第七章 發(fā)酵過程中工藝參數(shù)的檢測和控制

1、第七章第七章 發(fā)酵過程中工藝參數(shù)的發(fā)酵過程中工藝參數(shù)的檢測和控制檢測和控制發(fā)酵涉及到微生物學(xué)、生物化學(xué)及發(fā)發(fā)酵涉及到微生物學(xué)、生物化學(xué)及發(fā)酵工藝學(xué)知識。要想獲得高產(chǎn)，對生酵工藝學(xué)知識。要想獲得高產(chǎn)，對生產(chǎn)菌的生活規(guī)律要充分了解。除了生產(chǎn)菌的生活規(guī)律要充分了解。除了生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)外，還需要科學(xué)的檢測手段。產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)外，還需要科學(xué)的檢測手段。第第一節(jié)一節(jié) 工業(yè)發(fā)酵的重要類型工業(yè)發(fā)酵的重要類型第二節(jié)第二節(jié) 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)第三節(jié)第三節(jié) 菌體及基質(zhì)濃度對發(fā)酵的菌體及基質(zhì)濃度對發(fā)酵的 影響及影響及控制控制第四節(jié)第四節(jié) 溶氧的濃度對發(fā)酵的影響及控制溶氧的濃度對發(fā)酵的影響及控制第五節(jié)第五節(jié)

2、 pH對發(fā)酵的影響及控制對發(fā)酵的影響及控制第七章第七章發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制第六節(jié)第六節(jié) 溫度對發(fā)酵的影響及控制溫度對發(fā)酵的影響及控制第七節(jié)第七節(jié) 二氧化碳對發(fā)酵的影響及控制二氧化碳對發(fā)酵的影響及控制第八節(jié)第八節(jié) 補(bǔ)料及泡沫對發(fā)酵的影響及控制補(bǔ)料及泡沫對發(fā)酵的影響及控制第九節(jié)第九節(jié) 工業(yè)發(fā)酵染菌的防治工業(yè)發(fā)酵染菌的防治第十節(jié)第十節(jié) 發(fā)酵終點(diǎn)的判斷發(fā)酵終點(diǎn)的判斷第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)發(fā)酵的主要類型工業(yè)發(fā)酵的主要類型一、按投料方式分一、按投料方式分微生物培養(yǎng)有三種方式，微生物培養(yǎng)有三種方式，分批、連續(xù)培分批、連續(xù)培養(yǎng)和分批補(bǔ)料。養(yǎng)和分批補(bǔ)料。二、按菌體生長與產(chǎn)物形成關(guān)系分二、按菌體生長與產(chǎn)物形成關(guān)系

3、分微生物發(fā)酵過程中的動力學(xué)類型微生物發(fā)酵過程中的動力學(xué)類型 類型類型I、類型、類型II、類型、類型III第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)發(fā)酵的主要類型工業(yè)發(fā)酵的主要類型 分批發(fā)酵法分批發(fā)酵法(batch fermentation) 分批發(fā)酵又稱分批培養(yǎng)，發(fā)酵工分批發(fā)酵又稱分批培養(yǎng)，發(fā)酵工業(yè)中常見的分批發(fā)酵方法是采用單罐業(yè)中常見的分批發(fā)酵方法是采用單罐深層分批發(fā)酵法。每一個(gè)分批發(fā)酵過深層分批發(fā)酵法。每一個(gè)分批發(fā)酵過程都經(jīng)歷接種、生長繁殖、菌體衰老程都經(jīng)歷接種、生長繁殖、菌體衰老進(jìn)而結(jié)束發(fā)酵，最終提取出產(chǎn)物。進(jìn)而結(jié)束發(fā)酵，最終提取出產(chǎn)物。 第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)發(fā)酵的主要類型工業(yè)發(fā)酵的主要類型（二）（二） 連續(xù)發(fā)酵

4、法連續(xù)發(fā)酵法(continuous fermentation)在發(fā)酵罐中一方面以一定速度連續(xù)在發(fā)酵罐中一方面以一定速度連續(xù)不斷地流加新鮮液體培養(yǎng)基，另一方面不斷地流加新鮮液體培養(yǎng)基，另一方面又以同樣的速度連續(xù)不斷地將發(fā)酵液排又以同樣的速度連續(xù)不斷地將發(fā)酵液排出，使發(fā)酵罐中的菌體進(jìn)行連續(xù)生長和出，使發(fā)酵罐中的菌體進(jìn)行連續(xù)生長和發(fā)酵。發(fā)酵。 Flash1第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)發(fā)酵的主要類型工業(yè)發(fā)酵的主要類型（三）（三） 補(bǔ)料分批發(fā)酵法補(bǔ)料分批發(fā)酵法(fed-batch fermentation)補(bǔ)料分批發(fā)酵又稱半連續(xù)發(fā)酵，是補(bǔ)料分批發(fā)酵又稱半連續(xù)發(fā)酵，是指在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)指在分批發(fā)酵過

5、程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。與傳統(tǒng)分批加新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。與傳統(tǒng)分批發(fā)酵相比，其優(yōu)點(diǎn)在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維發(fā)酵相比，其優(yōu)點(diǎn)在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。持很低的基質(zhì)濃度。 第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)發(fā)酵的主要類型工業(yè)發(fā)酵的主要類型二、按菌體生長與產(chǎn)物形成關(guān)系分二、按菌體生長與產(chǎn)物形成關(guān)系分微生物發(fā)酵過程中的動力學(xué)類型微生物發(fā)酵過程中的動力學(xué)類型 類型類型I、類型、類型II、類型、類型III 微生物發(fā)酵過程中的動力學(xué)類型微生物發(fā)酵過程中的動力學(xué)類型比速率比速率：是是1克細(xì)胞每小時(shí)形成產(chǎn)克細(xì)胞每小時(shí)形成產(chǎn)物的克數(shù)或每克細(xì)胞每小時(shí)利用物的克數(shù)或每克細(xì)胞每小時(shí)利用糖的克數(shù)（糖的克數(shù)（g/

6、g.h）或每克細(xì)胞）或每克細(xì)胞每小時(shí)繁殖細(xì)胞的克數(shù)。每小時(shí)繁殖細(xì)胞的克數(shù)。類型類型I：菌體的生長、碳源的利用菌體的生長、碳源的利用與產(chǎn)物形成的比速率曲線均有一個(gè)與產(chǎn)物形成的比速率曲線均有一個(gè)高峰，且高峰基本上在相同的時(shí)間高峰，且高峰基本上在相同的時(shí)間出現(xiàn)。如出現(xiàn)。如單細(xì)胞蛋白單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)等。生產(chǎn)等。類型類型II：可粗略的分為兩個(gè)節(jié)段，可粗略的分為兩個(gè)節(jié)段，在發(fā)酵的第一期菌體迅速生長，在發(fā)酵的第一期菌體迅速生長，產(chǎn)物形成很少或全無，在第二個(gè)產(chǎn)物形成很少或全無，在第二個(gè)階段產(chǎn)物高速形成，菌體生長和階段產(chǎn)物高速形成，菌體生長和糖耗也相應(yīng)增加。如糖耗也相應(yīng)增加。如檸檬酸檸檬酸和某和某些些氨基酸氨基酸

7、發(fā)酵。發(fā)酵。類型類型III：生長和產(chǎn)物是來自兩個(gè)代：生長和產(chǎn)物是來自兩個(gè)代謝途徑，而不是來自分解代謝途徑，謝途徑，而不是來自分解代謝途徑，在基質(zhì)消耗和菌體生長之后，菌體利在基質(zhì)消耗和菌體生長之后，菌體利用中間代謝反應(yīng)來形成產(chǎn)物，也就是，用中間代謝反應(yīng)來形成產(chǎn)物，也就是，初級代謝和產(chǎn)物形成是完全分開的，初級代謝和產(chǎn)物形成是完全分開的，如許多如許多抗生素抗生素發(fā)酵。發(fā)酵。 Flash2第第二節(jié)、二節(jié)、 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) 工廠設(shè)備越先進(jìn)，產(chǎn)品附加值越高，檢測的參數(shù)就越工廠設(shè)備越先進(jìn)，產(chǎn)品附加值越高，檢測的參數(shù)就越多。但工廠生產(chǎn)講究越簡單越好。發(fā)酵控制一般分為物多。但工廠生

8、產(chǎn)講究越簡單越好。發(fā)酵控制一般分為物理、化學(xué)、生物三類。理、化學(xué)、生物三類。 一、物理參數(shù)一、物理參數(shù)1 溫度：溫度：最適生長溫度，它與酶反應(yīng)速最適生長溫度，它與酶反應(yīng)速率，氧的溶解、產(chǎn)物合成都有關(guān)。率，氧的溶解、產(chǎn)物合成都有關(guān)。如四如四環(huán)素生產(chǎn)菌在環(huán)素生產(chǎn)菌在30時(shí)合成金霉素，時(shí)合成金霉素，35時(shí)，時(shí)，只產(chǎn)生四環(huán)素，合成方向會改變。只產(chǎn)生四環(huán)素，合成方向會改變。生長生長溫度與合成溫度不同。如青霉素，生長溫度與合成溫度不同。如青霉素，生長30，合成，合成24.7。 2 壓力壓力（Pa，帕斯卡）。，帕斯卡）。 98070Pa=1Kg/cm2 1Mpa 103Kpa =106Pa。 滅菌壓力滅菌壓

9、力 1Kg/cm2=0.11Mpa。 發(fā)酵罐壓一般為發(fā)酵罐壓一般為 0.020.05Mpa。 3攪拌轉(zhuǎn)速攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）。）。 罐體積罐體積 轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速（r/min） 通風(fēng)量（通風(fēng)量（m3/m3. min ） 50L 550 1：0.6 50000L 110 1：0.12一般來說，假如小罐與大罐的幾何相同。但為什么轉(zhuǎn)速會一般來說，假如小罐與大罐的幾何相同。但為什么轉(zhuǎn)速會相差這么大？原因大罐氣液接觸時(shí)間長，氧的溶解率高，相差這么大？原因大罐氣液接觸時(shí)間長，氧的溶解率高，攪拌和通氣均可小些，攪拌和通氣均可小些，一、物理參數(shù)一、物理參數(shù)4攪拌功率攪拌功率（KW）P/VKW/m3生產(chǎn)上：一般用瓦

10、特計(jì)直接測量電動機(jī)的生產(chǎn)上：一般用瓦特計(jì)直接測量電動機(jī)的耗用功率，從中減去各項(xiàng)傳動摩擦所損耗耗用功率，從中減去各項(xiàng)傳動摩擦所損耗的功率。對小罐，誤差較大。用電阻應(yīng)變的功率。對小罐，誤差較大。用電阻應(yīng)變式動力計(jì)測量。式動力計(jì)測量。一、物理參數(shù)5 通氣量通氣量（V/V.min） 氣體流量用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測量。用氣體流量用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測量。用m3/m3.min，指每分鐘每立方米發(fā)酵液通進(jìn)指每分鐘每立方米發(fā)酵液通進(jìn)1立方立方米空氣，米空氣，用用11表示表示。 如檸檬酸如檸檬酸10.15，而青霉素，而青霉素11。6粘度粘度 Pas(秒）秒） Pa= 1N/m m2 2 是細(xì)胞生長和細(xì)胞形態(tài)的一項(xiàng)標(biāo)志，它是細(xì)胞

11、生長和細(xì)胞形態(tài)的一項(xiàng)標(biāo)志，它的大小可改變氧傳遞的阻力，又可表示的大小可改變氧傳遞的阻力，又可表示相對菌體的濃度。相對菌體的濃度。 7濁度：濁度：反映單細(xì)胞生長狀況反映單細(xì)胞生長狀況的參數(shù)。如大腸桿菌，用光密度的參數(shù)。如大腸桿菌，用光密度650nm上檢測或計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)。上檢測或計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)。 8料液流量料液流量（L/min） 這這是控制流體進(jìn)料的參數(shù)。是控制流體進(jìn)料的參數(shù)。二、二、化學(xué)參數(shù)化學(xué)參數(shù)1 PH：發(fā)酵過程中產(chǎn)酸或產(chǎn)堿的發(fā)酵過程中產(chǎn)酸或產(chǎn)堿的生化反應(yīng)的綜合結(jié)果。細(xì)菌是多少？生化反應(yīng)的綜合結(jié)果。細(xì)菌是多少？酵母、霉菌、放線菌？酵母、霉菌、放線菌？ 二、化學(xué)參數(shù)2 基質(zhì)濃度基質(zhì)濃度：指營養(yǎng)成分的

12、濃度，：指營養(yǎng)成分的濃度，發(fā)酵過程中必須定時(shí)測定還原糖，發(fā)酵過程中必須定時(shí)測定還原糖，總糖，磷酸鹽、氮（氨基酸或氨氮）總糖，磷酸鹽、氮（氨基酸或氨氮）等基質(zhì)的濃度。等基質(zhì)的濃度。 二、化學(xué)參數(shù)3 溶解氧濃度溶解氧濃度：mmol/L, mg/L, ppm或用或用%（指飽和濃度的百分?jǐn)?shù)）（指飽和濃度的百分?jǐn)?shù)）表示。利用它的變化可了解生產(chǎn)菌表示。利用它的變化可了解生產(chǎn)菌對氧利用的規(guī)律也能反映發(fā)酵的異對氧利用的規(guī)律也能反映發(fā)酵的異常情況?？蒲猩嫌糜跈z測設(shè)備供氧常情況?？蒲猩嫌糜跈z測設(shè)備供氧能力的指標(biāo)。能力的指標(biāo)。二、化學(xué)參數(shù)5 產(chǎn)物的濃度產(chǎn)物的濃度：ug/ml，生產(chǎn)中，生產(chǎn)中合成期產(chǎn)物的濃度需要測定，

13、如檸合成期產(chǎn)物的濃度需要測定，如檸檬酸生產(chǎn)用檬酸生產(chǎn)用NaOH滴定，抗生素用滴定，抗生素用抑菌圈大小測定。抑菌圈大小測定。二、化學(xué)參數(shù)6 廢氣中氧和二氧化碳的濃度廢氣中氧和二氧化碳的濃度：用順磁氧分析儀測定氧氣的濃度，用順磁氧分析儀測定氧氣的濃度，用紅外二氧化碳分析儀測定二氧化用紅外二氧化碳分析儀測定二氧化碳濃度，如氧氣減少和二氧化碳增碳濃度，如氧氣減少和二氧化碳增加表明是好氧代謝的結(jié)果。加表明是好氧代謝的結(jié)果。三、生物參數(shù)1.菌絲形態(tài)菌絲形態(tài)：觀察菌絲形態(tài)是生產(chǎn)：觀察菌絲形態(tài)是生產(chǎn)中最常用的方法。每隔中最常用的方法。每隔8小時(shí)鏡檢，小時(shí)鏡檢，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常染菌。如青霉素生能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常染菌。

14、如青霉素生產(chǎn)，生產(chǎn)菌生長分為產(chǎn)，生產(chǎn)菌生長分為I.孢子發(fā)芽，孢子發(fā)芽，II.菌絲增殖，菌絲增殖，III.菌絲分枝旺盛，菌絲分枝旺盛，出現(xiàn)脂肪顆粒，出現(xiàn)脂肪顆粒，IV.菌絲生長減緩，菌絲生長減緩，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)小氣泡，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)小氣泡，V.氣泡增大，氣泡增大，顆粒消失，產(chǎn)物形成，顆粒消失，產(chǎn)物形成，VI.氣泡延伸氣泡延伸，菌絲自溶。，菌絲自溶。2. 菌體濃度菌體濃度：測定方法有三種：測定方法有三種：A.濕重法濕重法：量：量100ml發(fā)酵液，進(jìn)行過濾，發(fā)酵液，進(jìn)行過濾，濾后菌體用水洗凈，然后用吸水紙將水分濾后菌體用水洗凈，然后用吸水紙將水分?jǐn)D干，直接稱量。擠干，直接稱量。B.干重法干重法：上述步驟菌絲

15、放：上述步驟菌絲放85烘干烘干至恒重。至恒重。C.體積法體積法：取樣品：取樣品10ml放于刻度離放于刻度離心管內(nèi)，用轉(zhuǎn)速為心管內(nèi)，用轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分離分離10min，計(jì)算計(jì)算%（V/V）。固體原料）。固體原料也在其中，但如培養(yǎng)基組成不變條件也在其中，但如培養(yǎng)基組成不變條件下，具有相對準(zhǔn)確性。下，具有相對準(zhǔn)確性。第三節(jié)第三節(jié) 菌體及基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及菌體及基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及控制控制3.1 菌體濃度菌體濃度對初級產(chǎn)品來說，菌濃愈大，產(chǎn)量愈高，但菌濃對初級產(chǎn)品來說，菌濃愈大，產(chǎn)量愈高，但菌濃符合生長曲線。象檸檬酸生產(chǎn)由糖轉(zhuǎn)化成酸。符合生長曲線。象檸檬酸生產(chǎn)由糖轉(zhuǎn)化成酸。次級產(chǎn)品如菌濃過

16、大，由于代謝產(chǎn)物的積累，會次級產(chǎn)品如菌濃過大，由于代謝產(chǎn)物的積累，會影響產(chǎn)量。因其產(chǎn)品與原料并非對應(yīng)（或底物抑影響產(chǎn)量。因其產(chǎn)品與原料并非對應(yīng)（或底物抑制，分介產(chǎn)物抑制等）。制，分介產(chǎn)物抑制等）。C源源，青霉素生產(chǎn)中葡萄糖和青霉素生產(chǎn)中葡萄糖和乳糖利用。因此工業(yè)上培養(yǎng)基中乳糖利用。因此工業(yè)上培養(yǎng)基中含有迅速和緩慢利用的混合含有迅速和緩慢利用的混合C源。源。如為聚合物，利用緩慢。如為聚合物，利用緩慢。3.2 基質(zhì)濃度基質(zhì)濃度N源源，也有迅速利用和緩慢利用，也有迅速利用和緩慢利用，前者有氨基酸、硫酸銨、尿素和玉前者有氨基酸、硫酸銨、尿素和玉米漿，后者有黃豆餅粉、花生、棉米漿，后者有黃豆餅粉、花生、

17、棉子餅粉等蛋白質(zhì)。前者菌生長快，子餅粉等蛋白質(zhì)。前者菌生長快，但產(chǎn)量低，選用快、慢混合氮源很但產(chǎn)量低，選用快、慢混合氮源很重要。生產(chǎn)上可補(bǔ)加有機(jī)或無機(jī)氮重要。生產(chǎn)上可補(bǔ)加有機(jī)或無機(jī)氮源。源。3.2 基質(zhì)濃度基質(zhì)濃度 磷酸鹽磷酸鹽：P是核酸，許多輔酶，是核酸，許多輔酶，ATP，組，組成部分，成部分，P對微生物生長、代謝有重要作用。對微生物生長、代謝有重要作用。 工業(yè)多以供應(yīng)工業(yè)多以供應(yīng)KH2PO4、K2HPO4為磷源，配為磷源，配料時(shí)，料時(shí)， KH2PO4計(jì)算，每克計(jì)算，每克KH2PO4理論磷含理論磷含量量227毫克，如將其溶在毫克，如將其溶在1L水中，就是水中，就是227ppm。用鏈霉菌生產(chǎn)四

18、環(huán)素時(shí)，菌體生。用鏈霉菌生產(chǎn)四環(huán)素時(shí)，菌體生長最適磷為長最適磷為65-70ppm，合成為，合成為25-30ppm。 測定方法測定方法：磷與鉬酸銨（：磷與鉬酸銨（NH4）2M0O4作用，作用，生成磷鉬酸銨，在酸性條件下，用生成磷鉬酸銨，在酸性條件下，用VC還原，還原，生成鉬藍(lán)，然后比色。生成鉬藍(lán)，然后比色。 3.3基質(zhì)濃度的控制基質(zhì)濃度的控制 分批補(bǔ)料培養(yǎng)（分批補(bǔ)料培養(yǎng)（fed-batch culture,簡稱簡稱FBC），），是指在分批培養(yǎng)過程中，間歇是指在分批培養(yǎng)過程中，間歇和連續(xù)地補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培和連續(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。養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。有報(bào)道四環(huán)素發(fā)酵不

19、有報(bào)道四環(huán)素發(fā)酵不補(bǔ)料的話，培養(yǎng)補(bǔ)料的話，培養(yǎng)72-96h，發(fā)酵單位，發(fā)酵單位5500-7000單位單位/mL，而補(bǔ)糖的批號，發(fā)酵周期，而補(bǔ)糖的批號，發(fā)酵周期延長到延長到120-130h，單位提高到，單位提高到10000-12000u/ml。避免一次投料，菌絲生長過盛。避免一次投料，菌絲生長過盛。延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期，延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期，提高產(chǎn)量。提高產(chǎn)量。v中間補(bǔ)料的機(jī)理中間補(bǔ)料的機(jī)理v FBC的內(nèi)容的內(nèi)容補(bǔ)碳源、氮源（無機(jī)和有機(jī)），如蛋補(bǔ)碳源、氮源（無機(jī)和有機(jī)），如蛋白胨、玉米漿、硫酸銨、尿素。白胨、玉米漿、硫酸銨、尿素。無機(jī)鹽，微量元素，前體和促進(jìn)劑。無機(jī)鹽，微量元素，前體和促

20、進(jìn)劑。補(bǔ)全料和補(bǔ)水，總之視情況不同，補(bǔ)補(bǔ)全料和補(bǔ)水，總之視情況不同，補(bǔ)單項(xiàng)還是全部。單項(xiàng)還是全部。v 補(bǔ)料的時(shí)間和方式補(bǔ)料的時(shí)間和方式補(bǔ)料的補(bǔ)料的時(shí)間時(shí)間很重要，有人研究加糖時(shí)間對四很重要，有人研究加糖時(shí)間對四環(huán)素發(fā)酵單位的影響。環(huán)素發(fā)酵單位的影響。 接種接種 20h 45h 62h 產(chǎn)量產(chǎn)量 6000 u/ml 10000 u/ml 5000 u/ml一般認(rèn)為，過早補(bǔ)糖，可能刺激菌絲生成，一般認(rèn)為，過早補(bǔ)糖，可能刺激菌絲生成，加速糖的利用，過遲補(bǔ)糖，可能菌絲的內(nèi)加速糖的利用，過遲補(bǔ)糖，可能菌絲的內(nèi)在質(zhì)量已受到一定損害，補(bǔ)糖只是干擾代在質(zhì)量已受到一定損害，補(bǔ)糖只是干擾代謝并不能提高產(chǎn)量。謝并不

21、能提高產(chǎn)量。v 補(bǔ)料的時(shí)間和方式補(bǔ)料的時(shí)間和方式補(bǔ)料的方式：補(bǔ)料的方式：小量間隙多次補(bǔ)入。小量間隙多次補(bǔ)入。小量連續(xù)滴加補(bǔ)入。小量連續(xù)滴加補(bǔ)入。大量多次補(bǔ)入或大量少次補(bǔ)入等。大量多次補(bǔ)入或大量少次補(bǔ)入等。補(bǔ)料的實(shí)例補(bǔ)料的實(shí)例: 如慶大霉素生產(chǎn)，大罐如慶大霉素生產(chǎn)，大罐總體積總體積20噸，第一次裝料噸，第一次裝料7噸，接種噸，接種后后15h一次性補(bǔ)一次性補(bǔ)5噸，然后在噸，然后在30-60h中中小量間隙多次小量間隙多次補(bǔ)入補(bǔ)入6噸料（噸料（全料全料），），視生長情況決定是否在視生長情況決定是否在80h補(bǔ)適量水。補(bǔ)適量水?？傊芷诳傊芷?20-130h。一、一、溶氧的濃度對發(fā)酵的影響溶氧的濃度對發(fā)酵的

22、影響 微生物對氧的需求：微生物對氧的需求： 1、 C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量能量 從分子式看出，從分子式看出，180g葡萄糖完全氧化需葡萄糖完全氧化需190克克O2。2、構(gòu)成細(xì)胞成分含有氧，如酵母細(xì)胞元素組成、構(gòu)成細(xì)胞成分含有氧，如酵母細(xì)胞元素組成為為C3.95 N6.5 O1.94。第四節(jié)第四節(jié) 溶氧的濃度對發(fā)酵的影響及控制溶氧的濃度對發(fā)酵的影響及控制 O2在水中的溶解度很低。如在在水中的溶解度很低。如在25，1個(gè)大個(gè)大氣壓下氣壓下O2溶解在水中的量為溶解在水中的量為0.2mmol/L，或，或6.4mg/L。而微生物需氧量。而微生物需氧量2050mmol/L.h，正常情況

23、下，正常情況下，只能維持只能維持2050秒鐘秒鐘,水中氧消耗完。水中氧消耗完。 怎么供氧呢？用純怎么供氧呢？用純O2輸入發(fā)酵罐，效果好，但輸入發(fā)酵罐，效果好，但O2在水中的溶解度較低，大多跑了，成本高，沒在水中的溶解度較低，大多跑了，成本高，沒有實(shí)用價(jià)值。有實(shí)用價(jià)值。返回基本概念：基本概念：1、微生物攝氧率（微生物攝氧率（ ）mmolO2/（L）單位體積培養(yǎng)液每小時(shí)消耗的氧量。單位體積培養(yǎng)液每小時(shí)消耗的氧量。、呼吸強(qiáng)度（呼吸強(qiáng)度（o2）mmolo2/g（干菌體）（干菌體）.h單位重量的干菌體每小時(shí)消耗的氧量。單位重量的干菌體每小時(shí)消耗的氧量。兩者關(guān)系兩者關(guān)系=Qo2.XX發(fā)酵發(fā)酵液中菌體密度（

24、液中菌體密度（ g/L）。）。臨界氧濃度臨界氧濃度3.臨界氧濃度臨界氧濃度：微生物對發(fā)酵液中溶解氧濃度有一個(gè)微生物對發(fā)酵液中溶解氧濃度有一個(gè)最低要求，這個(gè)濃度叫臨界氧濃度。最低要求，這個(gè)濃度叫臨界氧濃度。臨界氧濃度臨界氧濃度不同微生物不同微生物C臨界不同，見下表：臨界不同，見下表： 菌種菌種 溫度溫度. C臨界（臨界（mg/L） 大腸桿菌大腸桿菌 37.8 0.26 酵母菌酵母菌 34.8 0.15 產(chǎn)黃青霉產(chǎn)黃青霉 24 0.7表明青霉菌攝氧率高，發(fā)酵時(shí)空氣通氣量大。表明青霉菌攝氧率高，發(fā)酵時(shí)空氣通氣量大。同一種菌生長不同階段同一種菌生長不同階段C臨界不同。臨界不同。如如幼齡幼齡菌大于菌大于

25、老齡老齡菌菌另外一般生產(chǎn)菌都是：另外一般生產(chǎn)菌都是：生長期生長期大于大于合成期合成期的臨界氧濃度。的臨界氧濃度。 二、氧在液體中的溶解特性二、氧在液體中的溶解特性 飽和濃度：氣體與液體相接觸，氣飽和濃度：氣體與液體相接觸，氣體分子就會溶解于液體之中。經(jīng)過一體分子就會溶解于液體之中。經(jīng)過一段時(shí)間的接觸，氣體分子在氣液兩相段時(shí)間的接觸，氣體分子在氣液兩相中的濃度就會達(dá)到動態(tài)平衡。中的濃度就會達(dá)到動態(tài)平衡。溶解氧的飽和濃度（溶解氧的飽和濃度（C*）的單位可用）的單位可用mmolo2/L、ppm、和、和mg o2/L。 影響氧飽和濃度的主要因素有：影響氧飽和濃度的主要因素有： 二、氧在液體中的溶解特性

26、二、氧在液體中的溶解特性（一）溫度（一）溫度：工業(yè)產(chǎn)品大多是隨著溫度升高，：工業(yè)產(chǎn)品大多是隨著溫度升高，溶解度增加，；利用這個(gè)特點(diǎn)得到晶體。溶解度增加，；利用這個(gè)特點(diǎn)得到晶體。如檸檬酸、葡萄糖等。而如檸檬酸、葡萄糖等。而O2正相反，溫度正相反，溫度增加，增加，C降低。降低。溫度（溫度（）035溶解度溶解度（mmolo2/L）2.181.09（純氧）（純氧）（二）溶液的性質(zhì)：（二）溶液的性質(zhì)：氧氧在不同性質(zhì)的溶液在不同性質(zhì)的溶液中的溶解度是不同的。中的溶解度是不同的。同一種溶液由于其中溶質(zhì)含量不同，氧的溶解度也不同。同一種溶液由于其中溶質(zhì)含量不同，氧的溶解度也不同。鹽酸鹽酸0.5mol1mol2

27、mol1.211.161.12溶質(zhì)含量越高，氧的溶解度就越小。溶質(zhì)含量越高，氧的溶解度就越小。 氧在液體中的溶解特性（三）氧分壓（三）氧分壓； 亨利公式：亨利公式：C*=H-1Po2C*在平衡狀態(tài)下液體中氧的溶解度（在平衡狀態(tài)下液體中氧的溶解度（m mol o2/L） Po2氧分壓氧分壓 MPa H亨利常數(shù)亨利常數(shù)MPaL/ mmol o2從公式中可知從公式中可知C*與與Po2成正比成正比。氣相中氧的濃度取決大氣壓。氣相中氧的濃度取決大氣壓和和純氧；純氧；罐壓提高，罐壓提高，Po2提高。提高。C*增大，但不能太高，增大，但不能太高，純氧也可提高。純氧也可提高。利用吸氮裝置，減少空氣中的氮?dú)猓?/p>

28、加利用吸氮裝置，減少空氣中的氮?dú)?，增加氧含量。氧含量?理論上，發(fā)酵過程中：理論上，發(fā)酵過程中：溫度越低，溫度越低，C*越高，越高，溶質(zhì)越稀，溶質(zhì)越稀，C*越高，越高，罐壓越高，罐壓越高，C*越大。越大。但工業(yè)上應(yīng)用都受到限制。但工業(yè)上應(yīng)用都受到限制。三、三、 氧在溶液中的傳遞氧在溶液中的傳遞 N=KLa（C*CL) 式中式中 N氧的傳遞速率，氧的傳遞速率，mmolO2/h； C*溶液中飽和溶氧濃度，溶液中飽和溶氧濃度，mmolO2L； CL溶液主流中的溶氧濃度，溶液主流中的溶氧濃度，mmolO2L； KLa以濃度差為推動力的以濃度差為推動力的氧傳質(zhì)系數(shù)氧傳質(zhì)系數(shù)，1h； a比表面積（單位體積

29、溶液中所含有的氣液接觸面比表面積（單位體積溶液中所含有的氣液接觸面積積m2m3）。因?yàn)椋Ｒ驗(yàn)閍很難測定，所以將很難測定，所以將L當(dāng)成一項(xiàng)，稱當(dāng)成一項(xiàng)，稱為液相體積氧傳遞系數(shù)，為液相體積氧傳遞系數(shù)，1h四、氧的傳遞方程式四、氧的傳遞方程式 N=KLa（C*CL) 雙膜理論：雙膜理論： 是氣體吸收的基本理論：是氣體吸收的基本理論：P空氣中的分壓；空氣中的分壓；Pi界面處氧分壓；界面處氧分壓；PPi稱為推動力（氣相）稱為推動力（氣相）Ci界面處氧的濃度；界面處氧的濃度；CL液相中氧的濃度；液相中氧的濃度；CiCL為液相推動力。為液相推動力。在穩(wěn)定傳質(zhì)過程中通過雙膜的傳氧速率在穩(wěn)定傳質(zhì)過程中通過雙膜

30、的傳氧速率N應(yīng)相等。應(yīng)相等。 N=KGa（PPi）= KLa（CiCL） 由于由于Pi和和Ci無法測量，因此改為無法測量，因此改為 N=KGa（PP*）= KLa（ C*CL） N= KLa（C*CL)五、影響供氧的因素五、影響供氧的因素 氧的傳遞速率氧的傳遞速率N=KLa（C*-CL） 影響氧傳遞推動力的因素：影響氧傳遞推動力的因素：C*-CL1提高提高C*，因素有溫度、溶液、氧分壓，三點(diǎn)都，因素有溫度、溶液、氧分壓，三點(diǎn)都有局限性。在抗生素生產(chǎn)中有時(shí)需要補(bǔ)水，原理有局限性。在抗生素生產(chǎn)中有時(shí)需要補(bǔ)水，原理使溶液稀釋，使溶液稀釋，C*提高。提高。2降低發(fā)酵液中的降低發(fā)酵液中的CL如降低通氣量

31、和攪拌速度可降低如降低通氣量和攪拌速度可降低CL，但發(fā)酵過程，但發(fā)酵過程中發(fā)酵液的中發(fā)酵液的CL不能低于不能低于C臨界，否則就會影響微臨界，否則就會影響微生物的呼吸。生物的呼吸。 影響影響KLa的因素的因素經(jīng)過長時(shí)間的研究和生產(chǎn)實(shí)踐證經(jīng)過長時(shí)間的研究和生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，影響發(fā)酵設(shè)備的實(shí)，影響發(fā)酵設(shè)備的KLa 。主要因素。主要因素有有攪拌效率攪拌效率、空氣流速空氣流速、發(fā)酵液的物發(fā)酵液的物理化學(xué)性質(zhì)理化學(xué)性質(zhì)、泡沫狀態(tài)、空氣分布器、泡沫狀態(tài)、空氣分布器形狀和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)等。形狀和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)等。 （一）攪拌功率對（一）攪拌功率對KLa的影響的影響 （1）攪拌的作用）攪拌的作用 A.把大氣泡打碎把大氣

32、泡打碎，增加氣液兩相的接觸面積，增加氣液兩相的接觸面積， KLa增加；增加； B.降低液膜厚度降低液膜厚度， KLa增加；增加； C.減少菌絲結(jié)團(tuán)減少菌絲結(jié)團(tuán)，減少菌周圍液膜阻力，并，減少菌周圍液膜阻力，并有利于排出廢氣；有利于排出廢氣； 啤酒酵母培養(yǎng)啤酒酵母培養(yǎng)攪拌速度攪拌速度(rmin)KLa攝氧率攝氧率30040576500169720700216864 （二）空氣流速（二）空氣流速KLa與空氣流速（與空氣流速（ V）有關(guān)。有關(guān)。 V增加增加KLa增加。但當(dāng)增加。但當(dāng)V增加到一定值后增加到一定值后KLa便不增加，因存在所謂便不增加，因存在所謂氣泛現(xiàn)象氣泛現(xiàn)象，即，即空氣流速過大時(shí)，氣流形

33、成大氣泡在空氣流速過大時(shí)，氣流形成大氣泡在軸的周圍逸出。軸的周圍逸出。 螺旋槳式攪拌器 圓盤平直葉渦輪攪拌器（三）發(fā)酵液理化性質(zhì)的影響。（三）發(fā)酵液理化性質(zhì)的影響。KLa與粘度成反比。在發(fā)酵過程中，由與粘度成反比。在發(fā)酵過程中，由于粘度變化，而使發(fā)酵液呈多種流變學(xué)于粘度變化，而使發(fā)酵液呈多種流變學(xué)性質(zhì)（液體的湍動性和液膜的阻力）。性質(zhì)（液體的湍動性和液膜的阻力）。一般一般細(xì)菌、酵母細(xì)菌、酵母發(fā)酵液發(fā)酵液粘度為一常數(shù)。粘度為一常數(shù)。放線菌、霉菌放線菌、霉菌粘度不是一個(gè)常數(shù)。粘度不是一個(gè)常數(shù)。復(fù)膜氧電極的原理復(fù)膜氧電極的原理 溶氧電極可以看作是一種電解電池，它有兩只具有不同溶氧電極可以看作是一種電

34、解電池，它有兩只具有不同電性的電極，一只是銀絲電性的電極，一只是銀絲做成的做成的陰極陰極，另一只是，另一只是鉛鉛皮卷成皮卷成的的陽極陽極。這對電極裝置在兩端開口的細(xì)的玻璃套管內(nèi)，在。這對電極裝置在兩端開口的細(xì)的玻璃套管內(nèi)，在靠近陰極的一端用一種耐熱的、只允許氣體透過而不透過靠近陰極的一端用一種耐熱的、只允許氣體透過而不透過水及離子的半滲透塑料膜覆蓋，形成一個(gè)有一定容積的電水及離子的半滲透塑料膜覆蓋，形成一個(gè)有一定容積的電池，在電池中加入數(shù)毫升的電解質(zhì)溶液（池，在電池中加入數(shù)毫升的電解質(zhì)溶液（5mol HAC0.5mol NaAC十十0.1mol PbAC2）。這就在兩極之間產(chǎn)）。這就在兩極之間

35、產(chǎn)生了一個(gè)電位，使陽極的鉛變成鉛離子生了一個(gè)電位，使陽極的鉛變成鉛離子Pb+進(jìn)入電解質(zhì)進(jìn)入電解質(zhì)溶液，同時(shí)放出的電子在陰極上把透過半透膜進(jìn)入電池的溶液，同時(shí)放出的電子在陰極上把透過半透膜進(jìn)入電池的氧立即還原成氧立即還原成OH（見圖）（見圖） 六、液相中氧的濃度的測定六、液相中氧的濃度的測定陽極的反應(yīng)：陽極的反應(yīng)：Pb Pb+ +2e陰極的反應(yīng)：陰極的反應(yīng)：2e+1/2O2+H2O2 OH- 復(fù)膜氧電極操作：在實(shí)罐滅菌時(shí)將電極復(fù)膜氧電極操作：在實(shí)罐滅菌時(shí)將電極裝入，滅菌后電流表指示為最低值，這裝入，滅菌后電流表指示為最低值，這時(shí)通氣保壓、攪拌、降溫，溶氧時(shí)通氣保壓、攪拌、降溫，溶氧CL會達(dá)會達(dá)到

36、最大值，電流表指示為到最大值，電流表指示為100%。一般在。一般在抗生素生產(chǎn)時(shí)，接種后抗生素生產(chǎn)時(shí)，接種后11個(gè)小時(shí)電流值個(gè)小時(shí)電流值保持一定，保持一定，12小時(shí)后開始下降，小時(shí)后開始下降，43小時(shí)小時(shí)為最低值，隨后電流值便上升。為最低值，隨后電流值便上升。 7.2 發(fā)酵過程中溶氧的變化。發(fā)酵過程中溶氧的變化。 培養(yǎng)基滅菌后，通入無菌空氣，降溫后培養(yǎng)培養(yǎng)基滅菌后，通入無菌空氣，降溫后培養(yǎng)基中的溶解氧達(dá)到基中的溶解氧達(dá)到 ，一般發(fā)酵前，一般發(fā)酵前期隨著微生物攝氧率（期隨著微生物攝氧率（）的不斷上升，溶）的不斷上升，溶氧量出現(xiàn)一個(gè)氧量出現(xiàn)一個(gè) 。經(jīng)過一段時(shí)間平穩(wěn)期。經(jīng)過一段時(shí)間平穩(wěn)期后，便隨之后，

37、便隨之 。返回7.3 溶氧的控制溶氧的控制 菌的生長所需要的氧應(yīng)略高于臨界值。菌的生長所需要的氧應(yīng)略高于臨界值。控制溶氧濃度的方法有控制溶氧濃度的方法有:1.攪拌轉(zhuǎn)速攪拌轉(zhuǎn)速2.進(jìn)氣量進(jìn)氣量3.適當(dāng)降溫、補(bǔ)水和加泡敵適當(dāng)降溫、補(bǔ)水和加泡敵來改善溶氧水平。來改善溶氧水平。第五節(jié)、第五節(jié)、pH對發(fā)酵的影響及其控制對發(fā)酵的影響及其控制5.1pH值對菌生長和代謝產(chǎn)物形成的影響。值對菌生長和代謝產(chǎn)物形成的影響。不同菌生長不同菌生長pH值不同值不同改變發(fā)酵方向改變發(fā)酵方向黑曲霉黑曲霉pH2-3時(shí)產(chǎn)檸檬酸，時(shí)產(chǎn)檸檬酸，pH7時(shí)生成草酸。時(shí)生成草酸。生長和合成生長和合成pH不同不同如鏈霉素產(chǎn)生菌生長的最如鏈霉

38、素產(chǎn)生菌生長的最適適pH為為6.3-6.9，而合成，而合成pH6.7-7.3。改變菌膜電荷。改變菌膜電荷。直接影響酶的活性。直接影響酶的活性。影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的介離。影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的介離。該物質(zhì)都在水中解離，氫離子濃度對這些物質(zhì)該物質(zhì)都在水中解離，氫離子濃度對這些物質(zhì)的解離影響很大，從而影響微生物的營養(yǎng)吸收、的解離影響很大，從而影響微生物的營養(yǎng)吸收、酶的活性等。酶的活性等。pH影響菌生長的機(jī)理？影響菌生長的機(jī)理？（1）調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié) 發(fā)酵過程中由于營養(yǎng)物質(zhì)的分解，發(fā)酵過程中由于營養(yǎng)物質(zhì)的分解，菌的代謝等，菌的代謝等，pH值會發(fā)生變化。調(diào)節(jié)的方值會發(fā)生變化。調(diào)節(jié)

39、的方法有：法有：H2SO4和和NaOH直接控制直接控制用補(bǔ)硫酸銨和氨水控制用補(bǔ)硫酸銨和氨水控制 PH較高時(shí)補(bǔ)加硫較高時(shí)補(bǔ)加硫酸銨。當(dāng)酸銨。當(dāng)pH較低時(shí)補(bǔ)加氨水。較低時(shí)補(bǔ)加氨水。可以通過補(bǔ)加糖或油來調(diào)節(jié)可以通過補(bǔ)加糖或油來調(diào)節(jié)pH（2）控制）控制 最適最適pH在微生物生長和產(chǎn)物形成的關(guān)系中有在微生物生長和產(chǎn)物形成的關(guān)系中有四種情況。比生長速率（四種情況。比生長速率（u）和產(chǎn)物比生產(chǎn)）和產(chǎn)物比生產(chǎn)速率（速率（Qp）最適）最適pH范圍較寬，范圍較寬，生產(chǎn)較易控制。生產(chǎn)較易控制。u、Qp二者一個(gè)較寬，一個(gè)二者一個(gè)較寬，一個(gè)較窄。較窄。二者都較窄，二者都較窄，pH又相同。又相同。二者都較窄，二者都較窄，

40、pH又不同。又不同。在發(fā)酵過程中，產(chǎn)熱的因素有生物熱在發(fā)酵過程中，產(chǎn)熱的因素有生物熱(Q生物生物)和攪拌熱和攪拌熱(Q攪拌攪拌)；散熱因素有蒸發(fā)熱；散熱因素有蒸發(fā)熱(Q蒸蒸發(fā)發(fā))、輻射熱、輻射熱(Q輻射輻射)。產(chǎn)生的熱能減去散失。產(chǎn)生的熱能減去散失的熱能，所得的凈熱量就是發(fā)酵熱的熱能，所得的凈熱量就是發(fā)酵熱Q發(fā)酵，發(fā)酵，kJ(m3.h)，即即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。第六節(jié)第六節(jié)溫度對發(fā)酵的影響與控制溫度對發(fā)酵的影響與控制第六節(jié) 溫度對發(fā)酵的影響與控制6.1發(fā)酵熱發(fā)酵熱 發(fā)酵過程中產(chǎn)生的熱能減去散發(fā)酵過程中產(chǎn)生的熱能減去散失的熱能，所得的凈熱量就是發(fā)酵熱。失

41、的熱能，所得的凈熱量就是發(fā)酵熱。生物熱生物熱（Q生物）生物）C6H12O6+12O66CO+6H2O+熱量，除了熱量，除了用于合成外，其余部分則以熱的形式散發(fā)用于合成外，其余部分則以熱的形式散發(fā)出來。對數(shù)生長期產(chǎn)熱量多。熱量的單位出來。對數(shù)生長期產(chǎn)熱量多。熱量的單位（KJ/m3.h)第六節(jié) 溫度對發(fā)酵的影響與控制攪拌熱攪拌熱（Q攪拌）攪拌）液體與攪拌設(shè)備之間的液體與攪拌設(shè)備之間的摩擦產(chǎn)生的熱量。摩擦產(chǎn)生的熱量。Q攪拌攪拌=P/V3600。（KW/m3KJ/Kw.h）3600為熱功當(dāng)量。為熱功當(dāng)量。蒸發(fā)熱蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)）蒸發(fā)） 通氣時(shí)，引通氣時(shí)，引起發(fā)酵液水分的蒸發(fā)被冷空氣和蒸起發(fā)酵液水分的蒸發(fā)

42、被冷空氣和蒸發(fā)水分帶走的熱量叫蒸發(fā)熱。發(fā)水分帶走的熱量叫蒸發(fā)熱。輻射熱輻射熱（Q輻射）輻射） 因發(fā)酵液溫度與罐外因發(fā)酵液溫度與罐外溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過罐體向溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過罐體向外輻射。外輻射。 由于由于Q生物及生物及Q蒸發(fā)在發(fā)酵過程中是隨著蒸發(fā)在發(fā)酵過程中是隨著時(shí)間變化的，因此時(shí)間變化的，因此發(fā)酵熱在整個(gè)過程中也發(fā)酵熱在整個(gè)過程中也隨時(shí)間變化隨時(shí)間變化，發(fā)酵罐操作也需要降溫、加，發(fā)酵罐操作也需要降溫、加溫控制。溫控制。通過測量一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水進(jìn)出通過測量一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水進(jìn)出口溫度，用下式計(jì)算：口溫度，用下式計(jì)算：Q發(fā)酵發(fā)酵=G.c（t1-t

43、2）/V單位單位千卡千卡/m3.hG冷卻水冷卻水c水的比熱水的比熱t(yī)1、t2進(jìn)出的冷卻水溫進(jìn)出的冷卻水溫度（度（）。）。V發(fā)酵液體積（發(fā)酵液體積（m3）一般抗生素發(fā)酵過程中的最大發(fā)酵熱均為一般抗生素發(fā)酵過程中的最大發(fā)酵熱均為3000-5000千卡千卡/立方米立方米.小時(shí)。小時(shí)。6.2 發(fā)酵熱的測定及計(jì)算發(fā)酵熱的測定及計(jì)算 抗生素生產(chǎn)，菌的生長和合成需不同抗生素生產(chǎn)，菌的生長和合成需不同溫度。有人試驗(yàn)青霉素變溫發(fā)酵，起初溫度。有人試驗(yàn)青霉素變溫發(fā)酵，起初5小時(shí)，維持在小時(shí)，維持在30，以后降到，以后降到25培養(yǎng)培養(yǎng)35h，再降到，再降到20培養(yǎng)培養(yǎng)85h，最后又提高，最后又提高到到25，培養(yǎng)，培

44、養(yǎng)40小時(shí)，放罐。青霉素產(chǎn)小時(shí)，放罐。青霉素產(chǎn)量比在量比在25恒溫培養(yǎng)提高恒溫培養(yǎng)提高14.7%。因此。因此生長的溫度和合成的溫度并不一致。生長的溫度和合成的溫度并不一致。6.3 控制溫度的應(yīng)用控制溫度的應(yīng)用 CO2的來源和影響的來源和影響 CO2濃度高對微生物生長不利。濃度高對微生物生長不利。1. 當(dāng)細(xì)胞膜的脂質(zhì)相中的當(dāng)細(xì)胞膜的脂質(zhì)相中的CO2濃度偏高，細(xì)濃度偏高，細(xì)胞膜運(yùn)輸受到阻礙，生長受到抑制胞膜運(yùn)輸受到阻礙，生長受到抑制2.使發(fā)酵液使發(fā)酵液pH降低，影響菌生長和產(chǎn)物合成。降低，影響菌生長和產(chǎn)物合成。 第七節(jié)第七節(jié)CO2的影響及其控制的影響及其控制但某些菌又需要適量的但某些菌又需要適量的

45、CO2 。栽培金針菇菌。栽培金針菇菌最明顯。動物細(xì)胞培養(yǎng)需要最明顯。動物細(xì)胞培養(yǎng)需要CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)箱 。 CO2能合成某些小分子前體物質(zhì)如能合成某些小分子前體物質(zhì)如:丙酮酸丙酮酸+CO2+ATP草酰乙酸草酰乙酸+ADP+Pi。再如脂肪酸生物合成也需，如乙酰再如脂肪酸生物合成也需，如乙酰CoA+CO2 丙二酰丙二酰CoA長鏈脂肪酸。長鏈脂肪酸。8.1 泡沫的性質(zhì)泡沫的性質(zhì)：泡沫是氣體分散在液體中：泡沫是氣體分散在液體中的一種膠體系統(tǒng)，氣泡間被一層液膜隔開的一種膠體系統(tǒng)，氣泡間被一層液膜隔開而彼此不相連通。而彼此不相連通。8.2 泡沫的危害泡沫的危害：造成大量的逃液，而使造成大量的逃液，而使裝料

46、系數(shù)減少裝料系數(shù)減少。泡沫從軸封中滲出，泡沫從軸封中滲出，增加染菌機(jī)會。增加染菌機(jī)會。妨礙菌的呼吸和生長妨礙菌的呼吸和生長，使產(chǎn)量下降。使產(chǎn)量下降。 第八節(jié)、泡沫的影響及其控制第八節(jié)、泡沫的影響及其控制 8.3 泡沫產(chǎn)生的因素：泡沫產(chǎn)生的因素：與高速攪拌及大空氣流量有關(guān)，發(fā)酵時(shí)與高速攪拌及大空氣流量有關(guān)，發(fā)酵時(shí)前期要注意空氣流量，先小后逐步加大前期要注意空氣流量，先小后逐步加大培養(yǎng)基成份有關(guān)：蛋白胨、玉米漿、黃培養(yǎng)基成份有關(guān)：蛋白胨、玉米漿、黃豆餅粉等，高蛋白，易起泡。豆餅粉等，高蛋白，易起泡。菌種不同，如有的生長慢，易起泡。菌種不同，如有的生長慢，易起泡。 8.4 泡沫的消除泡沫的消除： 機(jī)

47、械消沫：在罐內(nèi)裝消沫漿。但作用不大。機(jī)械消沫：在罐內(nèi)裝消沫漿。但作用不大。 化學(xué)消沫：化學(xué)消沫：A.消泡劑有天然油，豆油，菜子油等，它還作為消泡劑有天然油，豆油，菜子油等，它還作為碳源被菌利用。碳源被菌利用。B.高分子物質(zhì)如聚氧乙烯氧丙烯甘油，（高分子物質(zhì)如聚氧乙烯氧丙烯甘油，（GPE）又叫又叫泡敵泡敵。消泡能力比植物油消泡能力比植物油60-80倍強(qiáng)。目前倍強(qiáng)。目前工業(yè)上已取代油。工業(yè)上已取代油。8.5消泡的原理消泡的原理：.泡沫表面層存在著極性的表面活性物質(zhì)，泡沫表面層存在著極性的表面活性物質(zhì)，而形成雙電層時(shí)，可加入另一種有相反電而形成雙電層時(shí)，可加入另一種有相反電荷的表面活性劑，可降低其機(jī)

48、械強(qiáng)度，促荷的表面活性劑，可降低其機(jī)械強(qiáng)度，促使其破裂。使其破裂。 .泡沫表面粘度較大時(shí)，可加入某些分泡沫表面粘度較大時(shí)，可加入某些分子內(nèi)聚力較小的物質(zhì)，以降低其表面粘度子內(nèi)聚力較小的物質(zhì)，以降低其表面粘度而使其破裂。而使其破裂。（一）減少泡沫形成的機(jī)會。（一）減少泡沫形成的機(jī)會。原料配比。補(bǔ)料：如基礎(chǔ)料被抽出一原料配比。補(bǔ)料：如基礎(chǔ)料被抽出一部分蛋白質(zhì)原料，在菌絲長濃后再加入。部分蛋白質(zhì)原料，在菌絲長濃后再加入。滅菌前加滅菌前加.（二）消除已形成的泡沫。（二）消除已形成的泡沫。起泡時(shí)加。加量一般為培養(yǎng)基總體積的起泡時(shí)加。加量一般為培養(yǎng)基總體積的0.02%-0.002%。多加對菌生長不利。多加

49、對菌生長不利。8.6 控制泡沫的方法控制泡沫的方法第九節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)染菌及其防治第九節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)染菌及其防治 所謂所謂發(fā)酵染菌發(fā)酵染菌是指在發(fā)酵過程中，生產(chǎn)是指在發(fā)酵過程中，生產(chǎn)菌以外的其他微生物侵入了發(fā)酵系統(tǒng)，菌以外的其他微生物侵入了發(fā)酵系統(tǒng)，從而造成生產(chǎn)損失。從而造成生產(chǎn)損失。 據(jù)報(bào)道，國內(nèi)的青霉素發(fā)酵染菌率據(jù)報(bào)道，國內(nèi)的青霉素發(fā)酵染菌率2，鏈霉素、紅霉素和四環(huán)素發(fā)酵染菌率鏈霉素、紅霉素和四環(huán)素發(fā)酵染菌率5，谷氨酸發(fā)酵噬菌體感染率谷氨酸發(fā)酵噬菌體感染率12。染。染菌對發(fā)酵生產(chǎn)率、提取率、得率、產(chǎn)品菌對發(fā)酵生產(chǎn)率、提取率、得率、產(chǎn)品質(zhì)量和三廢治理等都有很大的影響。質(zhì)量和三廢治理等都有很大的影響。消

50、耗營養(yǎng)消耗營養(yǎng)成分；成分；分泌某些使抗生素失去活性的物質(zhì)，如分泌某些使抗生素失去活性的物質(zhì)，如青霉素酶能青霉素酶能分解青霉素分解青霉素；分泌代謝產(chǎn)物改變發(fā)酵液的分泌代謝產(chǎn)物改變發(fā)酵液的pH值值，抑，抑制菌種的生產(chǎn)和產(chǎn)物的合成；制菌種的生產(chǎn)和產(chǎn)物的合成；增加發(fā)酵液的粘度造成增加發(fā)酵液的粘度造成過濾困難過濾困難和提取和提取得率下降；得率下降；一、雜菌的危害一、雜菌的危害二、雜菌的檢測二、雜菌的檢測1 1顯微鏡檢查顯微鏡檢查2 2無菌試驗(yàn)法無菌試驗(yàn)法3 3試劑盒檢驗(yàn)法試劑盒檢驗(yàn)法三、染菌發(fā)生的不同時(shí)間對發(fā)酵的影響及處理三、染菌發(fā)生的不同時(shí)間對發(fā)酵的影響及處理 種子培養(yǎng)期染菌種子培養(yǎng)期染菌種子培養(yǎng)主要

51、是種子培養(yǎng)主要是使生產(chǎn)菌生長與繁殖，此時(shí)，微生物菌使生產(chǎn)菌生長與繁殖，此時(shí)，微生物菌體濃度低，培養(yǎng)基的營養(yǎng)十分豐富，比體濃度低，培養(yǎng)基的營養(yǎng)十分豐富，比較容易染菌。若將污染的種子帶入發(fā)酵較容易染菌。若將污染的種子帶入發(fā)酵罐，則危害極大，因此應(yīng)嚴(yán)格控制種子罐，則危害極大，因此應(yīng)嚴(yán)格控制種子染菌的發(fā)生。染菌的發(fā)生。一旦發(fā)現(xiàn)種子受到雜菌的一旦發(fā)現(xiàn)種子受到雜菌的污染，應(yīng)經(jīng)滅菌后棄去污染，應(yīng)經(jīng)滅菌后棄去，并對種子罐、，并對種子罐、管道等進(jìn)行仔細(xì)檢查和徹底滅菌。管道等進(jìn)行仔細(xì)檢查和徹底滅菌。 發(fā)酵前期染菌發(fā)酵前期染菌在發(fā)酵前期，微生在發(fā)酵前期，微生物菌體主要是處于生長、繁殖階段，此物菌體主要是處于生長、繁

52、殖階段，此時(shí)期代謝的產(chǎn)物很少，相對而言這個(gè)時(shí)時(shí)期代謝的產(chǎn)物很少，相對而言這個(gè)時(shí)期也容易染菌，染菌后的雜菌將迅速繁期也容易染菌，染菌后的雜菌將迅速繁殖，與生產(chǎn)菌爭奪培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)，殖，與生產(chǎn)菌爭奪培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)，嚴(yán)重干擾生產(chǎn)菌的正常生長、繁殖及產(chǎn)嚴(yán)重干擾生產(chǎn)菌的正常生長、繁殖及產(chǎn)物的生成。物的生成?？芍匦聹缇?，重新接種可重新滅菌，重新接種 發(fā)酵中期染菌發(fā)酵中期染菌發(fā)酵中期染菌將會發(fā)酵中期染菌將會導(dǎo)致培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)大量消耗，并導(dǎo)致培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)大量消耗，并嚴(yán)重干擾生產(chǎn)菌的代謝，影響產(chǎn)物的生嚴(yán)重干擾生產(chǎn)菌的代謝，影響產(chǎn)物的生成。從目前的情況來看，發(fā)酵中期染菌成。從目前的情況來看，發(fā)酵

53、中期染菌一般較難挽救，危害性較大，在生產(chǎn)過一般較難挽救，危害性較大，在生產(chǎn)過程中應(yīng)盡力做到早發(fā)現(xiàn)，快處理。程中應(yīng)盡力做到早發(fā)現(xiàn)，快處理。 發(fā)酵后期染菌發(fā)酵后期染菌由于在發(fā)酵后期，培由于在發(fā)酵后期，培養(yǎng)基中的糖等營養(yǎng)物質(zhì)已接近耗盡，且養(yǎng)基中的糖等營養(yǎng)物質(zhì)已接近耗盡，且發(fā)酵的產(chǎn)物也已積累較多，如果染菌量發(fā)酵的產(chǎn)物也已積累較多，如果染菌量不太多，對發(fā)酵影響相對來說就要小一不太多，對發(fā)酵影響相對來說就要小一些，些，可繼續(xù)進(jìn)行發(fā)酵，或提前放罐?？衫^續(xù)進(jìn)行發(fā)酵，或提前放罐。四、發(fā)酵染菌原因分析四、發(fā)酵染菌原因分析 染菌的染菌的雜菌種類雜菌種類分析分析若污染的雜菌是耐熱的若污染的雜菌是耐熱的芽孢桿菌芽孢桿菌

54、，可能是，可能是由于培養(yǎng)基或設(shè)備滅菌不徹底、設(shè)備存在由于培養(yǎng)基或設(shè)備滅菌不徹底、設(shè)備存在死角等引起；死角等引起； 若污染的是若污染的是球菌球菌等不耐熱雜菌，可能是由等不耐熱雜菌，可能是由于種子帶菌、空氣過濾效率低、設(shè)備滲漏于種子帶菌、空氣過濾效率低、設(shè)備滲漏和操作問題等引起；和操作問題等引起；發(fā)酵染菌的規(guī)模分析發(fā)酵染菌的規(guī)模分析大批量大批量發(fā)酵罐染菌空氣過濾器介質(zhì)失發(fā)酵罐染菌空氣過濾器介質(zhì)失效等問題；效等問題；部分部分發(fā)酵罐染菌連消系統(tǒng)滅菌不徹底；發(fā)酵罐染菌連消系統(tǒng)滅菌不徹底；也可能是中間補(bǔ)料染菌，也可能是中間補(bǔ)料染菌，個(gè)別個(gè)別發(fā)酵罐連續(xù)染菌發(fā)酵罐連續(xù)染菌大都是由于設(shè)備大都是由于設(shè)備滲漏造成。滲漏造成。 第十節(jié)、發(fā)酵終點(diǎn)的判斷第