第七章發(fā)酵工藝控制課件

1、本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：1、工業(yè)發(fā)酵的主要類型、工業(yè)發(fā)酵的主要類型2、工業(yè)發(fā)酵的主要控制參數(shù)、工業(yè)發(fā)酵的主要控制參數(shù)3、染菌對(duì)發(fā)酵的影響及防治、染菌對(duì)發(fā)酵的影響及防治4、發(fā)酵工藝的放大、發(fā)酵工藝的放大5、發(fā)酵過程的自動(dòng)控制、發(fā)酵過程的自動(dòng)控制本章重點(diǎn)掌握：菌體濃度、基質(zhì)、溶氧、本章重點(diǎn)掌握：菌體濃度、基質(zhì)、溶氧、PH值、溫度、泡沫、值、溫度、泡沫、CO2等參數(shù)對(duì)發(fā)酵的影響。等參數(shù)對(duì)發(fā)酵的影響。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第一節(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 1 1、分批發(fā)酵、分批發(fā)酵(batch fermentation)(batch ferme

2、ntation) 2 2、補(bǔ)料分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵(fed-batch (fed-batch fermentation)fermentation) 3 3、連續(xù)發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵(continuous fermentation)(continuous fermentation)。1、分批發(fā)酵、分批發(fā)酵 概念：概念： 分批發(fā)酵：分批發(fā)酵：指將微生物和營(yíng)養(yǎng)物一次性加入發(fā)酵指將微生物和營(yíng)養(yǎng)物一次性加入發(fā)酵罐中，經(jīng)過培養(yǎng)生長(zhǎng)，最后一次收獲的培養(yǎng)方式，罐中，經(jīng)過培養(yǎng)生長(zhǎng)，最后一次收獲的培養(yǎng)方式，中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排出，沒有物料交換。中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排出，沒有物料交換。 在分批發(fā)酵中，培養(yǎng)基是一次

3、性加入，不再在分批發(fā)酵中，培養(yǎng)基是一次性加入，不再補(bǔ)充，隨著微生物的生長(zhǎng)繁殖活躍，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐補(bǔ)充，隨著微生物的生長(zhǎng)繁殖活躍，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸消耗，有害代謝產(chǎn)物不斷積累，漸消耗，有害代謝產(chǎn)物不斷積累，因此其生長(zhǎng)速因此其生長(zhǎng)速度將隨時(shí)間發(fā)生有規(guī)律性的變化。度將隨時(shí)間發(fā)生有規(guī)律性的變化。遲遲滯滯期期對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)期期恒恒定定期期衰衰亡亡期期時(shí)間時(shí)間細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)分批發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)曲線分批發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)曲線 微生物的生長(zhǎng)曲線微生物的生長(zhǎng)曲線n 延滯期延滯期主要特征：代謝活躍，大量合成細(xì)胞分裂所需的酶類、主要特征：代謝活躍，大量合成細(xì)胞分裂所需的酶類、ATPATP等；體積增大；分裂遲緩。等；體積

4、增大；分裂遲緩。原因：在新的環(huán)境，缺乏分解或催化相關(guān)底物的酶。原因：在新的環(huán)境，缺乏分解或催化相關(guān)底物的酶?？s短延滯期的方法有：縮短延滯期的方法有：增加增加接種量接種量、采用、采用最適種齡最適種齡、選用選用繁殖速度快的菌種繁殖速度快的菌種以及以及盡量保持接種前后所盡量保持接種前后所處的培養(yǎng)基介質(zhì)和條件一致處的培養(yǎng)基介質(zhì)和條件一致、保證培養(yǎng)基適宜的保證培養(yǎng)基適宜的營(yíng)養(yǎng)濃度營(yíng)養(yǎng)濃度?？s短延滯期目的：縮短延滯期目的：縮短發(fā)酵周期、增加產(chǎn)量和避免染縮短發(fā)酵周期、增加產(chǎn)量和避免染菌。菌。n 指數(shù)生長(zhǎng)期指數(shù)生長(zhǎng)期指數(shù)期微生物的生理特征：養(yǎng)分空間充足，排指數(shù)期微生物的生理特征：養(yǎng)分空間充足，排出的代謝廢物濃

5、度還不影響生長(zhǎng)，此期出的代謝廢物濃度還不影響生長(zhǎng)，此期分分裂速度最快、代謝活動(dòng)旺盛、對(duì)環(huán)境變化裂速度最快、代謝活動(dòng)旺盛、對(duì)環(huán)境變化敏感。敏感。作用：作為代謝、生理等研究的好材料和發(fā)酵作用：作為代謝、生理等研究的好材料和發(fā)酵生產(chǎn)中用作生產(chǎn)中用作種子種子的最佳時(shí)期。的最佳時(shí)期。n 穩(wěn)定期穩(wěn)定期特點(diǎn)：特點(diǎn)：新生的細(xì)胞和死亡的細(xì)胞數(shù)目相等、總菌數(shù)新生的細(xì)胞和死亡的細(xì)胞數(shù)目相等、總菌數(shù)達(dá)到最大值、代謝活力鈍化。達(dá)到最大值、代謝活力鈍化。 原因：原因：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的逐漸消耗以及代謝廢物的積營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的逐漸消耗以及代謝廢物的積累抑制了生長(zhǎng)。累抑制了生長(zhǎng)。 功能：功能：產(chǎn)生次生代謝產(chǎn)物（抗生素、生物堿、產(chǎn)生次生代謝

6、產(chǎn)物（抗生素、生物堿、色素等）、芽孢；對(duì)穩(wěn)定期的研究發(fā)展了連續(xù)色素等）、芽孢；對(duì)穩(wěn)定期的研究發(fā)展了連續(xù)發(fā)酵技術(shù)。發(fā)酵技術(shù)。n 衰亡期衰亡期 細(xì)胞死亡率增加，明顯超過新生率，進(jìn)入細(xì)胞死亡率增加，明顯超過新生率，進(jìn)入衰亡期。多數(shù)發(fā)酵在到達(dá)衰亡期前就結(jié)束。衰亡期。多數(shù)發(fā)酵在到達(dá)衰亡期前就結(jié)束。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：活的細(xì)胞數(shù)目以對(duì)數(shù)速率急劇下降、活的細(xì)胞數(shù)目以對(duì)數(shù)速率急劇下降、細(xì)胞裂解或自溶。衰亡期比其它期相對(duì)較細(xì)胞裂解或自溶。衰亡期比其它期相對(duì)較長(zhǎng)。長(zhǎng)。分批發(fā)酵優(yōu)缺點(diǎn)：分批發(fā)酵優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單操作簡(jiǎn)單周期短周期短染菌機(jī)會(huì)少染菌機(jī)會(huì)少產(chǎn)品質(zhì)量易于控制產(chǎn)品質(zhì)量易于控制缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：生產(chǎn)能力不是很高生

7、產(chǎn)能力不是很高 非生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，使得發(fā)酵成本高非生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，使得發(fā)酵成本高二、二、連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵 1. 概念：概念： 微生物培養(yǎng)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)，在發(fā)酵罐微生物培養(yǎng)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)，在發(fā)酵罐中不斷中不斷添加新鮮的培養(yǎng)基添加新鮮的培養(yǎng)基，同時(shí)以相同速度，同時(shí)以相同速度不斷不斷放出代謝物放出代謝物，使微生物細(xì)胞在近似恒定，使微生物細(xì)胞在近似恒定狀態(tài)下生長(zhǎng)的培養(yǎng)方式。狀態(tài)下生長(zhǎng)的培養(yǎng)方式。 2. 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 菌的濃度，產(chǎn)物濃度，限制性基質(zhì)濃度菌的濃度，產(chǎn)物濃度，限制性基質(zhì)濃度均均處于恒定狀態(tài)。處于恒定狀態(tài)。3. 連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :可以維持穩(wěn)定的操作條件，有利于微生物的生

8、長(zhǎng)代可以維持穩(wěn)定的操作條件，有利于微生物的生長(zhǎng)代謝，從而使產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量也相應(yīng)保持穩(wěn)定。謝，從而使產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量也相應(yīng)保持穩(wěn)定。能夠更有效的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工能夠更有效的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工人與病原微生物和毒性產(chǎn)物接觸的機(jī)會(huì)。人與病原微生物和毒性產(chǎn)物接觸的機(jī)會(huì)。 減少設(shè)備清洗、準(zhǔn)備和滅菌等減少設(shè)備清洗、準(zhǔn)備和滅菌等非生產(chǎn)占用時(shí)間，非生產(chǎn)占用時(shí)間，提提高設(shè)備利用率，節(jié)省勞動(dòng)力和工時(shí)。高設(shè)備利用率，節(jié)省勞動(dòng)力和工時(shí)。由于滅菌次數(shù)減少，使測(cè)量?jī)x器探頭的壽命延長(zhǎng)。由于滅菌次數(shù)減少，使測(cè)量?jī)x器探頭的壽命延長(zhǎng)。容易對(duì)過程進(jìn)行優(yōu)化，有效提高發(fā)酵產(chǎn)率。容易對(duì)過程進(jìn)行優(yōu)化，有效提高發(fā)酵

9、產(chǎn)率。缺點(diǎn)缺點(diǎn): 長(zhǎng)期連續(xù)培養(yǎng)會(huì)引起菌種退化，降低產(chǎn)量，長(zhǎng)期連續(xù)培養(yǎng)會(huì)引起菌種退化，降低產(chǎn)量， 發(fā)酵周期長(zhǎng)染菌機(jī)會(huì)增加。發(fā)酵周期長(zhǎng)染菌機(jī)會(huì)增加。對(duì)設(shè)備、儀器及控制器件的技術(shù)要求較高。對(duì)設(shè)備、儀器及控制器件的技術(shù)要求較高。粘性絲狀菌菌體容易附著在器壁上生長(zhǎng)和粘性絲狀菌菌體容易附著在器壁上生長(zhǎng)和在發(fā)酵液中結(jié)團(tuán)，給連續(xù)發(fā)酵操作帶來困在發(fā)酵液中結(jié)團(tuán)，給連續(xù)發(fā)酵操作帶來困難。難。應(yīng)用：應(yīng)用：常用于常用于研究工作中，廢水處理、面包研究工作中，廢水處理、面包酵母、啤酒發(fā)酵等工業(yè)中。酵母、啤酒發(fā)酵等工業(yè)中。三、補(bǔ)料分批培養(yǎng)三、補(bǔ)料分批培養(yǎng)概念：概念：補(bǔ)料分批培養(yǎng)分兩種類型：補(bǔ)料分批培養(yǎng)分兩種類型：?jiǎn)我谎a(bǔ)料分批

10、發(fā)酵：?jiǎn)我谎a(bǔ)料分批發(fā)酵：指在開始時(shí)投入一定數(shù)指在開始時(shí)投入一定數(shù)量的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，到發(fā)酵過程的適當(dāng)時(shí)期，量的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，到發(fā)酵過程的適當(dāng)時(shí)期，開始連續(xù)補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)開始連續(xù)補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基，直到基，直到發(fā)酵液體積達(dá)到發(fā)酵罐最大操作發(fā)酵液體積達(dá)到發(fā)酵罐最大操作容積后停止補(bǔ)料，最后將發(fā)酵液一次性全容積后停止補(bǔ)料，最后將發(fā)酵液一次性全部放出。部放出。反復(fù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)：反復(fù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)：?jiǎn)我谎a(bǔ)料的基礎(chǔ)上，每單一補(bǔ)料的基礎(chǔ)上，每隔一定時(shí)間按一定比例放出一部分發(fā)酵液，隔一定時(shí)間按一定比例放出一部分發(fā)酵液，使發(fā)酵液體積始終不超過發(fā)酵罐的最大容使發(fā)酵液體積始終不超過發(fā)酵罐的最大容積。

11、積。2.2.補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：與分批培養(yǎng)相比與分批培養(yǎng)相比 與連續(xù)培養(yǎng)相比優(yōu)點(diǎn)與連續(xù)培養(yǎng)相比優(yōu)點(diǎn) 二、按菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成關(guān)系分二、按菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成關(guān)系分1 1、生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型、生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)型 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 菌體生長(zhǎng)、基質(zhì)消耗和產(chǎn)物合成大體上菌體生長(zhǎng)、基質(zhì)消耗和產(chǎn)物合成大體上呈正比關(guān)系（菌體生長(zhǎng)、碳源利用和產(chǎn)呈正比關(guān)系（菌體生長(zhǎng)、碳源利用和產(chǎn)物形成幾乎都在相同的時(shí)間出現(xiàn)高峰，物形成幾乎都在相同的時(shí)間出現(xiàn)高峰，即表現(xiàn)出產(chǎn)物形成直接與碳源利用有即表現(xiàn)出產(chǎn)物形成直接與碳源利用有關(guān)）。關(guān)）。如：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白、葡糖酸和酒精發(fā)酵如：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白、葡糖酸和酒精發(fā)酵2 2、生長(zhǎng)部分

12、關(guān)聯(lián)型、生長(zhǎng)部分關(guān)聯(lián)型 產(chǎn)物形成和菌體的生產(chǎn)物形成和菌體的生長(zhǎng)是部分分開的。長(zhǎng)是部分分開的。 菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成是分開的，菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成是分開的，糖分既糖分既供應(yīng)生長(zhǎng)的能量，又充作產(chǎn)物合成的碳供應(yīng)生長(zhǎng)的能量，又充作產(chǎn)物合成的碳源。源。發(fā)酵過程中有兩個(gè)時(shí)期對(duì)糖的利用發(fā)酵過程中有兩個(gè)時(shí)期對(duì)糖的利用最為迅速，一個(gè)是最高生長(zhǎng)時(shí)期，另一最為迅速，一個(gè)是最高生長(zhǎng)時(shí)期，另一個(gè)是最大產(chǎn)物合成時(shí)期。個(gè)是最大產(chǎn)物合成時(shí)期。如：檸檬酸和部分氨基酸發(fā)酵如：檸檬酸和部分氨基酸發(fā)酵3 3、生長(zhǎng)無關(guān)聯(lián)型、生長(zhǎng)無關(guān)聯(lián)型 發(fā)酵過程分兩個(gè)階段發(fā)酵過程分兩個(gè)階段 特征是產(chǎn)物合成與碳源利用無準(zhǔn)量關(guān)系；特征是產(chǎn)物合成與碳源利用無準(zhǔn)

13、量關(guān)系；通常產(chǎn)物合成在菌體生長(zhǎng)停止及底物耗通常產(chǎn)物合成在菌體生長(zhǎng)停止及底物耗完后才開始。完后才開始。如：許多抗生素和色素的發(fā)酵如：許多抗生素和色素的發(fā)酵 第二節(jié)第二節(jié) 工業(yè)發(fā)酵過程的主要工業(yè)發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)控制參數(shù)一、物理參數(shù)一、物理參數(shù)1 1、溫度、溫度與溫度有關(guān)的因素：與溫度有關(guān)的因素：氧在培養(yǎng)液中的溶解度和傳遞速率氧在培養(yǎng)液中的溶解度和傳遞速率菌體生長(zhǎng)速率和產(chǎn)物合成速率菌體生長(zhǎng)速率和產(chǎn)物合成速率測(cè)量工具：測(cè)量工具：鉑電阻或熱敏電阻鉑電阻或熱敏電阻 2、壓力（、壓力（Pa）與壓力高低有關(guān)的因素：與壓力高低有關(guān)的因素：罐壓高低與罐壓高低與氧和氧和CO2CO2在培養(yǎng)液中的溶解度有關(guān)在培養(yǎng)

14、液中的溶解度有關(guān)罐壓一般范圍：罐壓一般范圍： 0.2 0.210105 50.50.510105 5 PaPa測(cè)量測(cè)量工具：工具： 隔膜法壓力表或壓敏電阻壓力表隔膜法壓力表或壓敏電阻壓力表 3、攪拌轉(zhuǎn)速（、攪拌轉(zhuǎn)速（r/min） 影響攪影響攪拌轉(zhuǎn)速的因素：拌轉(zhuǎn)速的因素： 氧和氧和CO2CO2在培養(yǎng)液中的溶解度在培養(yǎng)液中的溶解度 發(fā)酵液的均勻性發(fā)酵液的均勻性測(cè)量工具：測(cè)量工具： 頻率計(jì)數(shù)器或轉(zhuǎn)速表頻率計(jì)數(shù)器或轉(zhuǎn)速表 4、攪拌功率（、攪拌功率（KW） 指每立方米發(fā)酵液所消耗的功率。指每立方米發(fā)酵液所消耗的功率。 5 5、空氣流量（、空氣流量（v v mv v m） 指每分鐘內(nèi)向每單位體積發(fā)酵液通入

15、的空指每分鐘內(nèi)向每單位體積發(fā)酵液通入的空氣體積。氣體積。 空氣流量一般控制在空氣流量一般控制在0.5-1.0 v v mv v m 6 6、黏度（、黏度（Pa.sPa.s） 測(cè)黏度的意義：細(xì)胞生長(zhǎng)活細(xì)胞形態(tài)的測(cè)黏度的意義：細(xì)胞生長(zhǎng)活細(xì)胞形態(tài)的一項(xiàng)標(biāo)志；發(fā)酵罐中菌絲分裂過程情況。一項(xiàng)標(biāo)志；發(fā)酵罐中菌絲分裂過程情況。 測(cè)量工具常用渦輪旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)測(cè)量工具常用渦輪旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)7、料液流量（、料液流量（L/min） 控制流體進(jìn)料的參數(shù)。控制流體進(jìn)料的參數(shù)。二、化學(xué)參數(shù)二、化學(xué)參數(shù)1、pH2、基質(zhì)濃度（、基質(zhì)濃度（g/L或或%）3、溶氧濃度（、溶氧濃度（mmol/L,mg/L）4、氧化還原電位（、氧化還

16、原電位（mv）5、產(chǎn)物的濃度（、產(chǎn)物的濃度（g/ml）6、廢氣中的氧濃度、廢氣中的氧濃度 （Pa）7 7、廢氣中的、廢氣中的CO2CO2濃度（濃度（% %） 三、生物參數(shù)三、生物參數(shù)1 1、菌體形態(tài)、菌體形態(tài) 菌體形態(tài)是衡量種子質(zhì)量、區(qū)分發(fā)酵階段、控菌體形態(tài)是衡量種子質(zhì)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。一。 用顯微鏡觀察菌體形態(tài)用顯微鏡觀察菌體形態(tài) 2 2、菌體濃度、菌體濃度 概念：菌體濃度是指單位體積培養(yǎng)液中菌體的概念：菌體濃度是指單位體積培養(yǎng)液中菌體的含量。含量。 根據(jù)菌體濃度的大小決定適合的補(bǔ)料量和供氧根據(jù)菌體濃度

17、的大小決定適合的補(bǔ)料量和供氧量，同時(shí)可判斷目的產(chǎn)物的產(chǎn)量是否達(dá)到最大量。量，同時(shí)可判斷目的產(chǎn)物的產(chǎn)量是否達(dá)到最大量。一、菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響一、菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響（1 1）菌體濃度大小直接影響產(chǎn)物產(chǎn)率）菌體濃度大小直接影響產(chǎn)物產(chǎn)率 一般說，菌體濃度越大，產(chǎn)物產(chǎn)率越大。一般說，菌體濃度越大，產(chǎn)物產(chǎn)率越大。 但是菌體濃度過大反而有副作用：但是菌體濃度過大反而有副作用：濃度過大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗過快，可能引起濃度過大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗過快，可能引起 發(fā)酵液性質(zhì)明顯改變和有毒代謝產(chǎn)物發(fā)酵液性質(zhì)明顯改變和有毒代謝產(chǎn)物的積累，從而改變了代謝途徑。的積累，從而改變了代謝途徑。 對(duì)于微生物的產(chǎn)物生成與生長(zhǎng)呈部分關(guān)聯(lián)

18、對(duì)于微生物的產(chǎn)物生成與生長(zhǎng)呈部分關(guān)聯(lián)型，如果菌體濃度過大，營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)大部分型，如果菌體濃度過大，營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)大部分用來滿足菌體的生長(zhǎng)，到產(chǎn)物生產(chǎn)期營(yíng)養(yǎng)用來滿足菌體的生長(zhǎng)，到產(chǎn)物生產(chǎn)期營(yíng)養(yǎng)不足導(dǎo)致產(chǎn)率降低。不足導(dǎo)致產(chǎn)率降低。（2 2）濃度對(duì)發(fā)酵液溶解氧的影響）濃度對(duì)發(fā)酵液溶解氧的影響 菌體濃度增加，攝氧率增加，但表觀黏菌體濃度增加，攝氧率增加，但表觀黏度也隨之增加，氧的傳遞速率降低，當(dāng)攝氧度也隨之增加，氧的傳遞速率降低，當(dāng)攝氧速率大于供氧速率時(shí)，溶氧濃度由于不足就速率大于供氧速率時(shí)，溶氧濃度由于不足就會(huì)成為限制因素。會(huì)成為限制因素。 為了獲得最高的生產(chǎn)率，需要采用攝氧速為了獲得最高的生產(chǎn)率，需要采用攝

19、氧速率率OUROUR與傳氧速率與傳氧速率OTROTR相平衡時(shí)的菌體濃度，相平衡時(shí)的菌體濃度，也就是傳氧速率隨菌濃變化的曲線和攝氧速也就是傳氧速率隨菌濃變化的曲線和攝氧速率隨菌濃變化的曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的菌體濃率隨菌濃變化的曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的菌體濃度，即臨界菌體濃度度，即臨界菌體濃度c(X)c(X)臨臨。二、菌體濃度的控制二、菌體濃度的控制 控制菌體濃度的措施：控制菌體濃度的措施： 通過改變通過改變基質(zhì)濃度基質(zhì)濃度及及中間補(bǔ)料控制菌體中間補(bǔ)料控制菌體濃度。濃度。三、發(fā)酵過程菌體濃度的檢測(cè)三、發(fā)酵過程菌體濃度的檢測(cè) 常用的方法有：濁度法、干重法、離心稱常用的方法有：濁度法、干重法、離心稱重法或測(cè)體積

20、法。重法或測(cè)體積法。 濁度法：使用的儀器為分光光度計(jì)濁度法：使用的儀器為分光光度計(jì) 方法：方法：取發(fā)酵液在取發(fā)酵液在420-600nm420-600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定光密度（定光密度（ODOD）值。吸光度要求控制在）值。吸光度要求控制在0.3-0.3-0.50.5范圍內(nèi)，這個(gè)范圍內(nèi)發(fā)酵液濃度與吸光范圍內(nèi)，這個(gè)范圍內(nèi)發(fā)酵液濃度與吸光值正相關(guān)，不在此范圍內(nèi)的要稀釋發(fā)酵液值正相關(guān)，不在此范圍內(nèi)的要稀釋發(fā)酵液。第四節(jié)第四節(jié) 基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響及控制影響及控制一、基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響一、基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響1 1、基質(zhì)濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)的影響、基質(zhì)濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)的影響 菌體比生

21、長(zhǎng)率與基質(zhì)濃度曲線圖為拋物線菌體比生長(zhǎng)率與基質(zhì)濃度曲線圖為拋物線形如下圖。形如下圖。 2 2、基質(zhì)濃度對(duì)產(chǎn)物形成和發(fā)酵液特性的影響、基質(zhì)濃度對(duì)產(chǎn)物形成和發(fā)酵液特性的影響基質(zhì)濃度過濃可能會(huì)導(dǎo)致以下現(xiàn)象：基質(zhì)濃度過濃可能會(huì)導(dǎo)致以下現(xiàn)象：可能會(huì)改變產(chǎn)物的代謝方向或產(chǎn)生產(chǎn)物可能會(huì)改變產(chǎn)物的代謝方向或產(chǎn)生產(chǎn)物合成的阻遏現(xiàn)象；合成的阻遏現(xiàn)象；菌體生長(zhǎng)過旺，發(fā)酵液過于粘稠，菌體菌體生長(zhǎng)過旺，發(fā)酵液過于粘稠，菌體細(xì)胞消耗能量維持生存環(huán)境，用于非生產(chǎn)細(xì)胞消耗能量維持生存環(huán)境，用于非生產(chǎn)能量增加。能量增加。 基質(zhì)濃度過大，使發(fā)酵液黏度過大，從基質(zhì)濃度過大，使發(fā)酵液黏度過大，從而影響溶解氧的傳遞，進(jìn)而影響菌體的生而

22、影響溶解氧的傳遞，進(jìn)而影響菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。二、基質(zhì)濃度的控制二、基質(zhì)濃度的控制 用用中間補(bǔ)料的方法控制中間補(bǔ)料的方法控制基質(zhì)濃度?；|(zhì)濃度。 有效性進(jìn)行中間補(bǔ)料，要做到選擇恰當(dāng)?shù)挠行赃M(jìn)行中間補(bǔ)料，要做到選擇恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)料內(nèi)補(bǔ)料內(nèi)容、補(bǔ)料方式和反饋控制參數(shù)。容、補(bǔ)料方式和反饋控制參數(shù)。 補(bǔ)料內(nèi)容：補(bǔ)料內(nèi)容：指補(bǔ)加的培養(yǎng)基成分。選擇指補(bǔ)加的培養(yǎng)基成分。選擇限制性限制性的的一種或幾種成分加以補(bǔ)充。一種或幾種成分加以補(bǔ)充。 補(bǔ)料方式：補(bǔ)料方式：指補(bǔ)料時(shí)機(jī)和補(bǔ)料順序。指補(bǔ)料時(shí)機(jī)和補(bǔ)料順序。 補(bǔ)料方式分為：分批補(bǔ)加和連續(xù)流加，連續(xù)流加補(bǔ)料方式分為：分批補(bǔ)加和連續(xù)流加，連續(xù)流加又分為等

23、速補(bǔ)料和變速補(bǔ)料等方式。又分為等速補(bǔ)料和變速補(bǔ)料等方式。反饋控制參數(shù)反饋控制參數(shù)：指導(dǎo)補(bǔ)料方式的控制參數(shù)。：指導(dǎo)補(bǔ)料方式的控制參數(shù)。直接反饋控制參數(shù)直接反饋控制參數(shù): :控制碳源、氮源或碳氮比?？刂铺荚础⒌椿蛱嫉?。間接反饋控制參數(shù)：溶氧、間接反饋控制參數(shù)：溶氧、pHpH、呼吸熵、排氣中、呼吸熵、排氣中二氧化碳分壓及代謝物濃度。二氧化碳分壓及代謝物濃度。 第五節(jié)第五節(jié) 溶解氧濃度對(duì)發(fā)酵的溶解氧濃度對(duì)發(fā)酵的影響及控制影響及控制一、溶氧濃度對(duì)發(fā)酵的影響一、溶氧濃度對(duì)發(fā)酵的影響 影響耗氧的因素有以下幾方面：影響耗氧的因素有以下幾方面： 培養(yǎng)基的成分和菌體濃度顯著影響耗培養(yǎng)基的成分和菌體濃度顯著影響

24、耗氧氧 菌齡影響耗氧菌齡影響耗氧 發(fā)酵條件影響耗氧發(fā)酵條件影響耗氧1 1、溶氧濃度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響、溶氧濃度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響 微生物的吸氧量常用微生物的吸氧量常用呼吸強(qiáng)度呼吸強(qiáng)度和和耗氧速耗氧速率率兩種方法來表示。兩種方法來表示。 呼吸強(qiáng)度呼吸強(qiáng)度又稱氧比消耗速率，是指又稱氧比消耗速率，是指單位單位質(zhì)量的干菌體質(zhì)量的干菌體在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的氧在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的氧量，以量，以 QO2表示，單位為表示，單位為mmol O2mmol O2(g(g干菌體干菌體h)h)。 耗氧速率又稱攝氧率耗氧速率又稱攝氧率，是指，是指單位體積培單位體積培養(yǎng)液養(yǎng)液在單位時(shí)間內(nèi)的吸氧量，以在單位時(shí)間內(nèi)的吸氧量，以

25、r r表示，表示，單位為單位為mmol O2mmol O2(Lh)(Lh)。式中式中r r微生物的耗氧速率，微生物的耗氧速率，mmol Ommol O2 2(Lh)(Lh)； 菌體的呼吸強(qiáng)度，菌體的呼吸強(qiáng)度，mmol Ommol O2 2(g(g干菌體干菌體h)h)；X X發(fā)酵液中菌體的濃度，發(fā)酵液中菌體的濃度，g g干菌體干菌體L L。2O(X)rQc2OQ 生長(zhǎng)臨界氧濃度： P95 各種微生物生長(zhǎng)對(duì)發(fā)酵各種微生物生長(zhǎng)對(duì)發(fā)酵液中溶解氧濃度有一個(gè)液中溶解氧濃度有一個(gè)最低要求，這一溶解氧最低要求，這一溶解氧濃度稱為濃度稱為生長(zhǎng)臨界氧濃生長(zhǎng)臨界氧濃度。度。培養(yǎng)過程中不需要培養(yǎng)過程中不需要使溶解氧濃

26、度達(dá)到飽和使溶解氧濃度達(dá)到飽和值。值。一般微生物生長(zhǎng)一般微生物生長(zhǎng)臨界氧濃度臨界氧濃度是是飽和濃度飽和濃度的的1%-30%1%-30%。溶氧濃度高于臨界溶氧濃度時(shí)溶氧濃度高于臨界溶氧濃度時(shí),對(duì)微生物的生長(zhǎng)有利（）。對(duì)微生物的生長(zhǎng)有利（）。判斷判斷臨界氧濃度臨界氧濃度溶氧濃度溶氧濃度2、溶氧濃度對(duì)產(chǎn)物合成的影響、溶氧濃度對(duì)產(chǎn)物合成的影響 產(chǎn)物合成臨界氧濃度：產(chǎn)物合成臨界氧濃度：微生物產(chǎn)物的合成也有微生物產(chǎn)物的合成也有一臨界溶氧濃度，稱為一臨界溶氧濃度，稱為產(chǎn)物合成臨界氧濃度產(chǎn)物合成臨界氧濃度 。 產(chǎn)物的合成也有一產(chǎn)物的合成也有一合適的溶解氧濃度合適的溶解氧濃度，溶溶解氧濃度太高反而會(huì)抑制產(chǎn)物的合

27、成解氧濃度太高反而會(huì)抑制產(chǎn)物的合成。最佳合。最佳合成溶氧濃度可能成溶氧濃度可能低于低于最適最適生長(zhǎng)生長(zhǎng)溶氧濃度溶氧濃度或或生長(zhǎng)生長(zhǎng)臨界氧濃度，臨界氧濃度，也可能高于最適也可能高于最適生長(zhǎng)生長(zhǎng)溶氧濃度溶氧濃度或或生長(zhǎng)生長(zhǎng)臨界氧濃度。臨界氧濃度。 第一類：第一類：有谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸等谷氨酸系氨基酸，有谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸等谷氨酸系氨基酸，它們?cè)谒鼈冊(cè)谌苎鯘舛雀哂诨虻扔谏L(zhǎng)臨界濃度的條件下，溶氧濃度高于或等于生長(zhǎng)臨界濃度的條件下，產(chǎn)量產(chǎn)量才最大，才最大，如果供氧不足，氨基酸合成就會(huì)受到強(qiáng)烈的抑制，如果供氧不足，氨基酸合成就會(huì)受到強(qiáng)烈的抑制，大量積累乳酸和琥珀酸；大量積累乳酸和琥珀酸； 第

28、二類：第二類：包括異亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和天冬氨酸，即包括異亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和天冬氨酸，即天冬氨酸系氨基酸，供氧充足可得最高產(chǎn)量，但天冬氨酸系氨基酸，供氧充足可得最高產(chǎn)量，但供氧受限，供氧受限，產(chǎn)量受影響并不明顯產(chǎn)量受影響并不明顯； 第三類：第三類：有亮氨酸、纈氨酸和苯丙氨酸，僅有亮氨酸、纈氨酸和苯丙氨酸，僅在供氧受限在供氧受限、細(xì)胞呼吸受抑制時(shí)，才能細(xì)胞呼吸受抑制時(shí)，才能獲得最大量的氨基酸獲得最大量的氨基酸，如果供氧，如果供氧充足，產(chǎn)物形成反而受到抑制。充足，產(chǎn)物形成反而受到抑制。 亮氨酸、纈氨酸和苯丙氨酸三種氨基酸最佳合成氧濃度亮氨酸、纈氨酸和苯丙氨酸三種氨基酸最佳合成氧濃度分別為

29、分別為生長(zhǎng)臨界濃度生長(zhǎng)臨界濃度的的0.55倍、倍、0.6倍和倍和0.85倍。倍。 判斷：判斷：在生產(chǎn)中，要保證最高產(chǎn)物產(chǎn)量，在生產(chǎn)中，要保證最高產(chǎn)物產(chǎn)量，供氧時(shí)必須使溶氧濃度大于生長(zhǎng)臨界溶供氧時(shí)必須使溶氧濃度大于生長(zhǎng)臨界溶氧濃度（）。氧濃度（）。 需氧發(fā)酵產(chǎn)物合成是不是溶氧愈高愈好需氧發(fā)酵產(chǎn)物合成是不是溶氧愈高愈好,為什么為什么?舉例說明。舉例說明。問題問題二、發(fā)酵液溶解氧濃度控制二、發(fā)酵液溶解氧濃度控制（一）從供氧方面控制（一）從供氧方面控制氧的氧的傳遞速率傳遞速率總方程式：總方程式： N=KL（C*-CL）式中：式中： N-單位體積培養(yǎng)液中的傳氧速率，單位體積培養(yǎng)液中的傳氧速率，mol/m

30、3s； KL-以濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)（以濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)（m/s) 比表面積（比表面積（m2/m3) KL-以濃度差為推動(dòng)力的體積傳遞系數(shù)，（以濃度差為推動(dòng)力的體積傳遞系數(shù)，（s-1）；）； CL-發(fā)酵液主流中氧的實(shí)際濃度，（發(fā)酵液主流中氧的實(shí)際濃度，（mol/m3）；）； C*-罐中氧分壓下溶液中氧的飽和濃度（罐中氧分壓下溶液中氧的飽和濃度（mol/m3）；）； 很難測(cè)定，很難測(cè)定， KL可作為一項(xiàng)，稱之為可作為一項(xiàng)，稱之為液相體積傳氧系數(shù)液相體積傳氧系數(shù)。 根據(jù)供氧速率公式，凡影響根據(jù)供氧速率公式，凡影響（c*-CL）和）和KL的因素都會(huì)影響氧的的因素都會(huì)影響氧的傳遞速率。

31、傳遞速率。 1、影響影響（c c* *-c-cL L）的因素及控制）的因素及控制 要想增加氧傳遞的推動(dòng)力（要想增加氧傳遞的推動(dòng)力（C C* *C CL L），），就必須設(shè)法就必須設(shè)法提高提高C C* *（氧分壓下溶液中氧的飽氧分壓下溶液中氧的飽和濃度）和濃度），或，或降低降低C CL L（發(fā)酵液主流中氧的實(shí)發(fā)酵液主流中氧的實(shí)際濃度）際濃度）。 （1 1）提高飽和溶氧濃度）提高飽和溶氧濃度C C* *影響因素影響因素C C* *有：有：溫度：溫度：發(fā)酵溫度依據(jù)微生物生理特性而定，不能任意變動(dòng)發(fā)酵溫度依據(jù)微生物生理特性而定，不能任意變動(dòng).溶液的組成溶液的組成：隨濃度降低氧飽和度提高?？赏ㄟ^開始用較

32、：隨濃度降低氧飽和度提高?？赏ㄟ^開始用較稀培養(yǎng)液濃度，然后中間補(bǔ)料的方式，同時(shí)在發(fā)酵中后期，稀培養(yǎng)液濃度，然后中間補(bǔ)料的方式，同時(shí)在發(fā)酵中后期，可通入無菌水降低基質(zhì)黏度來提高溶氧度，可通入無菌水降低基質(zhì)黏度來提高溶氧度，但有局限性。但有局限性。罐壓：罐壓：罐壓增加，溶解氧濃度增加，但罐壓增加，溶解氧濃度增加，但CO2也增加且更快。也增加且更快。不利于液相中不利于液相中CO2排出。對(duì)細(xì)胞滲透壓有不利影響。排出。對(duì)細(xì)胞滲透壓有不利影響。富氧通氣富氧通氣：富氧通氣、溶解氧增加。但生產(chǎn)成本提高，不：富氧通氣、溶解氧增加。但生產(chǎn)成本提高，不夠經(jīng)濟(jì)。夠經(jīng)濟(jì)。（2 2）降低發(fā)酵液中氧的實(shí)際濃度）降低發(fā)酵液中

33、氧的實(shí)際濃度C CL L 降低發(fā)酵液中的降低發(fā)酵液中的C CL L，可采取減少通氣量或，可采取減少通氣量或降低攪拌轉(zhuǎn)速等方式來實(shí)現(xiàn)。但是，降低攪拌轉(zhuǎn)速等方式來實(shí)現(xiàn)。但是，發(fā)酵過程發(fā)酵過程中發(fā)酵液中的中發(fā)酵液中的C CL L不能低于不能低于C C臨界臨界，否則就會(huì)影，否則就會(huì)影響微生物的呼吸。目前發(fā)酵所采用的設(shè)備，其響微生物的呼吸。目前發(fā)酵所采用的設(shè)備，其供氧能力已成為限制許多產(chǎn)物合成的主要因素供氧能力已成為限制許多產(chǎn)物合成的主要因素之一，之一，故此種方法亦不可取。故此種方法亦不可取。2、影響、影響KL的因素及控制措施的因素及控制措施比表面積比表面積 ：氣泡表面積與體積之比，比表面積越大，：氣泡

34、表面積與體積之比，比表面積越大，氧傳遞速率越大。氧傳遞速率越大。所以影響氧傳質(zhì)系數(shù)所以影響氧傳質(zhì)系數(shù)K KL L的主要因素有：的主要因素有：攪拌效率攪拌效率空氣流速空氣流速發(fā)酵液的理化性質(zhì)、發(fā)酵液的理化性質(zhì)、泡沫狀態(tài)泡沫狀態(tài) 空氣分部器形狀和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)等空氣分部器形狀和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)等影響影響KL的因素的因素（1 1）攪拌：）攪拌： 攪拌使汽泡變小，增大汽液相接觸面積，延長(zhǎng)汽泡在攪拌使汽泡變小，增大汽液相接觸面積，延長(zhǎng)汽泡在液體中的停留時(shí)間；液體中的停留時(shí)間；增加湍動(dòng)程度，減小氣泡外液膜厚度，減小阻力，使增加湍動(dòng)程度，減小氣泡外液膜厚度，減小阻力，使K KL L值增大；值增大；攪拌避免結(jié)團(tuán)，使

35、培養(yǎng)基成分和細(xì)胞均勻分布，利于營(yíng)攪拌避免結(jié)團(tuán)，使培養(yǎng)基成分和細(xì)胞均勻分布，利于營(yíng)養(yǎng)物吸收，代謝物擴(kuò)散。養(yǎng)物吸收，代謝物擴(kuò)散。 攪拌比通氣速度對(duì)攪拌比通氣速度對(duì)K KL L的影響更明顯。但攪拌速度過的影響更明顯。但攪拌速度過高，會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷，并會(huì)增加傳熱的負(fù)擔(dān)；高，會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷，并會(huì)增加傳熱的負(fù)擔(dān)； 通氣效率還與罐體積（越小越好）、罐形狀、結(jié)構(gòu)、通氣效率還與罐體積（越小越好）、罐形狀、結(jié)構(gòu)、攪拌器形式、擋板有關(guān)。攪拌器形式、擋板有關(guān)。影響影響KL的因素的因素（2）空氣流量：空氣流量： 供氧，帶走廢氣。供氧，帶走廢氣。 K KL L隨空氣流量增加而隨空氣流量增加而增加，但有限度。增加，但有

36、限度。 如超過限度，攪拌器在空氣泡中空轉(zhuǎn)，不如超過限度，攪拌器在空氣泡中空轉(zhuǎn)，不能分散空氣，攪拌功率下降。氣沿軸逸出。能分散空氣，攪拌功率下降。氣沿軸逸出。 因此，發(fā)酵過程中，應(yīng)控制空氣流量，使攪拌因此，發(fā)酵過程中，應(yīng)控制空氣流量，使攪拌軸附近沒有大的氣泡溢出。軸附近沒有大的氣泡溢出。影響影響KL的因素的因素（3 3）發(fā)酵液的理化性質(zhì)）發(fā)酵液的理化性質(zhì) 理化性質(zhì)對(duì)理化性質(zhì)對(duì)K KL L的影響主要有黏度、泡沫等的影響主要有黏度、泡沫等因素。因素。 黏度黏度 K KL L 氧的溶解速率氧的溶解速率 泡沫：泡沫：發(fā)酵過程中形成的泡沫易于菌體形成發(fā)酵過程中形成的泡沫易于菌體形成穩(wěn)定的乳濁液，阻礙氧的傳

37、遞。穩(wěn)定的乳濁液，阻礙氧的傳遞。 消沫措施：消沫措施：消沫使消沫使K KL L下降（雖使下降（雖使 增大）增大） 加入消沫劑加入消沫劑（過多積累對(duì)菌體有害）（過多積累對(duì)菌體有害） 安裝消沫器安裝消沫器影響影響KL的因素的因素（4 4）空氣分部器和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)）空氣分部器和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 空氣分部器有多孔環(huán)狀和單孔兩種。空氣分部器有多孔環(huán)狀和單孔兩種。 如多孔環(huán)狀分部器直徑大于攪拌器直徑，空如多孔環(huán)狀分部器直徑大于攪拌器直徑，空氣會(huì)沿罐壁溢出，供氧效果差。氣會(huì)沿罐壁溢出，供氧效果差。 空氣流量達(dá)到一定程度后，單孔分部器有優(yōu)空氣流量達(dá)到一定程度后，單孔分部器有優(yōu)勢(shì)，可增強(qiáng)發(fā)酵液的湍動(dòng)程度。勢(shì)，可增強(qiáng)

38、發(fā)酵液的湍動(dòng)程度。（二）從耗氧方面考慮對(duì)發(fā)酵液溶解氧濃度控制（二）從耗氧方面考慮對(duì)發(fā)酵液溶解氧濃度控制 微生物耗氧與微生物的比生長(zhǎng)率呈正相關(guān)，微生物耗氧與微生物的比生長(zhǎng)率呈正相關(guān)，控制微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度，從而控制其對(duì)氧的控制微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度，從而控制其對(duì)氧的需求量。需求量。第四節(jié)中的內(nèi)容第四節(jié)中的內(nèi)容三、發(fā)酵過程中溶解氧的檢測(cè)三、發(fā)酵過程中溶解氧的檢測(cè)（一）發(fā)酵過程中溶解氧檢測(cè)的意義（一）發(fā)酵過程中溶解氧檢測(cè)的意義1、檢測(cè)溶液氧可度量發(fā)酵中氧是否足夠，、檢測(cè)溶液氧可度量發(fā)酵中氧是否足夠，了解微生物耗氧規(guī)律了解微生物耗氧規(guī)律如：如：頭孢霉素頭孢霉素生產(chǎn)中，發(fā)酵初期溶解氧濃度生產(chǎn)中，發(fā)酵初期溶解

39、氧濃度控制在飽和溶解濃度左右，而后期溶解氧控制在飽和溶解濃度左右，而后期溶解氧濃度則控制在飽和濃度的濃度則控制在飽和濃度的10%-29%。 2 2、溶解氧濃度作為發(fā)酵異常情況的指示、溶解氧濃度作為發(fā)酵異常情況的指示溶氧異常下降溶氧異常下降：P98P98原因：原因：污染好氣性雜菌污染好氣性雜菌 菌體代謝發(fā)生異?，F(xiàn)象，需氧量增加菌體代謝發(fā)生異?，F(xiàn)象，需氧量增加 某些設(shè)備或控制工藝發(fā)生故障。某些設(shè)備或控制工藝發(fā)生故障。溶氧異常上升溶氧異常上升：原因：原因：菌體代謝發(fā)生異常，需氧下降菌體代謝發(fā)生異常，需氧下降 污染噬菌體，菌體呼吸受抑制污染噬菌體，菌體呼吸受抑制 在發(fā)酵過程中引起溶氧異常升高或下降可能

40、有在發(fā)酵過程中引起溶氧異常升高或下降可能有哪些原因哪些原因 ?（二）溶解氧（二）溶解氧（DO）檢測(cè)方法）檢測(cè)方法 采用復(fù)膜氧電極測(cè)定法采用復(fù)膜氧電極測(cè)定法 復(fù)膜氧電極有兩種類型：復(fù)膜氧電極有兩種類型： 1、原電池型：銀陰極和鉛陽(yáng)極置于堿性電解、原電池型：銀陰極和鉛陽(yáng)極置于堿性電解質(zhì)中質(zhì)中. 2、極譜型：管狀銀陽(yáng)極、鉑絲陰極、氯化鈉、極譜型：管狀銀陽(yáng)極、鉑絲陰極、氯化鈉電解液和極化電源組成電解液和極化電源組成. 第六節(jié)第六節(jié) pH值對(duì)發(fā)酵的影響及控制值對(duì)發(fā)酵的影響及控制 發(fā)酵液發(fā)酵液pHpH對(duì)菌體生長(zhǎng)、繁殖和產(chǎn)物積累影響較大。生對(duì)菌體生長(zhǎng)、繁殖和產(chǎn)物積累影響較大。生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)和研究。產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)

41、行試驗(yàn)和研究。 菌體生長(zhǎng)、繁殖和產(chǎn)物積累的最適菌體生長(zhǎng)、繁殖和產(chǎn)物積累的最適pHpH不一定相同。不一定相同。 微生物生長(zhǎng)最適微生物生長(zhǎng)最適pH值范圍值范圍 不同的微生物具有不同的最適生長(zhǎng)的不同的微生物具有不同的最適生長(zhǎng)的pHpH值。值。 細(xì)菌細(xì)菌6.5-7.56.5-7.5； 放線菌放線菌6.5-8.06.5-8.0； 霉菌霉菌4.0-5.84.0-5.8； 酵母菌酵母菌3.8-6.03.8-6.01、 pH對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)發(fā)酵的影響pHpH對(duì)微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成影響主要體現(xiàn)以下方對(duì)微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成影響主要體現(xiàn)以下方面：面：pHpH影響基質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的解離，從而影響微生物影響基質(zhì)和中間代

42、謝產(chǎn)物的解離，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用。對(duì)這些物質(zhì)的利用。pHpH影響酶的活性，以致影響菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成；影響酶的活性，以致影響菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成；甚至代謝途徑會(huì)改變。甚至代謝途徑會(huì)改變。pHpH影響菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化和細(xì)胞形態(tài)的變化，從而影響菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化和細(xì)胞形態(tài)的變化，從而影響菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的形成。影響菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的形成。pHpH還對(duì)發(fā)酵液或代謝產(chǎn)物產(chǎn)生物理化學(xué)的影響，特別還對(duì)發(fā)酵液或代謝產(chǎn)物產(chǎn)生物理化學(xué)的影響，特別是對(duì)產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響。如噻納霉素、青霉素是對(duì)產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響。如噻納霉素、青霉素二、發(fā)酵過程中二、發(fā)酵過程中pH的變化的

43、變化培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝和代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生引起培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝和代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生引起pH的變化：的變化： 培養(yǎng)基培養(yǎng)基pHpH在發(fā)酵過程中能被菌體代謝所改變。在發(fā)酵過程中能被菌體代謝所改變。若陰離子氮源被利用后產(chǎn)生若陰離子氮源被利用后產(chǎn)生NHNH3 3 ，則，則pHpH上升；上升；有機(jī)酸的積累，使有機(jī)酸的積累，使pHpH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pHpH轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)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pHpH轉(zhuǎn)移，這都跟碳轉(zhuǎn)移，這都跟碳氮比直接有關(guān)。氮比直接有關(guān)。 生理酸性物質(zhì)和生理堿性物質(zhì)的消耗。生理酸性物質(zhì)和生理堿性物質(zhì)的消耗。 引起發(fā)酵液中引起發(fā)酵液中pH下降和上升的因素：下降和上升的因素：P100三、發(fā)酵過程三、發(fā)酵過程pH的確定和控制的確定和控制1、 pH的確定的確定 因發(fā)酵過程中菌體本身具有調(diào)節(jié)因發(fā)酵過程中菌體本身具有調(diào)節(jié)pHpH的能力，的能力，另外菌種不同和代謝產(chǎn)物不同另外菌種不同和代謝產(chǎn)物不同pHpH不同，所以不同，所以pHpH 的確定要以試驗(yàn)的結(jié)果來確定。的確定要以試驗(yàn)的結(jié)果來確定。2、pH的控制的控制 選擇選擇pH值的方法：通過實(shí)