GPE10，GPE20，GPE50。 其他的消泡劑其他的消泡劑，如：聚乙二醇等高碳醇消泡劑，如：聚乙二醇等高碳醇消泡劑多適用于霉菌發(fā)酵，硅酮類較適用于微堿性的細(xì)多適用于霉菌發(fā)酵，硅酮類較適用于微堿性的細(xì)菌發(fā)酵。所以，應(yīng)結(jié)合具體產(chǎn)品發(fā)酵，試驗(yàn)上述菌發(fā)酵。所以，應(yīng)結(jié)合具體產(chǎn)品發(fā)酵，試驗(yàn)上述各種

37、消泡劑的消泡效果，以獲得良好的消泡作用。各種消泡劑的消泡效果，以獲得良好的消泡作用。 值得注意的是：消泡劑有選擇性。消泡劑用多值得注意的是：消泡劑有選擇性。消泡劑用多了有毒性，而且還影響通氣和氣體分散，因此要了有毒性，而且還影響通氣和氣體分散，因此要少量地加。少量地加。 消泡劑的使用有以下幾種形式（增效作用）：消泡劑的使用有以下幾種形式（增效作用）： 消泡劑消泡劑 + + 載體：惰性載體載體：惰性載體( (如礦物油、植物油等如礦物油、植物油等) ) 復(fù)合消泡劑：如復(fù)合消泡劑：如GPGP和和GPEGPE以以l:1l:1混合使用于土霉素發(fā)混合使用于土霉素發(fā)酵，結(jié)果比單獨(dú)使用酵，結(jié)果比單獨(dú)使用GPG

38、P的效力提高的效力提高2 2倍；倍； 消泡劑消泡劑 + + 乳化劑：適用于親水性差的消泡劑。如乳化劑：適用于親水性差的消泡劑。如用吐溫用吐溫8080制成的乳劑，用于慶大霉素發(fā)酵，效力提制成的乳劑，用于慶大霉素發(fā)酵，效力提高高1 12 2倍。倍。 使用要考慮的因素：使用要考慮的因素： (1)(1)種類的選擇：種類的選擇： 不影響發(fā)酵和提取，能力持久。不影響發(fā)酵和提取，能力持久。 (2)(2)用量的選擇：用量的選擇：0.003-0.025%0.003-0.025% (3)(3)方法的選擇：方法的選擇： 應(yīng)用之前作比較性試驗(yàn)，找出消沫劑對(duì)應(yīng)用之前作比較性試驗(yàn)，找出消沫劑對(duì)微生物生理特征影響最小、消沫

39、效率最大的微生物生理特征影響最小、消沫效率最大的條件；成本。條件；成本。四四.機(jī)械消泡機(jī)械消泡 物理作用，靠機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)，壓力的變化，促使氣泡破裂，物理作用，靠機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)，壓力的變化，促使氣泡破裂，或借機(jī)械力將排出氣體中的液體加以分離回收?；蚪铏C(jī)械力將排出氣體中的液體加以分離回收。 化學(xué)消泡最顯著的缺點(diǎn)是影響氧氣的溶解，化學(xué)消泡最顯著的缺點(diǎn)是影響氧氣的溶解，使其減少使其減少1/31/31/51/5，這對(duì)微生物供氧極為不利；，這對(duì)微生物供氧極為不利；機(jī)械消泡能克服這一缺點(diǎn)，但其應(yīng)用效果不如化機(jī)械消泡能克服這一缺點(diǎn)，但其應(yīng)用效果不如化學(xué)消泡迅速可靠，不能從根本上消除引起穩(wěn)定泡學(xué)消泡迅速可靠，不能

40、從根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素。沫的因素。 消泡裝置設(shè)計(jì)依據(jù)：動(dòng)力??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；消泡裝置設(shè)計(jì)依據(jù)：動(dòng)力??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；易清潔；運(yùn)行可靠；維護(hù)費(fèi)用低；易清潔；運(yùn)行可靠；維護(hù)費(fèi)用低；機(jī)械消泡的特點(diǎn)：機(jī)械消泡的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不需外加其他物質(zhì)不需外加其他物質(zhì)節(jié)省原料（消泡劑）節(jié)省原料（消泡劑）減少因加入消泡劑而引起的污染減少因加入消泡劑而引起的污染對(duì)提取工藝無(wú)任何副作用對(duì)提取工藝無(wú)任何副作用缺點(diǎn)缺點(diǎn)不如化學(xué)消泡迅速可靠不如化學(xué)消泡迅速可靠需要一定的設(shè)備需要一定的設(shè)備需消耗一定的動(dòng)力需消耗一定的動(dòng)力不能徹底消除引起穩(wěn)定泡沫的因素不能徹底消除引起穩(wěn)定泡沫的因素方法方法 罐外罐外旋轉(zhuǎn)葉片式旋轉(zhuǎn)葉片式噴霧式噴霧

41、式離心式離心式轉(zhuǎn)向板式轉(zhuǎn)向板式 罐內(nèi)罐內(nèi)耙式耙式旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)式旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)式流體吹入式流體吹入式?jīng)_擊反射板式?jīng)_擊反射板式碟片式碟片式超聲波超聲波吸引消泡吸引消泡產(chǎn)品型號(hào)：ADF全自動(dòng)機(jī)械消泡器， 利用離心力來(lái)破碎發(fā)酵過(guò)利用離心力來(lái)破碎發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的泡沫，使氣液分程產(chǎn)生的泡沫，使氣液分離離，分離出的泡沫液可以重新回到發(fā)酵罐中，減少逃液損失，結(jié)合尾氣冷凝系統(tǒng)，可以更有效地減少大通 氣量條件下發(fā)酵液損失。泡沫通過(guò)消泡器進(jìn)口進(jìn)入轉(zhuǎn)子的工作區(qū)，高速轉(zhuǎn)子提供高速轉(zhuǎn)子提供的剪切力撕碎氣泡的剪切力撕碎氣泡，氣泡釋放出的液體立即被離心力摔向器壁，并壓縮為液流，部分 回流到發(fā)酵罐中，部分通過(guò)器壁的多孔結(jié)構(gòu)流向渦殼收集器中

42、，由管道返回發(fā)酵罐中。 機(jī)械消泡器機(jī)械消泡器 離心力消泡離心力消泡 補(bǔ)料分批發(fā)酵補(bǔ)料分批發(fā)酵(fed-batch culture，F(xiàn)BC)： 又稱半連續(xù)培養(yǎng)或半連續(xù)發(fā)酵，是指在又稱半連續(xù)培養(yǎng)或半連續(xù)發(fā)酵，是指在分批發(fā)酵過(guò)程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加一種分批發(fā)酵過(guò)程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，是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(guò)渡培養(yǎng)分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種過(guò)渡培養(yǎng)方式，是一種控制發(fā)酵的好方法，現(xiàn)已廣方式，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)。泛用于發(fā)酵工業(yè)。第五節(jié)第五節(jié) 補(bǔ)料控制補(bǔ)料控制二二.補(bǔ)料的內(nèi)容補(bǔ)料的內(nèi)容三三.補(bǔ)料的原

43、則補(bǔ)料的原則四四.補(bǔ)糖的控制補(bǔ)糖的控制五五.補(bǔ)氮和無(wú)機(jī)鹽補(bǔ)氮和無(wú)機(jī)鹽一一.FBC的作用的作用1 1） 可以控制抑制性底物的濃度可以控制抑制性底物的濃度高濃度營(yíng)養(yǎng)物抑制微生物生長(zhǎng)：高濃度營(yíng)養(yǎng)物抑制微生物生長(zhǎng)： 基質(zhì)過(guò)濃使?jié)B透壓過(guò)高，細(xì)胞因脫水而死亡；基質(zhì)過(guò)濃使?jié)B透壓過(guò)高，細(xì)胞因脫水而死亡； 高濃度基質(zhì)能使微生物細(xì)胞熱致死高濃度基質(zhì)能使微生物細(xì)胞熱致死(themal death)(themal death)，如乙，如乙醇濃度達(dá)醇濃度達(dá)1010時(shí)，就可使酵母細(xì)胞熱致死；時(shí)，就可使酵母細(xì)胞熱致死； 有的是因某種或某些基質(zhì)對(duì)代謝關(guān)鍵酶或細(xì)胞組分產(chǎn)生抑有的是因某種或某些基質(zhì)對(duì)代謝關(guān)鍵酶或細(xì)胞組分產(chǎn)生抑制作

44、用，如高濃度苯酚制作用，如高濃度苯酚(3(35 5) )可凝固蛋白；可凝固蛋白； 高濃度基質(zhì)還會(huì)改變菌體的生化代謝而影響生長(zhǎng)等。高濃度基質(zhì)還會(huì)改變菌體的生化代謝而影響生長(zhǎng)等。一一.FBC的作用的作用有的基質(zhì)是合成產(chǎn)物必需的前體物質(zhì)，濃有的基質(zhì)是合成產(chǎn)物必需的前體物質(zhì)，濃度過(guò)高，就會(huì)影響菌體代謝或產(chǎn)生毒性，度過(guò)高，就會(huì)影響菌體代謝或產(chǎn)生毒性，使產(chǎn)物產(chǎn)量降低。使產(chǎn)物產(chǎn)量降低。如苯乙酸、丙醇如苯乙酸、丙醇(或丙酸或丙酸)分分別是青霉素、紅霉素的前體物質(zhì)，濃度過(guò)大，就別是青霉素、紅霉素的前體物質(zhì)，濃度過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生毒性，使抗生素產(chǎn)量減少。會(huì)產(chǎn)生毒性，使抗生素產(chǎn)量減少。采用采用FBC方式，可以控制適當(dāng)?shù)?/p>

45、基質(zhì)濃度，使菌方式，可以控制適當(dāng)?shù)幕|(zhì)濃度，使菌處于處于“半饑餓半饑餓”狀態(tài)。狀態(tài)。2 2） 解除或減弱分解代謝物的阻遏解除或減弱分解代謝物的阻遏 有些合成酶受到迅速利用的碳源或氮源的阻遏有些合成酶受到迅速利用的碳源或氮源的阻遏，如葡萄糖阻抑，如葡萄糖阻抑纖維素酶、赤霉素、青霉素等多種酶或產(chǎn)物的合成。通過(guò)補(bǔ)料纖維素酶、赤霉素、青霉素等多種酶或產(chǎn)物的合成。通過(guò)補(bǔ)料來(lái)限制基質(zhì)葡萄糖的濃度，就可解除酶或其產(chǎn)物的阻遏，提高來(lái)限制基質(zhì)葡萄糖的濃度，就可解除酶或其產(chǎn)物的阻遏，提高產(chǎn)物產(chǎn)量。產(chǎn)物產(chǎn)量。 緩慢流加葡萄糖，纖維素酶的產(chǎn)量幾乎增加緩慢流加葡萄糖，纖維素酶的產(chǎn)量幾乎增加200200倍；將葡萄糖倍；將

46、葡萄糖濃度控制在濃度控制在0.020.02水平，赤霉素濃度可達(dá)水平，赤霉素濃度可達(dá)905 mg905 mgL L；采用滴加；采用滴加葡萄糖的技術(shù)，可明顯提高青霉素的發(fā)酵單位等。這都是利用葡萄糖的技術(shù)，可明顯提高青霉素的發(fā)酵單位等。這都是利用發(fā)酵技術(shù)解決分解代謝物阻遏的實(shí)際應(yīng)用。在植物細(xì)胞培養(yǎng)中，發(fā)酵技術(shù)解決分解代謝物阻遏的實(shí)際應(yīng)用。在植物細(xì)胞培養(yǎng)中，也采用該技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)量。也采用該技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)量。葡萄糖效應(yīng)葡萄糖效應(yīng)3）可以使發(fā)酵過(guò)程最佳化）可以使發(fā)酵過(guò)程最佳化 分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究，闡明了各個(gè)參數(shù)之間的分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究，闡明了各個(gè)參數(shù)之間的相互關(guān)系。利用相互關(guān)系。利用FBC技術(shù)，就可以使

47、菌種保持在技術(shù)，就可以使菌種保持在最大生產(chǎn)力的狀態(tài)。最大生產(chǎn)力的狀態(tài)。 隨著隨著FBC補(bǔ)料方式的不斷改進(jìn)，為發(fā)酵過(guò)程的優(yōu)補(bǔ)料方式的不斷改進(jìn)，為發(fā)酵過(guò)程的優(yōu)化和反饋控制奠定了基礎(chǔ)?；头答伩刂频於嘶A(chǔ)。 隨著計(jì)算機(jī)、傳感器等的發(fā)展和應(yīng)用，已有可能隨著計(jì)算機(jī)、傳感器等的發(fā)展和應(yīng)用，已有可能用離線方式計(jì)算或用模擬復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型在線方用離線方式計(jì)算或用模擬復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型在線方式實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制。式實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制。 二二.補(bǔ)料的內(nèi)容補(bǔ)料的內(nèi)容 能源和碳源；能源和碳源； 氮源；氮源； 微量元素或無(wú)機(jī)鹽；微量元素或無(wú)機(jī)鹽； 誘導(dǎo)物；誘導(dǎo)物；對(duì)于產(chǎn)誘導(dǎo)酶的微生物，是提高酶產(chǎn)量的重要措施。原則原則：控制微生物的

48、中間代謝，使之向著有利于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。產(chǎn)物積累的方向發(fā)展。 根據(jù)菌體生長(zhǎng)代謝規(guī)律；根據(jù)菌體生長(zhǎng)代謝規(guī)律； 生產(chǎn)需要；生產(chǎn)需要； 環(huán)境條件環(huán)境條件方法：充足而不過(guò)量（少量多次或分批流加）方法：充足而不過(guò)量（少量多次或分批流加）三三.補(bǔ)料的原則補(bǔ)料的原則 補(bǔ)糖時(shí)機(jī)補(bǔ)糖時(shí)機(jī)過(guò)早，刺激生長(zhǎng)，加速糖利用；過(guò)早，刺激生長(zhǎng)，加速糖利用；過(guò)遲，所需能量跟不上。如谷氨酸發(fā)酵在對(duì)數(shù)生過(guò)遲，所需能量跟不上。如谷氨酸發(fā)酵在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的末期補(bǔ)料。長(zhǎng)期的末期補(bǔ)料。判斷：培養(yǎng)基條件，菌種，發(fā)酵狀況（殘?zhí)?，判斷：培養(yǎng)基條件，菌種，發(fā)酵狀況（殘?zhí)?，pHpH，菌形態(tài)等），在需要時(shí)加入；菌

49、形態(tài)等），在需要時(shí)加入；四四.補(bǔ)糖的控制補(bǔ)糖的控制補(bǔ)糖方式補(bǔ)糖方式連續(xù)流加：連續(xù)流加：每次流加又可分為快速流加、恒速流加、指數(shù)速率流加和變速流加。少量多次間歇補(bǔ)入少量多次間歇補(bǔ)入大量少次補(bǔ)入 可與其他組分一起進(jìn)行多組分補(bǔ)料?？膳c其他組分一起進(jìn)行多組分補(bǔ)料。 以不引起發(fā)酵液成分劇烈波動(dòng)為前提；以不引起發(fā)酵液成分劇烈波動(dòng)為前提； 補(bǔ)糖量補(bǔ)糖量加入與消耗平衡，維持穩(wěn)定的糖濃度加入與消耗平衡，維持穩(wěn)定的糖濃度；例：例：a 四環(huán)素發(fā)酵還原糖維持在四環(huán)素發(fā)酵還原糖維持在0.8-1.5%b 谷氨酸追加糖液發(fā)酵：在原工藝基礎(chǔ)上，加大接種量到谷氨酸追加糖液發(fā)酵：在原工藝基礎(chǔ)上，加大接種量到10%，增加生物素用量

50、達(dá)，增加生物素用量達(dá)5g/L，減少初糖濃度（，減少初糖濃度（12%7-8%）盡快獲得大量的生產(chǎn)型菌體，當(dāng)菌體處在生長(zhǎng)對(duì)）盡快獲得大量的生產(chǎn)型菌體，當(dāng)菌體處在生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期后進(jìn)入產(chǎn)酸期，糖濃度在數(shù)期后進(jìn)入產(chǎn)酸期，糖濃度在2%左右時(shí)，連續(xù)流加糖液，左右時(shí)，連續(xù)流加糖液，維持維持2%左右的糖濃度。左右的糖濃度。 優(yōu)點(diǎn)：低濃度發(fā)酵，以利于生長(zhǎng)和發(fā)酵；優(yōu)點(diǎn)：低濃度發(fā)酵，以利于生長(zhǎng)和發(fā)酵； 總糖濃度達(dá)總糖濃度達(dá)20%，產(chǎn)酸高。，產(chǎn)酸高。補(bǔ)糖開(kāi)始時(shí)，不但補(bǔ)糖開(kāi)始時(shí)，不但CRR（CO2的釋放率）的釋放率） 、OUR（氧攝取速率氧攝取速率 ）大幅度提高，連大幅度提高，連RQ（呼吸熵）呼吸熵） 也提高約也提高約10，

51、表明通過(guò)補(bǔ)糖不但提供了更多，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)葡萄糖濃度提高，糖代的碳源，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。謝相關(guān)酶活力也提高，產(chǎn)能增加。發(fā)酵中后期為保證產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物，有意使發(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，維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。持產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物的速率在較高水平。五五.補(bǔ)氮和無(wú)機(jī)鹽補(bǔ)氮和無(wú)機(jī)鹽 通氨是某些發(fā)酵生產(chǎn)補(bǔ)料工藝的有效措施，主要通氨是某些發(fā)酵生產(chǎn)補(bǔ)料工藝的有效措施，主要起補(bǔ)充無(wú)機(jī)氮源和調(diào)節(jié)起補(bǔ)充無(wú)機(jī)氮源和調(diào)節(jié)pH值的作

52、用。但應(yīng)注意通氨時(shí)值的作用。但應(yīng)注意通氨時(shí)避免局部過(guò)量和泡沫情況。避免局部過(guò)量和泡沫情況。 也可以根據(jù)發(fā)酵代謝的具體情況，中間添加某些也可以根據(jù)發(fā)酵代謝的具體情況，中間添加某些具有調(diào)節(jié)生長(zhǎng)代謝作用的物料，如磷酸鹽、具有調(diào)節(jié)生長(zhǎng)代謝作用的物料，如磷酸鹽、尿素尿素、硝、硝酸鹽、酸鹽、Na2SO4、酵母粉或玉米漿等。酵母粉或玉米漿等。如遇生長(zhǎng)遲慢、耗糖低，一般可補(bǔ)充適量的磷酸鹽，以促進(jìn)糖如遇生長(zhǎng)遲慢、耗糖低，一般可補(bǔ)充適量的磷酸鹽，以促進(jìn)糖的作用。的作用。 流加尿素，一方面調(diào)節(jié)流加尿素，一方面調(diào)節(jié)pH，另一方面補(bǔ)氮。，另一方面補(bǔ)氮。 谷氨酸發(fā)酵時(shí)，初次加入尿素量和補(bǔ)加量取決谷氨酸發(fā)酵時(shí)，初次加入尿素

53、量和補(bǔ)加量取決于菌種的脲酶活力強(qiáng)弱和耐尿能力。于菌種的脲酶活力強(qiáng)弱和耐尿能力。 脲酶活力低，耐尿素強(qiáng)，初次加入用量多脲酶活力低，耐尿素強(qiáng)，初次加入用量多2%，流加次數(shù)少流加次數(shù)少 脲酶活力強(qiáng)，耐尿素低，初次加入用量少脲酶活力強(qiáng)，耐尿素低，初次加入用量少0.6%，流加以少量多次好流加以少量多次好 補(bǔ)料應(yīng)注意的問(wèn)題：補(bǔ)料應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）料液配比要適合：）料液配比要適合：過(guò)濃會(huì)影響到消毒及料液的輸送，過(guò)濃會(huì)影響到消毒及料液的輸送，過(guò)稀則料液體積增大，引起一系列問(wèn)題，如發(fā)酵單位稀釋、液過(guò)稀則料液體積增大，引起一系列問(wèn)題，如發(fā)酵單位稀釋、液面上升、加油量增加等；面上升、加油量增加等；（2）加強(qiáng)無(wú)菌控

54、制：）加強(qiáng)無(wú)菌控制：由于經(jīng)常性添加物料易染菌由于經(jīng)常性添加物料易染菌（3）經(jīng)濟(jì)核算）經(jīng)濟(jì)核算：節(jié)約糧食，并注意培養(yǎng)基的碳氮平衡節(jié)約糧食，并注意培養(yǎng)基的碳氮平衡等。等。第六節(jié)第六節(jié) 發(fā)酵終點(diǎn)的判斷發(fā)酵終點(diǎn)的判斷一一.發(fā)酵終點(diǎn)的判斷發(fā)酵終點(diǎn)的判斷 二二.自溶的監(jiān)測(cè)自溶的監(jiān)測(cè)三三.影響自溶的因素影響自溶的因素 生產(chǎn)能力（或稱生產(chǎn)率、產(chǎn)率）是指單位時(shí)生產(chǎn)能力（或稱生產(chǎn)率、產(chǎn)率）是指單位時(shí)間內(nèi)單位罐體積發(fā)酵液的產(chǎn)物積累量而言。間內(nèi)單位罐體積發(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g(Lh)或或kg(m3h)，產(chǎn)物濃度，產(chǎn)物濃度單位為單位為gL或或kgm3，發(fā)酵時(shí)間單位為，發(fā)酵時(shí)間單位為

55、h。 高生產(chǎn)率高生產(chǎn)率 + 成本控制成本控制 到了衰亡期，菌體的產(chǎn)物分泌能力都要下降，產(chǎn)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。有的產(chǎn)生菌在衰亡物的生產(chǎn)率相應(yīng)下降或停止。有的產(chǎn)生菌在衰亡期，營(yíng)養(yǎng)耗盡，菌體衰老而進(jìn)入自溶，釋放出體期，營(yíng)養(yǎng)耗盡，菌體衰老而進(jìn)入自溶，釋放出體內(nèi)的分解酶會(huì)破壞已形成的產(chǎn)物。內(nèi)的分解酶會(huì)破壞已形成的產(chǎn)物。發(fā)酵終點(diǎn)的判斷原則發(fā)酵終點(diǎn)的判斷原則根據(jù)發(fā)酵類型和生產(chǎn)目標(biāo)判斷發(fā)酵終點(diǎn)。根據(jù)發(fā)酵類型和生產(chǎn)目標(biāo)判斷發(fā)酵終點(diǎn)。 對(duì)發(fā)酵及原材料成本占整個(gè)生產(chǎn)成本主要部分的對(duì)發(fā)酵及原材料成本占整個(gè)生產(chǎn)成本主要部分的發(fā)酵品種，主要追求提高生產(chǎn)率發(fā)酵品種，主要追求提

56、高生產(chǎn)率(kg/m3h)，得率，得率(kg產(chǎn)物產(chǎn)物/kg基質(zhì)基質(zhì))和發(fā)酵系數(shù)和發(fā)酵系數(shù)(kg產(chǎn)物產(chǎn)物/罐容積罐容積m3發(fā)發(fā)酵周期酵周期h) 下游提取精制成本占主要部分和產(chǎn)品價(jià)格比較貴，下游提取精制成本占主要部分和產(chǎn)品價(jià)格比較貴，除了要求高的產(chǎn)率和發(fā)酵系數(shù)外，還要求高的產(chǎn)除了要求高的產(chǎn)率和發(fā)酵系數(shù)外，還要求高的產(chǎn)物濃度。物濃度。一一.發(fā)酵終點(diǎn)的判斷發(fā)酵終點(diǎn)的判斷 1、產(chǎn)品質(zhì)量因素、產(chǎn)品質(zhì)量因素 如果發(fā)酵時(shí)間太短：過(guò)多剩余營(yíng)養(yǎng)物（如各種蛋白、脂肪等）如果發(fā)酵時(shí)間太短：過(guò)多剩余營(yíng)養(yǎng)物（如各種蛋白、脂肪等）殘留在發(fā)酵液，分離提純困難殘留在發(fā)酵液，分離提純困難 如果發(fā)酵時(shí)間太長(zhǎng)：菌體自溶，釋放出菌體蛋白

57、及各種酶類，如果發(fā)酵時(shí)間太長(zhǎng)：菌體自溶，釋放出菌體蛋白及各種酶類，改變發(fā)酵液性質(zhì)或破壞產(chǎn)物改變發(fā)酵液性質(zhì)或破壞產(chǎn)物 2、經(jīng)濟(jì)效益、經(jīng)濟(jì)效益 對(duì)于發(fā)酵和原料占主要成本：追求高生產(chǎn)率（對(duì)于發(fā)酵和原料占主要成本：追求高生產(chǎn)率（kg/m3h ）、）、得得率（率（kg產(chǎn)物產(chǎn)物/kg基質(zhì)）基質(zhì)） 對(duì)下游提取純化占主成本：除上述考慮，還要求產(chǎn)物濃度高。對(duì)下游提取純化占主成本：除上述考慮，還要求產(chǎn)物濃度高。 3、特殊因素、特殊因素 發(fā)現(xiàn)染菌，宜當(dāng)立斷放罐，以免倒罐造成更大損失。發(fā)現(xiàn)染菌，宜當(dāng)立斷放罐，以免倒罐造成更大損失。 臨發(fā)酵終點(diǎn)，加糖、補(bǔ)料，消泡劑要慎重，以免影響后續(xù)臨發(fā)酵終點(diǎn)，加糖、補(bǔ)料，消泡劑要慎重，以免影響后續(xù)工藝。工藝。 判斷放罐的指