發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備課件

1、發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（一）（一） 發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)v1. 物理參數(shù)物理參數(shù)v（1）溫度（）溫度（）v直接影響發(fā)酵過程的酶反應速率，氧的溶解度和傳直接影響發(fā)酵過程的酶反應速率，氧的溶解度和傳遞速率，菌體生長速率和合成速率。遞速率，菌體生長速率和合成速率。v（2）壓力（）壓力（Pa）v影響發(fā)酵過程氧和影響發(fā)酵過程氧和CO2的溶解度，正壓防止外界雜的溶解度，正壓防止外界雜菌污染。罐壓一般控制在菌污染。罐壓一般控制在0.21050.5105 Pa。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v（3）攪拌速度（）

2、攪拌速度（r/min）v攪拌器在發(fā)酵過程中的轉動速度。攪拌器在發(fā)酵過程中的轉動速度。v其大小影響發(fā)酵過程氧的傳遞速率，受醪液的流變其大小影響發(fā)酵過程氧的傳遞速率，受醪液的流變學性質影響，還受發(fā)酵罐的容積限制（見下表）學性質影響，還受發(fā)酵罐的容積限制（見下表）發(fā)酵罐容積(L)攪拌轉速范（r/min）備注32002000實驗室研究101501000實驗室，小試50100800中試20050400中試或生產1000025200生產5000025160生產發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v（4）攪拌功率（）攪拌功率（kW）v攪拌器攪拌時所消耗的功率（攪拌器攪拌時所消耗的功率（kW/m3），在發(fā)酵過），在

3、發(fā)酵過程中的轉動速度。程中的轉動速度。v其大小與液相體積氧傳遞系數(shù)有關。其大小與液相體積氧傳遞系數(shù)有關。v（5）空氣流量（）空氣流量（m3空氣空氣/（m3發(fā)酵液發(fā)酵液min）v單位時間內單位體積發(fā)酵液里通入空氣的體積，一單位時間內單位體積發(fā)酵液里通入空氣的體積，一般控制在般控制在0.51.0（m3空氣空氣/（m3發(fā)酵液發(fā)酵液min）發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v（6）粘度（）粘度（Pas）v細胞生長或細胞形態(tài)的一種標志，反映發(fā)酵罐中細胞生長或細胞形態(tài)的一種標志，反映發(fā)酵罐中的菌絲分裂情況，表示菌體的濃度。的菌絲分裂情況，表示菌體的濃度。v（7）濁度（）濁度（）v反映應單細胞生長情況反映應單細

4、胞生長情況v（8）料液流量（）料液流量（L/min）v進料參數(shù)進料參數(shù)發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v2. 化學參數(shù)化學參數(shù)v（1）pH （酸堿度）（酸堿度）v發(fā)酵工藝重要的參數(shù)之一，與菌體生長和產物合發(fā)酵工藝重要的參數(shù)之一，與菌體生長和產物合成有密切關系。包括起始成有密切關系。包括起始pH ，發(fā)酵過程中的，發(fā)酵過程中的pH ，后者反應菌體的生理特性。后者反應菌體的生理特性。v（2）基質濃度（）基質濃度（g/L）v發(fā)酵液中糖、氮、磷等重要營養(yǎng)物質的濃度，對發(fā)酵液中糖、氮、磷等重要營養(yǎng)物質的濃度，對菌體的生長和代謝合成有重要影響，是產物代謝菌體的生長和代謝合成有重要影響，是產物代謝控制的重要手段

5、。發(fā)酵過程中必須定時測定糖或控制的重要手段。發(fā)酵過程中必須定時測定糖或氮（氨基酸或銨氮）等的濃度。氮（氨基酸或銨氮）等的濃度。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v（3）溶解氧濃度（）溶解氧濃度（ppm或飽和度，）或飽和度，）v溶解氧是好氧發(fā)酵的必備條件，是生化產能反應的溶解氧是好氧發(fā)酵的必備條件，是生化產能反應的最終電子受體，也是細胞及產物重要的組分。通常最終電子受體，也是細胞及產物重要的組分。通常用飽和百分度表示。用飽和百分度表示。v（4）氧化還原電位（）氧化還原電位（mV）v培養(yǎng)基的氧化還原電位是影響微生物生長及生化活培養(yǎng)基的氧化還原電位是影響微生物生長及生化活性的因素之一。在某些限氧發(fā)酵（如

6、氨基酸），氧性的因素之一。在某些限氧發(fā)酵（如氨基酸），氧電極以不能精確使用，氧化還原電位參數(shù)控制較為電極以不能精確使用，氧化還原電位參數(shù)控制較為理想。理想。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v（5）產物濃度（）產物濃度（g（u）/ml）v檢驗發(fā)酵是否正常與否的重要參數(shù)，檢驗發(fā)酵是否正常與否的重要參數(shù)，v是決定發(fā)酵周期長短的根據(jù)是決定發(fā)酵周期長短的根據(jù).v（6）廢氣中的氧濃度（）廢氣中的氧濃度（Pa）v廢氣中的氧濃度與發(fā)酵微生物的攝氧率和廢氣中的氧濃度與發(fā)酵微生物的攝氧率和KLa有關，有關，以此確定發(fā)的供氧能力。以此確定發(fā)的供氧能力。v（7）廢氣中的）廢氣中的CO2濃度（濃度（%）v根據(jù)廢氣中的氧濃

7、度和根據(jù)廢氣中的氧濃度和CO2濃度，以此計算產生菌濃度，以此計算產生菌的呼吸商，了解產生菌的呼吸代謝規(guī)律。的呼吸商，了解產生菌的呼吸代謝規(guī)律。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v3. 生物參數(shù)生物參數(shù)v（1）菌絲形態(tài)）菌絲形態(tài)v菌絲形態(tài)是衡量種子質量、區(qū)分發(fā)酵階段、控制發(fā)菌絲形態(tài)是衡量種子質量、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。酵過程的代謝變化和決定發(fā)酵周期的依據(jù)之一。v（2）菌體濃度）菌體濃度v菌體濃度是控制微生物發(fā)酵的重要參數(shù)之一。生產菌體濃度是控制微生物發(fā)酵的重要參數(shù)之一。生產上，常常根據(jù)菌體濃度來決定補料量和供氧量，以上，常常根據(jù)菌體濃度來決定補料量和供氧量，以

8、保證生產達到預期水平。保證生產達到預期水平。v根據(jù)菌體濃度研究菌體比生長率，基質比消耗率等根據(jù)菌體濃度研究菌體比生長率，基質比消耗率等動力學參數(shù)，以此確定最佳發(fā)酵工藝。動力學參數(shù)，以此確定最佳發(fā)酵工藝。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（二）控制方式（二）控制方式 一般檢控系統(tǒng)包括一般檢控系統(tǒng)包括3個部分。個部分。 1測定元件：如溫度計、壓力表、電流計、測定元件：如溫度計、壓力表、電流計、pH計直計直接測定發(fā)酵過程的各種參數(shù)，并輸出相應信號。接測定發(fā)酵過程的各種參數(shù)，并輸出相應信號。 2控制部分：其功能主要是將測定元件測出的各種控制部分：其功能主要是將測定元件測出的各種參數(shù)信號與預先確定值進行比較

9、，并且輸出信號指令參數(shù)信號與預先確定值進行比較，并且輸出信號指令執(zhí)行元件進行調整控制。執(zhí)行元件進行調整控制。 3執(zhí)行元件：它接受控制部分的指令開啟、或關閉有執(zhí)行元件：它接受控制部分的指令開啟、或關閉有關閥門、泵、開關等調節(jié)控制機構，使有關參數(shù)達到關閥門、泵、開關等調節(jié)控制機構，使有關參數(shù)達到預定位置。預定位置。 手動控制和自動控制手動控制和自動控制發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備一一 、溫度對發(fā)酵的影響及其控制、溫度對發(fā)酵的影響及其控制發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備1.溫度對生長的影響溫度對生長的影響 不同微生物的生長對溫度的要求不同，根據(jù)它們對不同微生物的生長對溫度的要求不同，根據(jù)它們對溫度的

10、要求大致可分為四類：嗜冷菌適應于溫度的要求大致可分為四類：嗜冷菌適應于0260C生生長，嗜溫菌適應于長，嗜溫菌適應于15430C生長，嗜熱菌適應于生長，嗜熱菌適應于37650C生長，嗜高溫菌適應于生長，嗜高溫菌適應于650C以上生長以上生長 （一）溫度對發(fā)酵的影響（一）溫度對發(fā)酵的影響發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 每種微生物對溫度的要求可用最適溫度、最高溫度、最每種微生物對溫度的要求可用最適溫度、最高溫度、最低溫度來表征。在最適溫度下，微生物生長迅速；超過最高低溫度來表征。在最適溫度下，微生物生長迅速；超過最高溫度微生物即受到抑制或死亡；在最低溫度范圍內微生物尚溫度微生物即受到抑制或死亡；在

11、最低溫度范圍內微生物尚能生長，但生長速度非常緩慢，世代時間無限延長。在最低能生長，但生長速度非常緩慢，世代時間無限延長。在最低和最高溫度之間，微生物的生長速率隨溫度升高而增加，超和最高溫度之間，微生物的生長速率隨溫度升高而增加，超過最適溫度后，隨溫度升高，生長速率下降，最后停止生長，過最適溫度后，隨溫度升高，生長速率下降，最后停止生長，引起死亡。引起死亡。 微生物受高溫的傷害比低溫的傷害大，即超過最高溫度，微生物受高溫的傷害比低溫的傷害大，即超過最高溫度，微生物很快死亡；低于最低溫度，微生物代謝受到很大抑制，微生物很快死亡；低于最低溫度，微生物代謝受到很大抑制，并不馬上死亡。這就是菌種保藏的原

12、理。并不馬上死亡。這就是菌種保藏的原理。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備2、溫度對發(fā)酵的影響：、溫度對發(fā)酵的影響： 溫度會影響各種酶反應的速率，改變菌體代謝產物的溫度會影響各種酶反應的速率，改變菌體代謝產物的合成方向，影響微生物的代謝調控機制，影響發(fā)酵液的理合成方向，影響微生物的代謝調控機制，影響發(fā)酵液的理化性質，進而影響發(fā)酵的動力學特性和產物的生物合成?；再|，進而影響發(fā)酵的動力學特性和產物的生物合成。 發(fā)酵液的黏度、基質和氧在發(fā)酵液中的溶解度和傳遞發(fā)酵液的黏度、基質和氧在發(fā)酵液中的溶解度和傳遞速率、某些基質的分解吸收速率等，都受溫度變化的影響，速率、某些基質的分解吸收速率等，都受溫度變化的影

13、響，進而影響發(fā)酵動力學特性和產物的生物合成。進而影響發(fā)酵動力學特性和產物的生物合成。 例如四環(huán)素產生菌例如四環(huán)素產生菌金色鏈霉菌金色鏈霉菌同時產生金霉素和四環(huán)同時產生金霉素和四環(huán)素，當溫度低于素，當溫度低于30 時，這種菌合成金霉素能力較強；溫時，這種菌合成金霉素能力較強；溫度提高，合成四環(huán)素的比例也提高，溫度達到度提高，合成四環(huán)素的比例也提高，溫度達到35 時，金時，金霉素的合成幾乎停止，只產生四環(huán)素。霉素的合成幾乎停止，只產生四環(huán)素。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（二）最適溫度的選擇（二）最適溫度的選擇1 1、根據(jù)菌種及生長階段選擇、根據(jù)菌種及生長階段選擇微生物種類不同，所具有的酶系及其性

14、質不同，所要微生物種類不同，所具有的酶系及其性質不同，所要求的溫度范圍也不同。求的溫度范圍也不同。如黑曲霉生長溫度為如黑曲霉生長溫度為37 ，谷氨酸產生菌棒狀桿菌的生長溫度為谷氨酸產生菌棒狀桿菌的生長溫度為3032 ，青霉菌生長溫度為青霉菌生長溫度為30 。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 發(fā)酵前期發(fā)酵前期，由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達到大量的菌，由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達到大量的菌體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長迅速；體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長迅速； 發(fā)酵中期發(fā)酵中期，菌量已達到合成產物的最適量，發(fā)酵需要延長，菌量已達到合成產物的最適量，發(fā)酵需要延長中期

15、，從而提高產量，因此中期溫度要稍低一些，可以推遲衰中期，從而提高產量，因此中期溫度要稍低一些，可以推遲衰老。因為在稍低溫度下氨基酸合成蛋白質和核酸的正常途徑關老。因為在稍低溫度下氨基酸合成蛋白質和核酸的正常途徑關閉得比較嚴密有利于產物合成。閉得比較嚴密有利于產物合成。 發(fā)酵后期發(fā)酵后期，產物合成能力降低，延長發(fā)酵周期沒有必要，產物合成能力降低，延長發(fā)酵周期沒有必要，就又提高溫度，刺激產物合成到放罐。如四環(huán)素生長階段就又提高溫度，刺激產物合成到放罐。如四環(huán)素生長階段28 ，合成期，合成期26 后期再升溫；黑曲霉生長后期再升溫；黑曲霉生長37 ，產糖化酶，產糖化酶3234 。但也有的菌種產物形成比

16、生長溫度高。如谷氨酸。但也有的菌種產物形成比生長溫度高。如谷氨酸產生菌生長產生菌生長3032 ，產酸，產酸3437 。最適溫度選擇要根。最適溫度選擇要根據(jù)菌種與發(fā)酵階段做試驗。據(jù)菌種與發(fā)酵階段做試驗。l根據(jù)生長階段選擇根據(jù)生長階段選擇發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備2 2、根據(jù)培養(yǎng)條件選擇、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。溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。通氣條件差時可適當降低溫度，使菌呼吸速率降低些，通氣條件差時可適當降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。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)利培養(yǎng)基稀薄時，溫度也該低些

17、。因為溫度高營養(yǎng)利用快，會使菌過早自溶。用快，會使菌過早自溶。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備3 3、根據(jù)菌生長情況、根據(jù)菌生長情況 菌生長快，維持在較高溫度時間要短些；菌生長菌生長快，維持在較高溫度時間要短些；菌生長慢，維持較高溫度時間可長些。培養(yǎng)條件適宜，如營慢，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。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)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。要通過反復實踐來定出最適溫度。條件綜合考慮。要通過反復實踐來定出最適溫度。發(fā)酵與

18、釀造工程學基礎及主要設備（三）發(fā)酵過程引起溫度變化的因素（三）發(fā)酵過程引起溫度變化的因素1.1.發(fā)酵熱發(fā)酵熱Q Q發(fā)酵發(fā)酵 發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫度變化的原因。發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫度變化的原因。 所謂發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。什所謂發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。什么叫凈熱量呢？在發(fā)酵過程中產生菌分解基質產生熱量，么叫凈熱量呢？在發(fā)酵過程中產生菌分解基質產生熱量，機械攪拌產生熱量，而罐壁散熱、水分蒸發(fā)、空氣排氣機械攪拌產生熱量，而罐壁散熱、水分蒸發(fā)、空氣排氣帶走熱量。這各種產生的熱量和各種散失的熱量的代數(shù)帶走熱量。這各種產生的熱量和各種散失的熱量的代數(shù)和就叫做凈熱量。發(fā)酵熱

19、引起發(fā)酵液的溫度上升。發(fā)酵和就叫做凈熱量。發(fā)酵熱引起發(fā)酵液的溫度上升。發(fā)酵熱大，溫度上升快，發(fā)酵熱小，溫度上升慢。熱大，溫度上升快，發(fā)酵熱小，溫度上升慢。 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輻射輻射發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（1 1）生物熱）生物熱Q Q生物生物 在發(fā)酵過程中，菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物在發(fā)酵過程中，菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質，將其分解氧化而產生的能量，其中一部分用于合質，將其分解氧化而產生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如成高能化合物（如ATP）提供細胞合成和代謝產物合）提供細胞合成和代謝產物合成需要的能量，其余一部分以熱的形式散發(fā)出來，這成需要的能量

20、，其余一部分以熱的形式散發(fā)出來，這散發(fā)出來的熱就叫生物熱。散發(fā)出來的熱就叫生物熱。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備l 培養(yǎng)過程中生物熱的產生具有培養(yǎng)過程中生物熱的產生具有強烈的時間性強烈的時間性。 培養(yǎng)初期培養(yǎng)初期，菌體處于適應期，菌數(shù)少，呼吸作用緩慢，菌體處于適應期，菌數(shù)少，呼吸作用緩慢，產生熱量較少。產生熱量較少。 培養(yǎng)中期培養(yǎng)中期，菌體繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌體也較多，菌體繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌體也較多，所以產生的熱量多，溫度上升快，必須注意控制溫度。所以產生的熱量多，溫度上升快，必須注意控制溫度。 培養(yǎng)后期培養(yǎng)后期，菌體已基本上停止繁殖，主要靠菌體內的酶，菌體已基本上停止繁殖，主要

21、靠菌體內的酶系進行代謝作用，產生熱量不多，溫度變化不大，且逐漸減系進行代謝作用，產生熱量不多，溫度變化不大，且逐漸減弱。弱。 如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明菌體代謝緩慢，發(fā)酵如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，有可能染菌，此外培不正常。如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，有可能染菌，此外培養(yǎng)基營養(yǎng)越豐富，生物熱也越大。養(yǎng)基營養(yǎng)越豐富，生物熱也越大。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（2 2）攪拌熱）攪拌熱Q Q攪拌攪拌 在機械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機械攪拌帶動發(fā)在機械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機械攪拌帶動發(fā)酵液作機械運動，造成液體之間，液體與攪拌器等設酵液作機械運動

22、，造成液體之間，液體與攪拌器等設備之間的摩擦，產生可觀的熱量。備之間的摩擦，產生可觀的熱量。（3 3）蒸發(fā)熱）蒸發(fā)熱Q Q蒸發(fā)蒸發(fā) 通氣時，引起發(fā)酵液的水分蒸發(fā)，水分蒸發(fā)所需通氣時，引起發(fā)酵液的水分蒸發(fā)，水分蒸發(fā)所需的熱量叫蒸發(fā)熱。的熱量叫蒸發(fā)熱。（4 4）輻射熱）輻射熱Q Q輻射輻射 發(fā)酵罐內溫度與環(huán)境溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通發(fā)酵罐內溫度與環(huán)境溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過罐體向外輻射。輻射熱的大小取決于罐溫與環(huán)境的溫差。過罐體向外輻射。輻射熱的大小取決于罐溫與環(huán)境的溫差。冬天大一些，夏天小一些，一般不超過發(fā)酵熱的冬天大一些，夏天小一些，一般不超過發(fā)酵熱的5。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設

23、備（5）發(fā)酵熱的測定）發(fā)酵熱的測定 有三種發(fā)酵熱測定的方法。一種是用冷卻水進出有三種發(fā)酵熱測定的方法。一種是用冷卻水進出口溫度差計算發(fā)酵熱。在工廠里，可以通過測量冷卻口溫度差計算發(fā)酵熱。在工廠里，可以通過測量冷卻水進出口的水溫，再從水表上得知每小時冷卻水流量水進出口的水溫，再從水表上得知每小時冷卻水流量來計算發(fā)酵熱。來計算發(fā)酵熱。 另一種是根據(jù)罐溫上升速率來計算。先自控，讓另一種是根據(jù)罐溫上升速率來計算。先自控，讓發(fā)酵液達到某一溫度，然后停止加熱或冷卻，使罐溫發(fā)酵液達到某一溫度，然后停止加熱或冷卻，使罐溫自然上升或下降，根據(jù)罐溫變化的速率計算出發(fā)酵熱。自然上升或下降，根據(jù)罐溫變化的速率計算出發(fā)

24、酵熱。 還有就是根據(jù)化合物的燃燒值估算發(fā)酵過程生物還有就是根據(jù)化合物的燃燒值估算發(fā)酵過程生物熱的近似值。熱的近似值。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（四）發(fā)酵溫度的控制（四）發(fā)酵溫度的控制 發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中一般不需加熱，選用微生物能承受發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中一般不需加熱，選用微生物能承受稍高一些的溫度進行生長和繁殖，這對生產有很大的好處，稍高一些的溫度進行生長和繁殖，這對生產有很大的好處，即可減少污染雜菌的機會和夏季培養(yǎng)所需降溫的輔助設備，即可減少污染雜菌的機會和夏季培養(yǎng)所需降溫的輔助設備，因此培養(yǎng)耐高溫的菌種有一定的現(xiàn)實意義。因此培養(yǎng)耐高溫的菌種有一定的現(xiàn)實意義。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備在

25、發(fā)酵罐上安裝夾套和蛇管，通過循環(huán)冷卻水控制。在發(fā)酵罐上安裝夾套和蛇管，通過循環(huán)冷卻水控制。冷卻介質：深井水或冷凍水冷卻介質：深井水或冷凍水控制方式：手動控制或自動控制控制方式：手動控制或自動控制 溫度計溫度計溫度控制器溫度控制器調節(jié)閥調節(jié)閥發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備二二 、溶氧的影響和控制、溶氧的影響和控制發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 1. 溶氧的影響溶氧的影響 溶氧是需氧發(fā)酵控制的重要參數(shù)之一，氧的溶氧是需氧發(fā)酵控制的重要參數(shù)之一，氧的溶解度很小，氧的溶解度僅為溶解度很小，氧的溶解度僅為6.4mg /L ，只能保，只能保證氧化證氧化8.3mg葡萄糖，僅相當于常用培養(yǎng)基葡萄葡萄糖，僅相當

26、于常用培養(yǎng)基葡萄糖濃度的糖濃度的1。 微生物對氧的需要不同，是由于依賴獲得能微生物對氧的需要不同，是由于依賴獲得能量的代謝方面的差異。量的代謝方面的差異。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 溶氧大小對菌體生長和產物的性質和產量產生不同溶氧大小對菌體生長和產物的性質和產量產生不同影響；例如，谷氨酸發(fā)酵時，通氣不足會積累大量乳酸影響；例如，谷氨酸發(fā)酵時，通氣不足會積累大量乳酸和琥珀酸；和琥珀酸； 不同微生物或同一微生物的不同生長階段對通風量不同微生物或同一微生物的不同生長階段對通風量的要求也不相同。例如，天氡酰胺酶發(fā)酵，前期為好氣的要求也不相同。例如，天氡酰胺酶發(fā)酵，前期為好氣培養(yǎng)，后期為厭氧培養(yǎng)，產

27、酶能力會大大提高。培養(yǎng)，后期為厭氧培養(yǎng)，產酶能力會大大提高。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備2. 發(fā)酵過程的溶氧變化發(fā)酵過程的溶氧變化 發(fā)酵前期發(fā)酵前期（生長期），菌體繁殖迅速，菌體攝氧率增加，醪（生長期），菌體繁殖迅速，菌體攝氧率增加，醪液粘度上升，需氧量增加，溶氧下降。液粘度上升，需氧量增加，溶氧下降。 發(fā)酵中期發(fā)酵中期（靜止期），需氧量在有所減少，菌體和發(fā)酵液粘（靜止期），需氧量在有所減少，菌體和發(fā)酵液粘度均達到峰值；溶氧在較低水平維持一段時間后，開始上升，度均達到峰值；溶氧在較低水平維持一段時間后，開始上升，菌體進入次生代謝物合成期；菌體進入次生代謝物合成期； 發(fā)酵后期發(fā)酵后期，產物大量

28、合成，呼吸強度比較穩(wěn)定，溶氧增加，產物大量合成，呼吸強度比較穩(wěn)定，溶氧增加，若此時補糖，可降低溶氧，否則，菌體衰老，菌體進入自溶若此時補糖，可降低溶氧，否則，菌體衰老，菌體進入自溶階段。階段。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 發(fā)酵過程中有時會發(fā)生溶氧異常情況（異常下降或發(fā)酵過程中有時會發(fā)生溶氧異常情況（異常下降或升高）升高） 異常下降原因可能有異常下降原因可能有：污染好氧菌；或菌體向好氧：污染好氧菌；或菌體向好氧代謝途徑遷移，或供氧設備發(fā)生故障等。代謝途徑遷移，或供氧設備發(fā)生故障等。 異常上升原因可能有異常上升原因可能有：污染噬菌體，菌體完全北裂：污染噬菌體，菌體完全北裂解；或菌體向厭氧代謝途徑

29、遷移解；或菌體向厭氧代謝途徑遷移發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備3. 溶氧的控制溶氧的控制 溶氧濃度的控制可從供氧和需氧兩方面著手，其中供氧時主溶氧濃度的控制可從供氧和需氧兩方面著手，其中供氧時主要的：要的： 需氧方面需氧方面：需氧量手菌體濃度，基質濃度和種類，培養(yǎng)條件需氧量手菌體濃度，基質濃度和種類，培養(yǎng)條件有關。有關。 供氧方面供氧方面：提高氧的傳遞推動力和液相體積氧的傳遞系數(shù)；：提高氧的傳遞推動力和液相體積氧的傳遞系數(shù)；生產中常采用加大通氣速率，或提高攪拌轉速，或適當增加生產中常采用加大通氣速率，或提高攪拌轉速，或適當增加罐壓；罐壓；發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 通氣通氣可以供給大量的氧

30、：通氣量與菌種、培養(yǎng)基性質、可以供給大量的氧：通氣量與菌種、培養(yǎng)基性質、培養(yǎng)階段有關。培養(yǎng)階段有關。 通氣量的多少，最好按氧溶解的多少來決定。只有氧溶通氣量的多少，最好按氧溶解的多少來決定。只有氧溶解的速度大于菌體的吸氧量時，菌體才能正常地生長和解的速度大于菌體的吸氧量時，菌體才能正常地生長和合成酶。因此隨著菌體繁殖，呼吸增強，必須按菌體的合成酶。因此隨著菌體繁殖，呼吸增強，必須按菌體的吸氧量加大通氣量，以增加溶解氧的量。吸氧量加大通氣量，以增加溶解氧的量。 攪拌攪拌則能使新鮮氧氣更好地與培養(yǎng)液混合，保證氧的最則能使新鮮氧氣更好地與培養(yǎng)液混合，保證氧的最大限度溶解，并且攪拌有利于熱交換，使培養(yǎng)

31、液的溫度大限度溶解，并且攪拌有利于熱交換，使培養(yǎng)液的溫度一致，還有利于營養(yǎng)物質和代謝物的分散。一致，還有利于營養(yǎng)物質和代謝物的分散。 此外，此外，擋板擋板則有助于攪拌，發(fā)酵液為湍流狀態(tài)，使其效則有助于攪拌，發(fā)酵液為湍流狀態(tài)，使其效果更好。果更好。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 罐壓罐壓方面，一般來說，若培養(yǎng)罐深，攪拌轉速大，通方面，一般來說，若培養(yǎng)罐深，攪拌轉速大，通氣管開孔小或多，氣泡在培養(yǎng)液內停留時間就長，氧氣管開孔小或多，氣泡在培養(yǎng)液內停留時間就長，氧的溶解速度就大，而且在這些因素確定下，培養(yǎng)基的的溶解速度就大，而且在這些因素確定下，培養(yǎng)基的粘度越小，氧的溶解速度也越大。粘度越小，氧的溶

32、解速度也越大。 攪拌可以提高通氣效果，但是過度地劇烈攪拌會導致攪拌可以提高通氣效果，但是過度地劇烈攪拌會導致培養(yǎng)液大量涌泡，容易增加雜菌污染的機會，液膜表培養(yǎng)液大量涌泡，容易增加雜菌污染的機會，液膜表層的酶容易氧化變性，微生物細胞也不宜劇烈攪拌。層的酶容易氧化變性，微生物細胞也不宜劇烈攪拌。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備三三 、pH對發(fā)酵對發(fā)酵的影響及其控制的影響及其控制發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的pH值是微生物在一定環(huán)值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動的綜合指標，是一項重要境條件下代謝活動的綜合指標，是一項重要的發(fā)酵參數(shù)。它對菌體的生長和產品的積累的發(fā)

33、酵參數(shù)。它對菌體的生長和產品的積累有很大的影響。因此，必須掌握發(fā)酵過程中有很大的影響。因此，必須掌握發(fā)酵過程中pH的變化規(guī)律，及時監(jiān)測并加以控制，使它的變化規(guī)律，及時監(jiān)測并加以控制，使它處于最佳的狀態(tài)。盡管多數(shù)微生物能在處于最佳的狀態(tài)。盡管多數(shù)微生物能在34個個pH單位的單位的pH范圍內生長，但是在發(fā)酵工范圍內生長，但是在發(fā)酵工藝中，為了達到高生長速率和最佳產物形成，藝中，為了達到高生長速率和最佳產物形成，必須使必須使pH在很窄的范圍內保持恒定。在很窄的范圍內保持恒定。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 1. pH對發(fā)酵的影響對發(fā)酵的影響 培養(yǎng)基中的培養(yǎng)基中的pH值與微生物生命活動有著密切關系，各

34、種微值與微生物生命活動有著密切關系，各種微生物有其可以生長的和最適生長和最適生產的生物有其可以生長的和最適生長和最適生產的pH范圍。一范圍。一般微生物的最適生長般微生物的最適生長pH范圍為：范圍為： 細菌：細菌：pH6.57.5 放線菌：放線菌：pH7.58.5 酵母菌：酵母菌：pH3.86.0 霉菌：霉菌：pH4.05.8 藻類：藻類：pH6.07.0 原生動物：原生動物：pH6.08.0發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（1）pH影響酶的活性。當影響酶的活性。當pH值抑制菌體某些酶的值抑制菌體某些酶的活性時使菌的新陳代謝受阻活性時使菌的新陳代謝受阻（2）pH值影響微生物細胞膜所帶電荷的改變，從

35、而值影響微生物細胞膜所帶電荷的改變，從而改變細胞膜的透性，影響微生物對營養(yǎng)物質的吸收及改變細胞膜的透性，影響微生物對營養(yǎng)物質的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進行代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進行 （3）pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離，值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離，從而影響微生物對這些物質的利用從而影響微生物對這些物質的利用 （4 4）pHpH影響代謝方向影響代謝方向 pHpH不同，往往引起菌體代謝過程不同，使代謝產物的不同，往往引起菌體代謝過程不同，使代謝產物的質量和比例發(fā)生改變。例如黑曲霉在質量和比例發(fā)生改變。例如黑曲霉在pH2-3pH2-3時發(fā)酵產生時發(fā)酵產

36、生檸檬酸，在檸檬酸，在pHpH近中性時，則產生草酸。近中性時，則產生草酸。谷氨酸發(fā)酵，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在谷氨酸發(fā)酵，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-N-乙酰谷氨酰胺乙酰谷氨酰胺發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備(5)pH(5)pH在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響 生長合成pH對菌體生長影響比產物合成影響小對菌體生長影響比產物合成影響小例例 青霉素：菌體生長最適青霉素：菌體生長最適pH3.56.0,產物合成最適產物合成最適pH7.27.4 四環(huán)素：菌體生長最適四環(huán)素：菌體生長最適pH

37、6.06.8，產物合成最適，產物合成最適pH5.86.0XpH四環(huán)素四環(huán)素發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 pH值過高、過低都會影響微生物的生長繁殖以及值過高、過低都會影響微生物的生長繁殖以及代謝產物的積累。代謝產物的積累。 控制控制pH值不但可以保證微生物良好的生長，而且值不但可以保證微生物良好的生長，而且可以防止雜菌的污染。在發(fā)酵工業(yè)中，維持適宜的可以防止雜菌的污染。在發(fā)酵工業(yè)中，維持適宜的pH已成為生產成敗的關鍵因素之一。已成為生產成敗的關鍵因素之一。 發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備2. pH的變化的變化 發(fā)酵過程中，發(fā)酵過程中，pH的變化與菌種、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條的變化與菌種、培養(yǎng)基的

38、成分和培養(yǎng)條件有關。件有關。 微生物通過其活動也能改變環(huán)境的微生物通過其活動也能改變環(huán)境的pH值，菌體本身具有值，菌體本身具有調節(jié)周圍調節(jié)周圍pH 的能力。的能力。 如某些產物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液如某些產物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。如有變化。如有機酸類產生使機酸類產生使pH下降，紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗下降，紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使生素呈堿性，使pH上升上升 菌體自溶，菌體自溶，pH上升，發(fā)酵后期，上升，發(fā)酵后期，pH上升。上升。 發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 培養(yǎng)基培養(yǎng)基pH在發(fā)酵過程中能被菌體代謝所改變。若在發(fā)酵過程中能被菌體代謝所改變。若陰離子陰離

39、子(如醋酸根、磷酸根如醋酸根、磷酸根)被吸收或氮源被利用被吸收或氮源被利用后產生后產生NH3 ，則，則pH上升；陽離子上升；陽離子(如如NH4、K+ )被被吸收或有機酸的積累，使吸收或有機酸的積累，使pH下降。下降。 一般來說，高碳源培養(yǎng)基傾向于向酸性一般來說，高碳源培養(yǎng)基傾向于向酸性pH轉移，轉移，高氮源培養(yǎng)基傾向于向堿性高氮源培養(yǎng)基傾向于向堿性pH轉移，這都跟碳轉移，這都跟碳氮比直接有關。氮比直接有關。 發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備引起引起pH下降的因素下降的因素 v（1）碳源過量）碳源過量v（2）消泡油添加過量）消泡油添加過量v（3）生理酸性物質的存在）生理酸性物質的存在 發(fā)酵與釀造工

40、程學基礎及主要設備引起引起pH上升的因素上升的因素v（1）氮源過多）氮源過多v（2）生理堿性物質的存在）生理堿性物質的存在v（3）中間補料，堿性物質添加過多）中間補料，堿性物質添加過多發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備3. 發(fā)酵發(fā)酵pH的確定和控制的確定和控制（1）根據(jù)實驗確定最佳發(fā)酵）根據(jù)實驗確定最佳發(fā)酵pH，單因素測試法，正交試驗。，單因素測試法，正交試驗。（2）根據(jù)不同菌種的生理特性，確定不同的最適根據(jù)不同菌種的生理特性，確定不同的最適pH 。同一同一菌種根據(jù)不同階段，生長期采用最適生長的菌種根據(jù)不同階段，生長期采用最適生長的pH， 在產物采在產物采用最適產物合成的用最適產物合成的pH。（3

41、）pH的控制，可考慮培養(yǎng)基成分的生理酸性鹽和生理堿性的控制，可考慮培養(yǎng)基成分的生理酸性鹽和生理堿性鹽的緩沖作用；生產中常用補加酸堿來控制，如氨水，尿素，鹽的緩沖作用；生產中常用補加酸堿來控制，如氨水，尿素，硫酸銨等。硫酸銨等。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備4.pH的控制的控制v在發(fā)酵過程中可通過以下方式來控制在發(fā)酵過程中可通過以下方式來控制pHv（1）調節(jié)基礎培養(yǎng)基的配方）調節(jié)基礎培養(yǎng)基的配方v（2）調節(jié)碳氮比（）調節(jié)碳氮比（C/N）v（3）添加緩沖劑）添加緩沖劑(碳酸鈣和磷酸鹽碳酸鈣和磷酸鹽)v（4）補料控制）補料控制v（5）直接加酸加堿）直接加酸加堿(過去流加硫酸或氫氧化鈉，過去流加硫酸或

42、氫氧化鈉， 現(xiàn)采用補加氨水、尿素、硫酸銨現(xiàn)采用補加氨水、尿素、硫酸銨 )v（6）補加碳源或氮源）補加碳源或氮源v（7）生理酸性物質和生理堿性物質比例合適）生理酸性物質和生理堿性物質比例合適發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備pH的控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)pH電極電極設定設定控制器控制器調節(jié)閥調節(jié)閥6.5pHUncontrolledControlled經(jīng)消毒的pH電極裝入發(fā)酵罐內定時直接測定培養(yǎng)基的pH，同時還可以與控制儀表連結，通過回路系統(tǒng)控制閥門或泵進行pH調節(jié)。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備四四 、二氧化碳的影響及其控制、二氧化碳的影響及其控制發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 1. 二氧化碳的來源和影響

43、二氧化碳的來源和影響 二氧化碳是微生物在生長繁殖過程中的代謝廢物，也是某二氧化碳是微生物在生長繁殖過程中的代謝廢物，也是某些合成代謝的基質，對微生物生長和發(fā)酵具有刺激或抑制些合成代謝的基質，對微生物生長和發(fā)酵具有刺激或抑制作用；作用； （1）二氧化碳效應：）二氧化碳效應：一些細菌發(fā)芽的孢子在開始生長時，一些細菌發(fā)芽的孢子在開始生長時，需氧一定濃度二氧化碳才能生長良好的現(xiàn)象，如環(huán)狀芽孢需氧一定濃度二氧化碳才能生長良好的現(xiàn)象，如環(huán)狀芽孢桿菌桿菌 （2）二氧化碳抑制作用：）二氧化碳抑制作用： 例如影響菌絲形態(tài)例如影響菌絲形態(tài) CO2濃度為濃度為08時，產黃青霉呈絲狀，時，產黃青霉呈絲狀， CO2濃度

44、為濃度為1522時，產黃青霉絲粗短，時，產黃青霉絲粗短， CO2分壓為分壓為0.08105Pa時，產黃青霉呈球狀，合成受阻時，產黃青霉呈球狀，合成受阻發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（3）二氧化碳對細胞的作用機制）二氧化碳對細胞的作用機制v CO2及及HCO3-影響細胞膜的結構，影響細胞膜的結構， CO2影響細胞影響細胞膜的脂質核心部位，影響細胞膜的膜蛋白，膜的脂質核心部位，影響細胞膜的膜蛋白， HCO3-膜的流動性和表面電荷密度發(fā)生改變，基質運輸受膜的流動性和表面電荷密度發(fā)生改變，基質運輸受阻；阻；v CO2對降低對降低pH，或發(fā)生化學沉淀反應，或發(fā)生化學沉淀反應v 反饋抑制某些前體物質的合成

45、反饋抑制某些前體物質的合成發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備2. 二氧化碳濃度的控制二氧化碳濃度的控制v在相同條件下，二氧化碳的溶解度是氧的在相同條件下，二氧化碳的溶解度是氧的30倍，二氧化碳的倍，二氧化碳的濃度同樣受呼吸強度，發(fā)酵液的流變學性質。通氣攪拌，外濃度同樣受呼吸強度，發(fā)酵液的流變學性質。通氣攪拌，外界壓力的影響，界壓力的影響，v控制方法可采用加大通氣速率，或提高攪拌轉速，或適當增控制方法可采用加大通氣速率，或提高攪拌轉速，或適當增加罐壓；加罐壓；v增加通氣速率，可增加溶氧濃度，降低二氧化碳濃度；增加通氣速率，可增加溶氧濃度，降低二氧化碳濃度；v增加罐壓或提高攪拌速率有利于溶氧提高，同時

46、也使二氧化增加罐壓或提高攪拌速率有利于溶氧提高，同時也使二氧化碳濃度增加。碳濃度增加。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備五五 、 基質的影響及其控制基質的影響及其控制發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v基質即培養(yǎng)微生物的營養(yǎng)物質，供微生物生長繁基質即培養(yǎng)微生物的營養(yǎng)物質，供微生物生長繁殖和生物合成各種代謝產物所需要的按一定比例殖和生物合成各種代謝產物所需要的按一定比例配制的多種營養(yǎng)物質混合物。配制的多種營養(yǎng)物質混合物。v基質的種類和濃度與發(fā)酵代謝有著密切關系，控基質的種類和濃度與發(fā)酵代謝有著密切關系，控制基質的種類和濃度是提高代謝產物的重要方法。制基質的種類和濃度是提高代謝產物的重要方法。發(fā)酵與釀造工

47、程學基礎及主要設備v1. 碳源的種類和濃度碳源的種類和濃度v快速利用碳源快速利用碳源能迅速參與代謝、菌體繁殖、產生能能迅速參與代謝、菌體繁殖、產生能量，并產生分解代謝產物（如丙酮酸），有利于菌量，并產生分解代謝產物（如丙酮酸），有利于菌體生長。體生長。v緩慢利用碳源緩慢利用碳源多為聚合物，為菌體緩慢利用，有利多為聚合物，為菌體緩慢利用，有利于延長產物合成，特別有利于延長抗生素發(fā)酵的分于延長產物合成，特別有利于延長抗生素發(fā)酵的分泌期，泌期，v乳糖（青霉素發(fā)酵），蔗糖（頭孢菌素乳糖（青霉素發(fā)酵），蔗糖（頭孢菌素C發(fā)酵），發(fā)酵），麥芽糖（鹽霉素發(fā)酵），玉米油（核黃素發(fā)酵），麥芽糖（鹽霉素發(fā)酵），玉米

48、油（核黃素發(fā)酵），半乳糖（生物堿堿發(fā)酵）。半乳糖（生物堿堿發(fā)酵）。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備糖對青霉素生物合成的影響糖對青霉素生物合成的影響v糖的緩慢利用是青糖的緩慢利用是青霉素合成的關鍵因霉素合成的關鍵因素，緩慢滴加葡萄素，緩慢滴加葡萄糖可以代替乳糖，糖可以代替乳糖，這里的乳糖是青霉這里的乳糖是青霉素合成緩慢利用碳素合成緩慢利用碳源，并非前體物質。源，并非前體物質。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v生產實踐中生產實踐中，通過動力學研究方法，通過動力學研究方法或經(jīng)驗性方法或經(jīng)驗性方法 確定補糖時間，補糖確定補糖時間，補糖量，補糖方式，提高產率；通常采量，補糖方式，提高產率；通常采用快速利用碳

49、源和緩慢利用碳源混用快速利用碳源和緩慢利用碳源混合碳源。合碳源。 發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備2. 氮源的影響和控制氮源的影響和控制v氮源構成微生物細胞和代謝產物中氮素的營養(yǎng)物氮源構成微生物細胞和代謝產物中氮素的營養(yǎng)物質，可補充碳源，是發(fā)酵的主要原料之一。也有質，可補充碳源，是發(fā)酵的主要原料之一。也有快速利用氮源和緩慢利用氮源?？焖倮玫春途徛玫?。v緩慢利用氮源：緩慢利用氮源：主要為有機氮源，黃豆餅粉，玉主要為有機氮源，黃豆餅粉，玉米漿，棉籽餅粉，蛋白胨，酵母粉，魚粉，菌絲米漿，棉籽餅粉，蛋白胨，酵母粉，魚粉，菌絲體，酒糟體，酒糟。具有延長次級代謝產物分泌期，提高具有延長次級代謝產物

50、分泌期，提高產量的作用。產量的作用。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備v快速利用氮源：快速利用氮源：主要為無機氮源，氨水，硫酸銨，氯化銨，主要為無機氮源，氨水，硫酸銨，氯化銨，硝酸鹽，具有調節(jié)硝酸鹽，具有調節(jié)pH值的作用；速效氮源容易被菌體吸收值的作用；速效氮源容易被菌體吸收利用，促進菌體生長，但對產物合成具有調節(jié)作用，影響利用，促進菌體生長，但對產物合成具有調節(jié)作用，影響產量。產量。v生產上發(fā)酵培養(yǎng)基一般選用含有快速和慢速利用混合氮源，生產上發(fā)酵培養(yǎng)基一般選用含有快速和慢速利用混合氮源，如鏈霉素發(fā)酵采用硫酸銨和黃豆餅粉。方法有：如鏈霉素發(fā)酵采用硫酸銨和黃豆餅粉。方法有：v（1）補加有機氮源，）補

51、加有機氮源，如尿素，既可做氮源也可做如尿素，既可做氮源也可做pH調節(jié)調節(jié)劑。劑。v（2）補加無機氮源，）補加無機氮源，最常用的是氨水和硫酸銨，前者為最常用的是氨水和硫酸銨，前者為堿性，后者為生理酸性鹽。堿性，后者為生理酸性鹽。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備3. 磷酸鹽濃度的影響和控制磷酸鹽濃度的影響和控制v磷磷 是構成核酸，蛋白質等細胞物質的組成成分，是許多輔是構成核酸，蛋白質等細胞物質的組成成分，是許多輔酶和高能磷酸鍵的成分，氧化磷酸化的必需元素。酶和高能磷酸鍵的成分，氧化磷酸化的必需元素。v微生物可生長的磷酸鹽濃度為微生物可生長的磷酸鹽濃度為0.32300mmol/L；v微生物次級代謝合成

52、最高的磷酸鹽濃度為微生物次級代謝合成最高的磷酸鹽濃度為1mmol/L；v金霉素煉霉菌四環(huán)素發(fā)酵最適菌體生長磷濃度金霉素煉霉菌四環(huán)素發(fā)酵最適菌體生長磷濃度6570g/L；最適合成四環(huán)素磷濃度最適合成四環(huán)素磷濃度2530g/L；v青霉素發(fā)酵以青霉素發(fā)酵以0.01磷酸二氫鉀最佳；磷酸二氫鉀最佳；v另外，其他成分也會影響發(fā)酵得率，可根據(jù)各菌種生理特另外，其他成分也會影響發(fā)酵得率，可根據(jù)各菌種生理特性因地制宜的控制。性因地制宜的控制。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備六、六、 泡沫的影響和控制泡沫的影響和控制發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備 泡沫泡沫是發(fā)酵醪液中具有表面活性蛋白類表面活性劑是發(fā)酵醪液中具有表面

53、活性蛋白類表面活性劑物質，在通氣條件下形成的。泡沫是一種膠體體系；物質，在通氣條件下形成的。泡沫是一種膠體體系； 面上泡沫，分布在醪液上面，氣液界面明顯，氣相面上泡沫，分布在醪液上面，氣液界面明顯，氣相比例大；比例大； 面下泡沫，又稱流態(tài)泡沫，分布在醪液中，氣液界面下泡沫，又稱流態(tài)泡沫，分布在醪液中，氣液界面不明顯，體系穩(wěn)定；面不明顯，體系穩(wěn)定；發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（一）泡沫形成的原因（一）泡沫形成的原因1.1.氣液接觸氣液接觸 因為泡沫是氣體在液體中的粗分散體，產生泡沫因為泡沫是氣體在液體中的粗分散體，產生泡沫的首要條件是氣體和液體發(fā)生接觸。而且只有氣的首要條件是氣體和液體發(fā)生接觸

54、。而且只有氣體與液體連續(xù)、充分地接觸才會產生過量的泡沫。體與液體連續(xù)、充分地接觸才會產生過量的泡沫。氣液接觸大致有以下兩類情況：氣液接觸大致有以下兩類情況： （1）氣體從外部進入液體，如攪拌液體時混入氣）氣體從外部進入液體，如攪拌液體時混入氣體體 （2）氣體從液體內部產生。氣體從液體內部產生）氣體從液體內部產生。氣體從液體內部產生時，形成的泡沫一般氣泡較小、較穩(wěn)定。時，形成的泡沫一般氣泡較小、較穩(wěn)定。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備2 2、含助泡劑、含助泡劑在純凈的氣體、純凈的液體之外，必須存在第三種在純凈的氣體、純凈的液體之外，必須存在第三種物質，才能產生氣泡。對純凈液體來說，這第三種物質，才

55、能產生氣泡。對純凈液體來說，這第三種物質是助泡劑。當形成氣泡時，液體中出現(xiàn)氣液界物質是助泡劑。當形成氣泡時，液體中出現(xiàn)氣液界面，這些助泡劑就會形成定向吸附層。與液體親和面，這些助泡劑就會形成定向吸附層。與液體親和性弱的一端朝著氣泡內部，與液體親和性強的一端性弱的一端朝著氣泡內部，與液體親和性強的一端伸向液相，這樣的定向吸附層起到穩(wěn)定泡沫的作用。伸向液相，這樣的定向吸附層起到穩(wěn)定泡沫的作用。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備3 3、起泡速度高于破泡速度、起泡速度高于破泡速度起泡的難易，取決于液體的成分及所經(jīng)受的條件；起泡的難易，取決于液體的成分及所經(jīng)受的條件；破泡的難易取決于氣泡和泡破滅后形成的液滴

56、在表破泡的難易取決于氣泡和泡破滅后形成的液滴在表面自由能上的差別；同時還取決于泡沫破裂過程進面自由能上的差別；同時還取決于泡沫破裂過程進行得多快這一速度因素。行得多快這一速度因素。高起泡的液體，產生的泡沫不一定穩(wěn)定。體系的起高起泡的液體，產生的泡沫不一定穩(wěn)定。體系的起泡程度是起泡難易和泡沫穩(wěn)定性兩個因素的綜合效泡程度是起泡難易和泡沫穩(wěn)定性兩個因素的綜合效果。果。泡沫產生速度小于泡沫破滅速度，則泡沫不斷減少，泡沫產生速度小于泡沫破滅速度，則泡沫不斷減少，最終呈不起泡狀態(tài)；泡沫產生速度等于泡沫破滅速最終呈不起泡狀態(tài)；泡沫產生速度等于泡沫破滅速度，則泡沫數(shù)量將維持在某一平衡狀態(tài)；泡沫產生度，則泡沫數(shù)

57、量將維持在某一平衡狀態(tài)；泡沫產生速度高于泡沫破滅速度，泡沫量將不斷增加。速度高于泡沫破滅速度，泡沫量將不斷增加。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備4 4、發(fā)酵過程泡沫產生的原因、發(fā)酵過程泡沫產生的原因（1）通氣攪拌的強烈程度）通氣攪拌的強烈程度通氣大、攪拌強烈可使泡沫增多，因此在發(fā)酵通氣大、攪拌強烈可使泡沫增多，因此在發(fā)酵前期由于培養(yǎng)基營養(yǎng)成分消耗少，培養(yǎng)基成分前期由于培養(yǎng)基營養(yǎng)成分消耗少，培養(yǎng)基成分豐富，易起泡。應先開小通氣量，再逐步加大。豐富，易起泡。應先開小通氣量，再逐步加大。攪拌轉速也如此。也可在基礎料中加入消泡劑。攪拌轉速也如此。也可在基礎料中加入消泡劑。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（

58、2）培養(yǎng)基配比與原料組成）培養(yǎng)基配比與原料組成培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，黏度大，產生泡沫多而持久，培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，黏度大，產生泡沫多而持久，前期難以攪拌。前期難以攪拌。例：在例：在50L罐中投料罐中投料10L，成分為淀粉水解糖、，成分為淀粉水解糖、豆餅水解液、玉米漿等，攪拌豆餅水解液、玉米漿等，攪拌900 rpm，通氣，通氣，泡沫生成量為培養(yǎng)基的泡沫生成量為培養(yǎng)基的2倍。如培養(yǎng)基適當稀一倍。如培養(yǎng)基適當稀一些，接種量大一些，生長速度快些，前期就容易些，接種量大一些，生長速度快些，前期就容易攪拌。攪拌。 發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（3）菌種、種子質量和接種量）菌種、種子質量和接種量菌種質量好，生長速度

59、快，可溶性氮源較快被菌種質量好，生長速度快，可溶性氮源較快被利用，泡沫產生幾率也就少。菌種生長慢的可利用，泡沫產生幾率也就少。菌種生長慢的可以加大接種量以加大接種量 （4）滅菌質量）滅菌質量培養(yǎng)基滅菌質量不好，糖氮被破壞，抑制微生培養(yǎng)基滅菌質量不好，糖氮被破壞，抑制微生物生長，使種子菌絲自溶，產生大量泡沫，加物生長，使種子菌絲自溶，產生大量泡沫，加消泡劑也無效。消泡劑也無效。發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備（二）泡沫的危害（二）泡沫的危害1 1、降低生產能力、降低生產能力在發(fā)酵罐中，為了容納泡沫，防止溢出而降在發(fā)酵罐中，為了容納泡沫，防止溢出而降低裝量低裝量2 2、引起原料浪費、引起原料浪費如果設備容積不能留有容納泡沫的余地，氣泡如果設備容積不能留有容納泡沫的余地，氣泡會引起原料流失，造成浪費。會引起原料流失，造成浪費。 發(fā)酵與釀造工程學基礎及主要設備3 3、影響菌的呼吸、影響菌的呼吸 如果氣泡穩(wěn)定，不破碎，那么隨著微生物的呼吸，如果氣泡穩(wěn)定，不破碎，那么隨著微生物的呼吸，氣泡中充滿二氧化碳，而且又不能與空氣中氧進氣泡中充滿二氧化碳，而且又不能與空氣中氧進行交換，這樣就影響了菌的呼吸。行交換，這樣就影響了菌的呼吸。