發(fā)酵工程知識(shí)講座

1、關(guān)于發(fā)酵工程知識(shí)講座現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共65頁發(fā)酵與發(fā)酵與我們我們的生活的生活現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共65頁發(fā)酵與發(fā)酵與我們我們的生活的生活維生素氨基酸干擾素疫 苗青霉素現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共65頁發(fā)酵與發(fā)酵與我們我們的生活的生活生 物 菌 肥生 物 殺 蟲 劑現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共65頁主要內(nèi)容主要內(nèi)容v發(fā)酵工程概論發(fā)酵工程概論 一、發(fā)酵及發(fā)酵工程的概念 二、發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史v發(fā)酵工程特點(diǎn)及其類型發(fā)酵工程特點(diǎn)及其類型 一、發(fā)酵的特點(diǎn) 二、發(fā)酵的生產(chǎn)類型v發(fā)酵方法的分類及流程發(fā)酵方法的分類及流程v發(fā)酵過程工藝控制發(fā)酵過程工藝控制 一、提供優(yōu)良的菌種 二、掌握好移種時(shí)機(jī)和接種量現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五

2、頁，共65頁主講內(nèi)容主講內(nèi)容 三、發(fā)酵過程中的代謝變化及控制 四、基質(zhì)濃度變化及控制 五、溫度對(duì)發(fā)酵的影響及控制 六、溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制 七、pH對(duì)發(fā)酵的影響及其控制 八、CO2對(duì)發(fā)酵的影響及其控制 九、泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及其控制 十、發(fā)酵終點(diǎn)的判斷及異常發(fā)酵情況的處理現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共65頁發(fā)酵工程概論發(fā)酵工程概論早期的發(fā)酵概念v微生物在無氧條件下的代謝過程。v英文的發(fā)酵，fermentation一詞來源于拉丁語的“發(fā)泡”，fervere。發(fā)酵概念的發(fā)展v利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動(dòng)來制備微生物菌體或代謝產(chǎn)物的過程統(tǒng)稱為發(fā)酵。一、發(fā)酵及發(fā)酵工程的概念現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共6

3、5頁發(fā)酵工程概論發(fā)酵工程概論發(fā)酵工程概念： 是指采用工程技術(shù)手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的離體酶的某些功能，為人類生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品，或直接用微生物參與控制某些工業(yè)生產(chǎn)過程的一種技術(shù)。 從廣義上講，由上游工程、中游過程（發(fā)酵工程）、下游過程三部分組成?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共65頁發(fā)酵工程概論發(fā)酵工程概論上游工程下游工程優(yōu)良菌株的選育保藏、發(fā)酵條件的確定（pH、溫度、溶氧和營(yíng)養(yǎng)）等產(chǎn)品分離純化（固液分離、細(xì)胞破壁、蛋白質(zhì)純化）、噴霧干燥、產(chǎn)品檢驗(yàn)、包裝處理等強(qiáng)調(diào)過程優(yōu)化與控制發(fā)酵過程現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共65頁發(fā)酵工程概論發(fā)酵工程概論發(fā) 酵 工 程傳統(tǒng)發(fā)酵工程現(xiàn)代發(fā)酵工程利用微生物的生

4、長(zhǎng)和代謝活動(dòng)來大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品的過程理論與工程技術(shù)體系。該技術(shù)體系主要包括菌種選育與保藏、菌種擴(kuò)大生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的生物合成與分離純化制備等技術(shù)集成。是將DNA重組及細(xì)胞融合技術(shù)、酶工程技術(shù)、組學(xué)及代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控技術(shù)、過程工程優(yōu)化與放大技術(shù)等新技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵工程融合，大大提高傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)水平，拓展傳統(tǒng)發(fā)酵應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品范圍的一種現(xiàn)代工業(yè)生物技術(shù)體系（新一代工業(yè)生物技術(shù)）。強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代生物技術(shù)、控制技術(shù)和裝備技術(shù)在傳統(tǒng)與現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)領(lǐng)域的集成應(yīng)用?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共65頁發(fā)酵工程概論發(fā)酵工程概論抗生素、生物制藥、氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸、飼料添加劑、微生態(tài)制劑、生物農(nóng)藥、生物肥料等基因工程藥物、細(xì)

5、胞工程藥物、疫苗；替代石油工業(yè)的大宗量的生物基化學(xué)品等，以及傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)升級(jí)。傳統(tǒng)生物發(fā)酵現(xiàn)代生物發(fā)酵現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共65頁1900以前以前 天然發(fā)酵階段天然發(fā)酵階段19001940 純培養(yǎng)技術(shù)的建立（巴斯德等，人為控制）純培養(yǎng)技術(shù)的建立（巴斯德等，人為控制）19401950 通氣攪拌純培養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)的建立（青霉素液體深層培養(yǎng)）通氣攪拌純培養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)的建立（青霉素液體深層培養(yǎng)）19501960 誘變技術(shù)與代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立（賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)）誘變技術(shù)與代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立（賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)）19601970 開拓發(fā)酵原料時(shí)期（石油發(fā)酵時(shí)期）開拓發(fā)酵原料時(shí)期（石油發(fā)酵時(shí)期）1970年以后

6、年以后 進(jìn)入基因工程菌發(fā)酵時(shí)期，以及細(xì)胞進(jìn)入基因工程菌發(fā)酵時(shí)期，以及細(xì)胞 大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的全面發(fā)展。大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的全面發(fā)展。 近年來，以現(xiàn)代生物技術(shù)和過程工程技術(shù)為基礎(chǔ)的近年來，以現(xiàn)代生物技術(shù)和過程工程技術(shù)為基礎(chǔ)的 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)突飛猛進(jìn)?，F(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)突飛猛進(jìn)。二、發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共65頁發(fā)酵工程特點(diǎn)及其類型發(fā)酵工程特點(diǎn)及其類型1.1.多個(gè)反應(yīng)過程可在發(fā)酵過程中一次完成；多個(gè)反應(yīng)過程可在發(fā)酵過程中一次完成；2.2.反應(yīng)通常在常溫常壓下進(jìn)行，條件溫和，能耗少，設(shè)反應(yīng)通常在常溫常壓下進(jìn)行，條件溫和，能耗少，設(shè)備很簡(jiǎn)單；備很簡(jiǎn)單；3.3.原料來源廣泛，可再生；原料來源廣泛，可

7、再生；4.4.可特異性地進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)；可特異性地進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)；5.5.要求無菌操作。要求無菌操作。一、發(fā)酵的特點(diǎn)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共65頁二、發(fā)酵生產(chǎn)類型二、發(fā)酵生產(chǎn)類型1、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵2、以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵3、以微生物酶為產(chǎn)品的發(fā)酵4、生物轉(zhuǎn)化或修飾化合物的發(fā)酵5、微生物廢水處理和其他現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共65頁1 1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)v定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)胞為目的的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)（酵母、藻類、單細(xì)胞蛋白、藥用真菌、生物殺蟲劑等）。v特點(diǎn)：細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物積累成平行關(guān)系，生長(zhǎng)速率最大時(shí)期也是產(chǎn)物合成速率最高階段

8、，生長(zhǎng)穩(wěn)定期產(chǎn)量最高?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共65頁2 2、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵v包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。v對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期形成的產(chǎn)物是細(xì)胞自身生長(zhǎng)所必需的，稱為初級(jí)代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物，如氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)等v各種次級(jí)代謝產(chǎn)物都是在微生物生長(zhǎng)緩慢或停止生長(zhǎng)時(shí)期即穩(wěn)定期所產(chǎn)生的，來自于中間代謝產(chǎn)物和初級(jí)代謝產(chǎn)物，如抗生素?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共65頁葡萄糖丙糖丙酮酸乙酸草酰乙酸檸檬酸酮戊二酸谷氨酸CO2(C4)(C6)(C5)絲氨酸甘氨酸（C3N)(C2N)纈氨酸（C5N)丙丙 氨氨 酸酸（C3N)莽草酸（C7)丁糖戊糖核糖半 胱 氨 酸 亮 氨 酸脯

9、氨 酸精 氨 酸 （ C6N4)蛋 氨 酸 （ C5N5)天 門 冬 氨 酸 （ C4N)蘇 氨 酸 （ C9N)異 亮 氨 酸 （ C6N)賴 氨 酸 （ C6N2)ADP(C7N2)色 氨 酸酪 氨 酸 （ C9N)(C11N2)苯 丙 氨 酸 （ C9N)組 氨 酸 （ C6N3)各 種 氨 基 酸 的 生 物 合 成 途 徑現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共65頁葡萄糖丙糖丙酮酸乙酸草酰乙酸檸檬酸酮戊二酸谷氨酸次生代謝產(chǎn)物CO2(C4)(C6)(C5)氨基糖苷類抗生素（糖苷部分）次生代謝產(chǎn)物絲氨酸甘氨酸（C3N)(C2N)纈氨酸（C5N)次生代謝產(chǎn)物生物甲基化甲羥戊酸（C4)IPP（C5)萜類甾

10、體天冬氨酸（C4N)次生代謝產(chǎn)物丙氨酸（C3N)丙二酸（C3)脂肪酸聚酮莽草酸（C7)丁糖戊糖核糖次生代謝產(chǎn)物次生代謝產(chǎn)物核苷類抗生素初生代謝的合成過程從初生代謝到次生代謝現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共65頁3 3、微生物酶發(fā)酵、微生物酶發(fā)酵v產(chǎn)酶的特點(diǎn)：產(chǎn)酶的微生物種類多，易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)量。v分類：胞內(nèi)酶 和胞外酶v生物合成特點(diǎn)：需要誘導(dǎo)作用，或遭受阻遏、抑制等調(diào)控作用的影響，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需給予注意?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共65頁4 4、微生物的轉(zhuǎn)化發(fā)酵、微生物的轉(zhuǎn)化發(fā)酵 微生物轉(zhuǎn)化是利用微生物細(xì)胞的一種或多種酶，把一種化合物轉(zhuǎn)變成更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物

11、。如維生素C?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共65頁5 5、微生物特殊機(jī)能的利用、微生物特殊機(jī)能的利用v利用微生物消除環(huán)境污染v利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡v微生物濕法冶金v利用基因工程菌株開拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共65頁發(fā)酵方法的分類及流程發(fā)酵方法的分類及流程一、分類： 根據(jù)對(duì)氧的需要區(qū)分： 厭氧發(fā)酵、有氧發(fā)酵和兼性厭氧發(fā)酵 根據(jù)培養(yǎng)基物理性狀區(qū)分： 液體和固體發(fā)酵 根據(jù)從微生物生長(zhǎng)特性區(qū)分： 分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵 根據(jù)培養(yǎng)方式區(qū)分： 表面發(fā)酵和深層發(fā)酵現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共65頁二、典型分批發(fā)酵工藝流程圖主 發(fā)酵 罐種子培養(yǎng)鍋爐空氣壓縮機(jī) 空氣過濾器蒸煮滅菌pH調(diào)

12、節(jié)液培養(yǎng)基原料罐純種分離斜面培養(yǎng)搖瓶培養(yǎng)配料罐菌體分離后處理發(fā)酵過程控制培養(yǎng)基制備種 子 罐液體產(chǎn)品固體產(chǎn)品產(chǎn)品精制現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共65頁發(fā)酵過程工藝控制發(fā)酵過程工藝控制 發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程影響因素發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程影響因素很多：菌種、培養(yǎng)基、溫度、很多：菌種、培養(yǎng)基、溫度、pH、溶氧、溶氧、污染等。主要包括：污染等。主要包括： 一、提供優(yōu)良的菌種 二、掌握好移種時(shí)機(jī)和接種量 三、發(fā)酵過程中的代謝變化及控制 四、基質(zhì)濃度變化及控制 五、溫度對(duì)發(fā)酵的影響及控制 六、溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制 七、pH對(duì)發(fā)酵的影響及其控制 八、CO2對(duì)發(fā)酵的影響及其控制 九、泡沫對(duì)發(fā)酵

13、的影響及其控制 十、發(fā)酵終點(diǎn)的判斷及異常發(fā)酵情況的處理現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共65頁發(fā)酵過程工藝控制發(fā)酵過程工藝控制 要想通過發(fā)酵工程獲得符合人們要求的產(chǎn)品，菌種的優(yōu)劣是影響發(fā)酵水平的先決條件。那么優(yōu)良的菌種具備哪些特性呢？一、提供優(yōu)良的菌種1、細(xì)胞的生活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長(zhǎng)2、不產(chǎn)生或少產(chǎn)生副產(chǎn)物及其他產(chǎn)物3、能廣泛利用原材料，并高效地將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的能力4、無雜菌污染；具有抗噬菌體感染的能力5、泡沫少6、遺傳特性穩(wěn)定，生產(chǎn)能力強(qiáng)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共65頁二、掌握好移種時(shí)機(jī)和接種量二、掌握好移種時(shí)機(jī)和接種量 依據(jù)菌體（絲）形態(tài)、菌齡、OD或特定的參數(shù)指標(biāo)綜合判斷。 移種過

14、早：生長(zhǎng)緩慢，發(fā)酵周期延長(zhǎng)；給 于雜菌可乘之機(jī)。 移種過晚：菌體生長(zhǎng)活力減弱，轉(zhuǎn)入新培 養(yǎng)基調(diào)整期延長(zhǎng)。接種時(shí)間：對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，菌體量還未達(dá)最高峰?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共65頁接種量：決定于生產(chǎn)菌種在發(fā)酵罐中的繁殖接種量：決定于生產(chǎn)菌種在發(fā)酵罐中的繁殖速度。速度。v一般地，接種量為一般地，接種量為10%左右。左右。v 接種量過小，除延長(zhǎng)發(fā)酵周期外，往往接種量過小，除延長(zhǎng)發(fā)酵周期外，往往還引起其它不正常情況。還引起其它不正常情況。v 接種量過高，會(huì)使菌體生長(zhǎng)過快，培養(yǎng)接種量過高，會(huì)使菌體生長(zhǎng)過快，培養(yǎng)液粘度過高，造成供氧不足。液粘度過高，造成供氧不足。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共65頁典型生長(zhǎng)曲

15、線現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共65頁不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)比情況不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)比情況現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共65頁v微生物發(fā)酵生產(chǎn)的水平除了取決于生產(chǎn)菌種的性能；同時(shí)還需要有最佳的環(huán)境條件即發(fā)酵工藝加以配合，才能使其生產(chǎn)能力充分表現(xiàn)出來。v最佳發(fā)酵工藝條件：如營(yíng)養(yǎng)要求、培養(yǎng)溫度、pH條件、對(duì)氧的需求等的控制，使生產(chǎn)菌種處于最佳的產(chǎn)物合成條件下。v由于微生物發(fā)酵經(jīng)過很多生物化學(xué)反應(yīng)步驟，往往環(huán)境條件的微小變化，就會(huì)對(duì)微生物的生產(chǎn)能力產(chǎn)生明顯影響。所以，為了控制整個(gè)發(fā)酵過程，必須了解微生物在發(fā)酵過程中的代謝變化規(guī)律，通過檢測(cè)方法測(cè)定各種發(fā)酵參數(shù)隨時(shí)間變化的情況，以便能夠控制發(fā)酵過程，使生產(chǎn)菌種的生產(chǎn)能力得

16、到充分發(fā)揮。三、發(fā)酵過程中的代謝變化及規(guī)律三、發(fā)酵過程中的代謝變化及規(guī)律現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共65頁與代謝有關(guān)的參數(shù)：與代謝有關(guān)的參數(shù)： 1、物理參數(shù)、物理參數(shù) 、溫度、溫度 、罐壓、罐壓 、攪拌速度、攪拌速度 、空氣流量、空氣流量 、表觀粘度、表觀粘度 、發(fā)酵液重量、發(fā)酵液重量現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共65頁 2、化學(xué)參數(shù)、化學(xué)參數(shù) 、基質(zhì)濃度、基質(zhì)濃度 、pH 、產(chǎn)物濃度、產(chǎn)物濃度 、DNA量量 、關(guān)鍵酶、關(guān)鍵酶 、溶解氧、溶解氧 、排氣中的氧含量、排氣中的氧含量 、排氣中的、排氣中的CO2含量含量現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共65頁 3、生物參數(shù)、生物參數(shù) 、菌絲形態(tài)、菌絲形態(tài) 、菌絲干重

17、或濕重、菌絲干重或濕重 、菌體比生長(zhǎng)速率、菌體比生長(zhǎng)速率 、氧的比消耗速率、氧的比消耗速率 、糖的比消耗速率、糖的比消耗速率 、氮的比消耗速率、氮的比消耗速率 、產(chǎn)物的比生產(chǎn)速率、產(chǎn)物的比生產(chǎn)速率現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共65頁四、基質(zhì)濃度變化及控制四、基質(zhì)濃度變化及控制（一）、碳源濃度變化及控制（一）、碳源濃度變化及控制v碳源物質(zhì)是發(fā)酵過程中菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合碳源物質(zhì)是發(fā)酵過程中菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成的能量和碳素的來源。成的能量和碳素的來源。v在發(fā)酵的前期，碳源物質(zhì)主要用于生長(zhǎng)，在發(fā)酵的前期，碳源物質(zhì)主要用于生長(zhǎng)，消耗較快；在發(fā)酵后期，碳源物質(zhì)主要用消耗較快；在發(fā)酵后期，碳源物質(zhì)主要用于產(chǎn)物合成，

18、消耗速度放緩。于產(chǎn)物合成，消耗速度放緩。v快速利用的碳源物質(zhì)：對(duì)生長(zhǎng)有利，對(duì)次快速利用的碳源物質(zhì)：對(duì)生長(zhǎng)有利，對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的形成有抑制作用。級(jí)代謝產(chǎn)物的形成有抑制作用。v 緩慢利用的碳源物質(zhì)：對(duì)延長(zhǎng)產(chǎn)物的合成緩慢利用的碳源物質(zhì)：對(duì)延長(zhǎng)產(chǎn)物的合成是有利的，尤其是次級(jí)代謝產(chǎn)物。是有利的，尤其是次級(jí)代謝產(chǎn)物。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共65頁 到發(fā)酵的中后期，發(fā)酵液中的殘?zhí)腔桨l(fā)酵的中后期，發(fā)酵液中的殘?zhí)腔竞谋M，影響產(chǎn)物的合成。本耗盡，影響產(chǎn)物的合成。v如果采用豐富碳源的培養(yǎng)基，又會(huì)產(chǎn)生如果采用豐富碳源的培養(yǎng)基，又會(huì)產(chǎn)生其它的問題：其它的問題： 如培養(yǎng)基濃度過高，影響通氣攪拌，過如培養(yǎng)基濃度過高，

19、影響通氣攪拌，過高的碳源濃度也抑制菌體的生長(zhǎng)。高的碳源濃度也抑制菌體的生長(zhǎng)。v 解決的方法是采取解決的方法是采取“中間補(bǔ)料中間補(bǔ)料”現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共65頁（二）、氮源濃度變化及控制（二）、氮源濃度變化及控制v 氮源物質(zhì)主要用于菌體中蛋白質(zhì)、核酸等氮源物質(zhì)主要用于菌體中蛋白質(zhì)、核酸等含氮物質(zhì)的合成，有些發(fā)酵產(chǎn)物中含有氮。含氮物質(zhì)的合成，有些發(fā)酵產(chǎn)物中含有氮。v發(fā)酵前期，氮源物質(zhì)隨菌體濃度的急劇增發(fā)酵前期，氮源物質(zhì)隨菌體濃度的急劇增加而迅速減少；發(fā)酵中期，氮源（氨基氮）加而迅速減少；發(fā)酵中期，氮源（氨基氮）的下降速度比較緩慢；發(fā)酵后期，由于菌的下降速度比較緩慢；發(fā)酵后期，由于菌體自溶，氨

20、基氮會(huì)回升。體自溶，氨基氮會(huì)回升。v 氮源物質(zhì)往往抑制次級(jí)產(chǎn)物的合成。氮源物質(zhì)往往抑制次級(jí)產(chǎn)物的合成。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共65頁v快速利用的氮源物質(zhì)：快速利用的氮源物質(zhì)： 如氨水、銨鹽促進(jìn)菌體生長(zhǎng)。如氨水、銨鹽促進(jìn)菌體生長(zhǎng)。 緩慢利用的氮源物質(zhì)：緩慢利用的氮源物質(zhì)：v有利于延長(zhǎng)產(chǎn)物的合成期。有利于延長(zhǎng)產(chǎn)物的合成期。v如果氮源物質(zhì)投料多，會(huì)造成菌體生長(zhǎng)快，如果氮源物質(zhì)投料多，會(huì)造成菌體生長(zhǎng)快，但菌體衰老也快。但菌體衰老也快。v 解決方法：解決方法：“中間補(bǔ)料中間補(bǔ)料”。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共65頁五、溫度對(duì)發(fā)酵的影響及控制五、溫度對(duì)發(fā)酵的影響及控制 溫度是影響有機(jī)體生長(zhǎng)繁殖最重要的因

21、素之一，因?yàn)槿魏紊锘瘜W(xué)的酶促反應(yīng)都是直接與溫度變化有關(guān)的，最終影響微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成。1、溫度對(duì)微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的影響2、溫度影響生物合成的方向3、溫度對(duì)產(chǎn)物形成的影響4、溫度影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)5、溫度歸根結(jié)底是影響酶的活力。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁，共65頁最適溫度的選擇與發(fā)酵溫度的控制最適溫度的選擇與發(fā)酵溫度的控制選擇最適發(fā)酵溫度應(yīng)該考慮三個(gè)方面：1）微生物生長(zhǎng)的最適溫度和產(chǎn)物合成的最適溫度。2）不同的菌種、菌種不同的生長(zhǎng)階段最適溫度都會(huì)不同。 3）最適發(fā)酵溫度，與培養(yǎng)基成分和濃度等相關(guān)。v溫度的控制溫度的控制 依靠夾層或蛇管控制。依靠夾層或蛇管控制。 目前許多發(fā)酵罐都采用自動(dòng)化控制，

22、但要常巡查，目前許多發(fā)酵罐都采用自動(dòng)化控制，但要常巡查，確保其正常運(yùn)行。確保其正常運(yùn)行?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，共65頁六、溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制六、溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制v溶解氧（溶解氧（ CL ） ：溶解于液體（發(fā)酵液）中的氧。：溶解于液體（發(fā)酵液）中的氧。v氧難溶于水，在氧難溶于水，在25，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氧在水中的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氧在水中的溶解度為溶解度為0.26m mol/L，v臨界溶解氧濃度（臨界溶解氧濃度（ CCr）：滿足微生物呼吸的最低限度）：滿足微生物呼吸的最低限度的溶解氧濃度。的溶解氧濃度。v一般好氣性微生物約為一般好氣性微生物約為0.0030.05m mol/L之間。之

23、間。v最適氧濃度（最適氧濃度（ Cm ）：溶氧濃度對(duì)產(chǎn)物合成有一個(gè)最溶氧濃度對(duì)產(chǎn)物合成有一個(gè)最適范圍適范圍，CL過高或過低，對(duì)合成都不利過高或過低，對(duì)合成都不利。在好氧深層培養(yǎng)中，氧氣的供應(yīng)往往是發(fā)酵能否成功的重要限制因素之一?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共65頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共65頁（一）影響需氧和供氧的因素（一）影響需氧和供氧的因素影響需氧量的因素影響需氧量的因素1 1、菌種特性、菌種特性2 2、菌體濃度、菌體濃度3 3、菌齡、菌齡4 4、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)條件5 5、代謝類型、代謝類型6 6、培養(yǎng)基成分和濃、培養(yǎng)基成分和濃度度影響供氧量的因素1、攪拌轉(zhuǎn)速2、通氣量3、泡沫情況4、微生物生

24、長(zhǎng)情況5、設(shè)備結(jié)構(gòu)和參數(shù)6、發(fā)酵液的理化特性現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共65頁（二）發(fā)酵過程中溶氧變化規(guī)律（二）發(fā)酵過程中溶氧變化規(guī)律批式發(fā)酵無批式發(fā)酵無DO控制情況下，溶氧變化規(guī)律為控制情況下，溶氧變化規(guī)律為“波谷現(xiàn)象波谷現(xiàn)象”。當(dāng)處于高位平衡時(shí)，表明供氧性能好。高位平衡通常發(fā)生當(dāng)處于高位平衡時(shí)，表明供氧性能好。高位平衡通常發(fā)生在正常情況的前、后期。在正常情況的前、后期。低位平衡通常發(fā)生在正常情況下的對(duì)數(shù)期。低位平衡通常發(fā)生在正常情況下的對(duì)數(shù)期。自然自然“波谷現(xiàn)象波谷現(xiàn)象”，一般可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)。，一般可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)。補(bǔ)料與補(bǔ)料與“波谷現(xiàn)象波谷現(xiàn)象”對(duì)應(yīng)：即補(bǔ)料時(shí)間、劑量選擇與溶氧變化有對(duì)應(yīng)：即

25、補(bǔ)料時(shí)間、劑量選擇與溶氧變化有關(guān)。關(guān)。 a. 不能在波谷時(shí)補(bǔ)料，加重缺氧不能在波谷時(shí)補(bǔ)料，加重缺氧 b. 一次補(bǔ)料不能過量，防止一次補(bǔ)料不能過量，防止菌體停止呼吸、死亡菌體停止呼吸、死亡 c.每次補(bǔ)料都會(huì)引起一次大的溶氧下降。每次補(bǔ)料都會(huì)引起一次大的溶氧下降。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁，共65頁（三）溶解氧的應(yīng)用（三）溶解氧的應(yīng)用（1 1）發(fā)酵異常指標(biāo)）發(fā)酵異常指標(biāo) 發(fā)酵中污染雜菌，溶解氧發(fā)生異常變化。對(duì)于好氣性雜菌，溶解氧會(huì)一反往常在較短時(shí)間內(nèi)跌到零附近，跌零后長(zhǎng)時(shí)間不回升。對(duì)于厭氣性雜菌，溶解氧升高。 污染噬菌體或其它不明原因引起 發(fā)酵液變稀，此時(shí)溶解氧迅速上升。 操作故障或事故分析谷氨酸正常

26、發(fā)酵和異常發(fā)酵的溶解氧曲線正常發(fā)酵溶解氧曲線-異常發(fā)酵溶解氧曲線異常發(fā)酵光密度曲線現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁，共65頁（2）補(bǔ)料控制指標(biāo)補(bǔ)料控制指標(biāo) 中間補(bǔ)料是否得當(dāng)可以從中間補(bǔ)料是否得當(dāng)可以從溶解氧溶解氧的變化看出。的變化看出。 發(fā)酵過程中出現(xiàn)發(fā)酵過程中出現(xiàn)“發(fā)酸發(fā)酸”現(xiàn)象，此時(shí)溶解氧很快下降。現(xiàn)象，此時(shí)溶解氧很快下降。（3）代謝方向控制指標(biāo)）代謝方向控制指標(biāo)通過溶氧測(cè)量可以掌握由好氧轉(zhuǎn)為厭氧培養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)機(jī)。通過溶氧測(cè)量可以掌握由好氧轉(zhuǎn)為厭氧培養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)機(jī)。在酵母以及其他微生物菌體的生產(chǎn)中，溶氧值是控制其代謝方向的最好的指標(biāo)在酵母以及其他微生物菌體的生產(chǎn)中，溶氧值是控制其代謝方向的最好的指標(biāo)之一

27、之一 。（4）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁，共65頁（四）溶解氧的控制（四）溶解氧的控制（1 1）溶解氧控制的一般原則）溶解氧控制的一般原則v 生長(zhǎng)階段：生長(zhǎng)階段： CL CCr v 生產(chǎn)合成階段：生產(chǎn)合成階段： CL Cm v過高的溶氧水平反而對(duì)菌體代謝有不可逆的過高的溶氧水平反而對(duì)菌體代謝有不可逆的抑制作用抑制作用現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十六頁，共65頁（2）溶解氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一溶解氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一v控控制原理制原理發(fā)酵過程中，發(fā)酵過程中， 糖量糖量 CL 糖量糖量 CL 補(bǔ)糖使補(bǔ)糖使CL下降，而下降，而CL回升的快慢取決

28、于供氧效率回升的快慢取決于供氧效率。對(duì)于一個(gè)具體的發(fā)酵，存在一個(gè)最適氧濃度對(duì)于一個(gè)具體的發(fā)酵，存在一個(gè)最適氧濃度（Cm）水平，補(bǔ)糖速率應(yīng)與其相適應(yīng)。水平，補(bǔ)糖速率應(yīng)與其相適應(yīng)。 mLCCmLCC，加大補(bǔ)糖速率 ，減小補(bǔ)糖速率實(shí)現(xiàn)用溶解氧水平控制補(bǔ)料速率 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十七頁，共65頁 補(bǔ)糖速率控制在正好使生產(chǎn)菌處于所謂補(bǔ)糖速率控制在正好使生產(chǎn)菌處于所謂“半饑餓狀態(tài)半饑餓狀態(tài)”，使其僅，使其僅能維持正常的生長(zhǎng)代謝，即把更多的糖用于產(chǎn)物合成。能維持正常的生長(zhǎng)代謝，即把更多的糖用于產(chǎn)物合成。v控制原則n 加強(qiáng)攪拌轉(zhuǎn)速；n 適當(dāng)?shù)目諝饬髁浚籲 減小培養(yǎng)基粘度；n 提高氧分壓；n 調(diào)節(jié)微生物呼吸強(qiáng)度的

29、臨界值；n 合適的細(xì)胞濃度、碳源種類、pH、 溫度等。（3）提高溶氧的方法現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十八頁，共65頁七、七、 pH對(duì)發(fā)酵的影響及其控制對(duì)發(fā)酵的影響及其控制 發(fā)酵液的pH變化，與發(fā)酵的關(guān)系極為密切，對(duì)菌體的生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物積累的影響極大，因此是一項(xiàng)重點(diǎn)檢測(cè)的發(fā)酵參數(shù)。（一）發(fā)酵液中pH變化的基本原理n 微生物代謝對(duì)pH影響主要在兩種情況下發(fā)生：酸性或堿性代謝產(chǎn)物的生成或釋放；菌體對(duì)培養(yǎng)基中生理酸性或堿性物質(zhì)的利用?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十九頁，共65頁n 引起發(fā)酵液中引起發(fā)酵液中pH下降的因素下降的因素 （1）C/N比過高，或中間補(bǔ)糖過多，溶氧不足，致使有機(jī)酸積累，比過高，或中間補(bǔ)糖過多，溶氧不足

30、，致使有機(jī)酸積累，pH下降；下降； （2）消泡劑加得過多：脂肪酸增加；）消泡劑加得過多：脂肪酸增加； （3）生理酸性鹽的利用；）生理酸性鹽的利用； （4）酸性產(chǎn)物形成：如有機(jī)酸發(fā)酵。）酸性產(chǎn)物形成：如有機(jī)酸發(fā)酵。n 引起發(fā)酵液中引起發(fā)酵液中pH上升的因素上升的因素 （1）C/N比過低（比過低（N源過多），氨基氮（源過多），氨基氮（NH4）釋放；）釋放； （2）中間補(bǔ)料中氨水或尿素等堿性物質(zhì)加入過多；）中間補(bǔ)料中氨水或尿素等堿性物質(zhì)加入過多； （3）生理堿性鹽的利用；）生理堿性鹽的利用； （4）堿性產(chǎn)物形成。）堿性產(chǎn)物形成。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十頁，共65頁（二）發(fā)酵過程中發(fā)酵過程中pH的變化規(guī)律

31、的變化規(guī)律n 生長(zhǎng)階段：生長(zhǎng)階段：pH相對(duì)于起始相對(duì)于起始pH有上升或下降有上升或下降的趨勢(shì)的趨勢(shì) n 生產(chǎn)階段：生產(chǎn)階段：pH趨于穩(wěn)定，維持在最適于產(chǎn)物趨于穩(wěn)定，維持在最適于產(chǎn)物合成的范圍合成的范圍 n 自溶階段：自溶階段：pH又上升又上升 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十一頁，共65頁（三） pH值對(duì)發(fā)酵的影響值對(duì)發(fā)酵的影響 pH值直接影響酶活性；值直接影響酶活性； pH影響生物合成的途徑；影響生物合成的途徑； pH值影響菌體形態(tài)，如壁厚薄、長(zhǎng)徑比；值影響菌體形態(tài)，如壁厚薄、長(zhǎng)徑比； pH值改變使原生質(zhì)膜電荷發(fā)生改變，影響菌值改變使原生質(zhì)膜電荷發(fā)生改變，影響菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的排出；體對(duì)營(yíng)養(yǎng)

32、物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的排出； pH值影響某些重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物值影響某些重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的離解，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用。的離解，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十二頁，共65頁（四）影響（四）影響pH變化的因素變化的因素 培養(yǎng)基成份；培養(yǎng)基成份； 微生物代謝特性；微生物代謝特性； 發(fā)酵條件改變，如通氣量；發(fā)酵條件改變，如通氣量； 菌體自溶或雜菌污染。菌體自溶或雜菌污染?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十三頁，共65頁（五）最適（五）最適pH的選擇與調(diào)節(jié)的選擇與調(diào)節(jié) 選擇選擇pH準(zhǔn)則：準(zhǔn)則：獲得最大比生產(chǎn)速率和合適的菌體量，以獲獲得最大比生產(chǎn)速率和合適的菌體量，以獲得最

33、高產(chǎn)量。得最高產(chǎn)量。 配制不同初始配制不同初始pH的培養(yǎng)基，搖瓶考察發(fā)酵情況。的培養(yǎng)基，搖瓶考察發(fā)酵情況。 pH的調(diào)節(jié)方法：的調(diào)節(jié)方法： 1、調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的配方、調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的配方 2、補(bǔ)料控制、補(bǔ)料控制 加酸、加堿加酸、加堿 增加無機(jī)氮源增加無機(jī)氮源 增加碳源物質(zhì)增加碳源物質(zhì) 3、調(diào)節(jié)通氣量、調(diào)節(jié)通氣量現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十四頁，共65頁八、二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響及控制八、二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響及控制 CO2是微生物的代謝產(chǎn)物，同時(shí)也是某些合成代謝所需的一是微生物的代謝產(chǎn)物，同時(shí)也是某些合成代謝所需的一種基質(zhì)或生長(zhǎng)因子。種基質(zhì)或生長(zhǎng)因子。（一） CO2來源（二） CO2對(duì)發(fā)酵的影響 影響發(fā)酵液的酸堿平衡

34、； 影響菌體生長(zhǎng)、形態(tài)及產(chǎn)物合成； CO2及HCO3主要是影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)； CO2效應(yīng)：不同微生物或某一生長(zhǎng)階段對(duì)CO2有著特殊的要 求，（促進(jìn)或必需）； CO2通常對(duì)菌體生長(zhǎng)有抑制作用。排氣中高于4時(shí)，糖代謝和 呼吸速率下降。 發(fā)酵液中的CO2濃度為1.610-2mol時(shí)，會(huì)嚴(yán)重抑制酵母菌的 生長(zhǎng)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十五頁，共65頁（三）（三）CO2濃度的控制方法濃度的控制方法1、發(fā)酵液中、發(fā)酵液中CO2濃度的影響因素：濃度的影響因素： 細(xì)胞呼吸強(qiáng)度；細(xì)胞呼吸強(qiáng)度； 發(fā)酵液流變學(xué)特性；發(fā)酵液流變學(xué)特性； 通氣攪拌程度；通氣攪拌程度； 罐壓大?。还迚捍笮。?設(shè)備規(guī)模。設(shè)備規(guī)模。2、二氧化碳濃度的控制方法：、二氧化碳濃度的控制方法： 調(diào)節(jié)罐壓、通氣量和攪拌速度；調(diào)節(jié)罐壓、通氣量和攪拌速度； 補(bǔ)料。（如補(bǔ)糖，增加補(bǔ)料。（如補(bǔ)糖，增加CO2 產(chǎn)生，降低產(chǎn)