發(fā)酵條件及過程控制

1、第第8章章 發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制影響發(fā)酵過程的因素影響發(fā)酵過程的因素n菌體生產(chǎn)能力菌體生產(chǎn)能力 基質(zhì)含量基質(zhì)含量 溫度溫度 pH 溶解氧濃度溶解氧濃度 攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌功率攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌功率 泡沫泡沫 尾氣中的尾氣中的氧氣和二氧化碳氧氣和二氧化碳 n罐壓力、料液流量、粘度、濁度、產(chǎn)物濃罐壓力、料液流量、粘度、濁度、產(chǎn)物濃度、氧化還原電位、菌絲形態(tài)度、氧化還原電位、菌絲形態(tài)8.1.1 溫度對微生物生長的影響溫度對微生物生長的影響（1）微生物對）微生物對低溫低溫的適應(yīng)能力強于對的適應(yīng)能力強于對高溫高溫的適應(yīng)能力的適應(yīng)能力（2）微生物的）微生物的生長階段生長階段不同，溫度對其影響不同，不同，溫度對

2、其影響不同， 不同的溫度范圍內(nèi)，對微生物的影響也不相同。不同的溫度范圍內(nèi)，對微生物的影響也不相同。na.在在最適生長溫度范圍最適生長溫度范圍內(nèi)，微生物的生長速度會隨溫內(nèi)，微生物的生長速度會隨溫度升高而加快。度升高而加快。nb.不同生長階段的微生物對溫度變化的反應(yīng)也不一樣不同生長階段的微生物對溫度變化的反應(yīng)也不一樣8.1 溫度對發(fā)酵的影響及調(diào)節(jié)控制溫度對發(fā)酵的影響及調(diào)節(jié)控制溫度對溫度對微生物生長微生物生長的影響、對的影響、對代謝產(chǎn)物合成代謝產(chǎn)物合成的影響的影響發(fā)酵的最適生長溫度是什么發(fā)酵的最適生長溫度是什么 ？微生物生長繁殖最快的溫微生物生長繁殖最快的溫度度不同微生物的生長對溫度的要求不同，據(jù)此

3、，不同微生物的生長對溫度的要求不同，據(jù)此，將微生物大致可分為四類：將微生物大致可分為四類：嗜冷菌：嗜冷菌：026； 嗜溫菌：嗜溫菌：1543 ；嗜熱菌：嗜熱菌：3765 ；嗜高溫菌：；嗜高溫菌：65 以上以上n 每種微生物對溫度的要求可用每種微生物對溫度的要求可用最低溫度、最最低溫度、最適溫度、最高溫度適溫度、最高溫度來表征。來表征。n在在最低溫度最低溫度范圍內(nèi)微生物尚能生長，但生長速范圍內(nèi)微生物尚能生長，但生長速度非常緩慢，世代時間無限延長。度非常緩慢，世代時間無限延長。n在在最適溫度最適溫度下，微生物的生長速率隨溫度升高下，微生物的生長速率隨溫度升高而增加，微生物生長迅速；而增加，微生物生

4、長迅速；n微生物受高溫的傷害比低溫的傷害大，即超過微生物受高溫的傷害比低溫的傷害大，即超過最高溫度最高溫度，微生物很快死亡；，微生物很快死亡；8.1.1.2 溫度對發(fā)酵過程的影響溫度對發(fā)酵過程的影響n（1）溫度升高，微生物的生長和代謝速）溫度升高，微生物的生長和代謝速度會加快，發(fā)酵產(chǎn)物會提前生成。度會加快，發(fā)酵產(chǎn)物會提前生成。n但溫度過高可能會造成酶的受熱失活，但溫度過高可能會造成酶的受熱失活，微生物菌體容易過早衰老和自溶，從而微生物菌體容易過早衰老和自溶，從而縮短發(fā)酵周期，降低發(fā)酵產(chǎn)量?？s短發(fā)酵周期，降低發(fā)酵產(chǎn)量。（2）溫度影響微生物的生物合成方向）溫度影響微生物的生物合成方向 金色鏈霉菌具

5、有產(chǎn)生金色鏈霉菌具有產(chǎn)生金霉素和四環(huán)素金霉素和四環(huán)素能力能力.n溫度溫度低于低于30時，時，合成金霉素合成金霉素能力較強；能力較強；n溫度提高，合成四環(huán)素的比例也提高，溫度溫度提高，合成四環(huán)素的比例也提高，溫度達到達到35時，幾乎只產(chǎn)生時，幾乎只產(chǎn)生四環(huán)素四環(huán)素。（3）溫度影響多組分次級代謝產(chǎn)物的比例）溫度影響多組分次級代謝產(chǎn)物的比例n在在20發(fā)酵時黃曲霉所產(chǎn)生的黃曲霉毒素發(fā)酵時黃曲霉所產(chǎn)生的黃曲霉毒素G1與與B1的比例為的比例為3:1，25時為時為1:2，30為為1:1.（4）溫度影響微生物的代謝調(diào)控機制）溫度影響微生物的代謝調(diào)控機制（5）溫度還影響基質(zhì)溶解度溫度還影響基質(zhì)溶解度、發(fā)酵液的物

6、理性、發(fā)酵液的物理性質(zhì)如黏度質(zhì)如黏度n因此對發(fā)酵過程中的溫度要嚴格控制因此對發(fā)酵過程中的溫度要嚴格控制。n8.1.2 影響發(fā)酵溫度的因素影響發(fā)酵溫度的因素 發(fā)酵過程中，隨著微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的利用、機發(fā)酵過程中，隨著微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的利用、機械攪拌的作用，將會產(chǎn)生一定的熱量；同時由于發(fā)酵械攪拌的作用，將會產(chǎn)生一定的熱量；同時由于發(fā)酵罐壁的散熱、水分的蒸發(fā)等將會帶走部分熱量罐壁的散熱、水分的蒸發(fā)等將會帶走部分熱量。 n發(fā)酵熱（發(fā)酵熱（Q發(fā)酵發(fā)酵）：）：發(fā)酵過程中產(chǎn)生的凈熱量。單位發(fā)酵過程中產(chǎn)生的凈熱量。單位kJ/(m3h)。 包括包括生物熱、攪拌熱、蒸發(fā)熱以及輻射熱生物熱、攪拌熱、蒸發(fā)熱以及輻射熱

7、 。 發(fā)酵熱引起發(fā)酵液的溫度上升。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。發(fā)酵熱大，溫度上升快，發(fā)酵熱小，溫度上升慢。生物熱（生物熱（Q生物生物） 在發(fā)酵過程中，菌體不斷將營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解，產(chǎn)生的能量，在發(fā)酵過程中，菌體不斷將營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解，產(chǎn)生的能量，一部分一部分用于合成高能化合物如用于合成高能化合物如ATP，供細胞合成和代謝活動，供細胞合成和代謝活動一部分一部分用于合成代謝產(chǎn)物用于合成代謝產(chǎn)物一部分一部分以熱的形式散發(fā)出來，這散發(fā)出來的熱就叫以熱的形式散發(fā)出來，這散發(fā)出來的熱就叫生物熱生物熱。問題問題1 1生物熱來源于培養(yǎng)基中的什么物質(zhì)？生物熱來源于培養(yǎng)

8、基中的什么物質(zhì)？問題問題2 2在發(fā)酵的哪一階段，微生物產(chǎn)生的在發(fā)酵的哪一階段，微生物產(chǎn)生的生物熱最大？生物熱最大？l生物熱與發(fā)酵類型有關(guān)生物熱與發(fā)酵類型有關(guān)微生物進行有氧呼吸和厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱量對比微生物進行有氧呼吸和厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱量對比1mol葡萄糖徹底氧化成葡萄糖徹底氧化成CO2和水和水好氧：產(chǎn)生好氧：產(chǎn)生287.2 KJ熱量，熱量， 183 KJ轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)锳TP+104.2 KJ 生物熱釋放生物熱釋放厭氧：產(chǎn)生厭氧：產(chǎn)生22.6KJ熱量，熱量， 9.6 KJ轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)锳TP+13 KJ生物熱釋放生物熱釋放轉(zhuǎn)化為高能化合物的轉(zhuǎn)化率分別為轉(zhuǎn)化為高能化合物的轉(zhuǎn)化率分別為63.7和和42.

9、6l生物熱的產(chǎn)生具有明顯的階段性，與呼吸作用強弱有關(guān)生物熱的產(chǎn)生具有明顯的階段性，與呼吸作用強弱有關(guān)l發(fā)酵初期發(fā)酵初期，菌體呼吸作用緩慢，產(chǎn)生熱量較少。，菌體呼吸作用緩慢，產(chǎn)生熱量較少。l菌體在對數(shù)期菌體在對數(shù)期，繁殖迅速，呼吸作用強，產(chǎn)生的，繁殖迅速，呼吸作用強，產(chǎn)生的熱量多，溫度上升快，熱量多，溫度上升快，必須注意控制溫度必須注意控制溫度。l發(fā)酵后期發(fā)酵后期，菌體繁殖，菌體繁殖，主要靠菌體內(nèi)的酶系進行主要靠菌體內(nèi)的酶系進行代謝作用，產(chǎn)生熱量不多，溫度變化不大。代謝作用，產(chǎn)生熱量不多，溫度變化不大。l如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明菌體代謝緩慢，如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明菌體代謝緩慢，發(fā)酵

10、不正常。發(fā)酵不正常。l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。l培養(yǎng)基營養(yǎng)越豐富，生物熱也越大。培養(yǎng)基營養(yǎng)越豐富，生物熱也越大。攪拌熱（攪拌熱（Q攪拌攪拌） 問題問題3 3攪拌熱是如何產(chǎn)生的？攪拌熱是如何產(chǎn)生的？ 對于機械攪拌通氣式發(fā)酵罐，由于機對于機械攪拌通氣式發(fā)酵罐，由于機械攪拌帶動培養(yǎng)液作相應(yīng)的比較劇烈的運械攪拌帶動培養(yǎng)液作相應(yīng)的比較劇烈的運動，造成液體之間、液體與攪拌器等設(shè)備動，造成液體之間、液體與攪拌器等設(shè)備之間的摩擦，會產(chǎn)生相應(yīng)的熱量。之間的摩擦，會產(chǎn)生相應(yīng)的熱量。攪拌熱與攪拌軸功率的關(guān)系：攪拌熱與攪拌軸功率的關(guān)系： Q攪拌攪拌P8604186.

11、8（焦耳（焦耳/小時）小時） P攪拌軸功率攪拌軸功率 4186.8機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒峁Ξ?dāng)量機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒峁Ξ?dāng)量發(fā)酵罐內(nèi)溫度與環(huán)境溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過發(fā)酵罐內(nèi)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。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輻射熱（輻射熱（Q輻射輻射） 蒸發(fā)熱（蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)蒸發(fā)） 通氣時，通氣時，空氣進入發(fā)酵罐后就與發(fā)酵液進行廣泛的接觸，空氣進入發(fā)酵罐后就與發(fā)酵液進行廣泛的接觸，除部分氧等被微生物利用外，除部分氧等被微

12、生物利用外，大部分氣體大部分氣體仍從發(fā)酵液中仍從發(fā)酵液中逸出。通氣還逸出。通氣還引起發(fā)酵液的引起發(fā)酵液的水分蒸發(fā)水分蒸發(fā)，被空氣和水分帶，被空氣和水分帶走的熱量叫蒸發(fā)熱。走的熱量叫蒸發(fā)熱。問題問題5 5發(fā)酵熱包括哪些熱？發(fā)酵熱包括哪些熱？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（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微生物種類種類不同，所具有的酶系及其性質(zhì)不同，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。如：所要求的溫度范圍也不同。如：黑曲霉生長溫度為黑曲霉生長溫度為37 ，谷氨酸棒狀桿菌的生長溫度為谷氨酸棒狀桿菌的生長溫度為3032 ，青霉

13、菌生長溫度為青霉菌生長溫度為30 。8.1.4 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 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由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達到大量的菌體，的菌體，稍高的溫度，稍高的溫度，使菌生長迅速；使菌生長迅速； 發(fā)酵中期發(fā)酵中期菌量已達到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要菌量已達到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長中期，從而提高產(chǎn)量，因此延長中期，從而提高產(chǎn)量，因此中期溫度要稍低一些中期溫度要稍低一些，可以推遲衰老?？梢酝七t衰老。 發(fā)酵后期發(fā)酵后期，產(chǎn)物合成能力降低，延長發(fā)酵周期沒有，產(chǎn)物合成能力降低，延長發(fā)酵周期沒有必要，就又必要，就又提高溫度，提

14、高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。刺激產(chǎn)物合成到放罐。多數(shù)情況下，多數(shù)情況下，微生物的生長和發(fā)酵產(chǎn)物的合成所需要微生物的生長和發(fā)酵產(chǎn)物的合成所需要的最適溫度不一樣的最適溫度不一樣n黑曲霉黑曲霉生長生長37 ，產(chǎn)糖化酶，產(chǎn)糖化酶3234 。n黃原膠黃原膠的發(fā)酵生產(chǎn)，菌體生長的最適溫度的發(fā)酵生產(chǎn)，菌體生長的最適溫度為為27，黃原膠的產(chǎn)生溫度則在，黃原膠的產(chǎn)生溫度則在32n谷氨酸谷氨酸產(chǎn)生菌生長產(chǎn)生菌生長3034 ，產(chǎn)谷氨酸，產(chǎn)谷氨酸3637 。（2）根據(jù)培養(yǎng)條件選擇）根據(jù)培養(yǎng)條件選擇通氣條件差通氣條件差時可適當(dāng)降低溫度，使菌體呼吸速率時可適當(dāng)降低溫度，使菌體呼吸速率降低些，溶氧濃度也可高些。降低些，溶氧

15、濃度也可高些。培養(yǎng)基稀薄時培養(yǎng)基稀薄時，溫度也低些。因為溫度高營養(yǎng)利，溫度也低些。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。（3）根據(jù)菌生長情況）根據(jù)菌生長情況n菌生長快，維持在較高溫度時間要短些，菌生長快，維持在較高溫度時間要短些，n菌生長慢，維持較高溫度時間可長些。菌生長慢，維持較高溫度時間可長些。n培養(yǎng)條件適宜，如營養(yǎng)豐富，通氣能滿足，那培養(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，以利于菌的生長。么前期溫度可髙些，以利于菌的生長。 總之，溫度的選擇根據(jù)菌種生長階段及培養(yǎng)條總之，溫度的選擇根據(jù)菌種生長階段及培養(yǎng)條件綜合考慮。通過反復(fù)實踐來定出最適溫度。件綜合

16、考慮。通過反復(fù)實踐來定出最適溫度。最適溫度的選擇最適溫度的選擇根據(jù)菌種及生長階段選擇根據(jù)菌種及生長階段選擇根據(jù)培養(yǎng)條件選擇根據(jù)培養(yǎng)條件選擇菌種的生長情況菌種的生長情況8.2 pH對發(fā)酵的影響及調(diào)節(jié)控制對發(fā)酵的影響及調(diào)節(jié)控制8.2.1 pH值對發(fā)酵過程的影響值對發(fā)酵過程的影響npH值對微生物生長和代謝產(chǎn)物形成都有很大影響值對微生物生長和代謝產(chǎn)物形成都有很大影響n培養(yǎng)液的培養(yǎng)液的pH值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動的動的綜合指標綜合指標，是發(fā)酵過程中重要參數(shù)，是發(fā)酵過程中重要參數(shù)微生物微生物最適最適pH細菌細菌6.57.5放線菌放線菌6.57.5酵母菌酵母菌4.0

17、5.0霉菌霉菌5.07.0（1）不同的微生物對）不同的微生物對pH值的要求不同值的要求不同 每種微生物都有生長最適的和耐受的每種微生物都有生長最適的和耐受的pH值值（2）pH值不同，微生物形成的發(fā)酵產(chǎn)物不同值不同，微生物形成的發(fā)酵產(chǎn)物不同微生物微生物pH值值發(fā)酵產(chǎn)物發(fā)酵產(chǎn)物黑曲霉黑曲霉2-3檸檬酸檸檬酸近中性近中性草酸草酸酵母菌酵母菌4.5-5.0酒精酒精8.0酒精、醋酸、酒精、醋酸、甘油甘油微生物微生物菌體生長最適菌體生長最適pH值值發(fā)酵產(chǎn)物形成最適發(fā)酵產(chǎn)物形成最適pH值值丙酮丁醇菌丙酮丁醇菌5.57.04.35.3青霉素產(chǎn)生菌青霉素產(chǎn)生菌6.57.26.26.8（3）微生物的生長、發(fā)酵產(chǎn)物

18、形成的）微生物的生長、發(fā)酵產(chǎn)物形成的最適最適pH值通常不同值通常不同8.2.2 發(fā)酵過程中發(fā)酵液的發(fā)酵過程中發(fā)酵液的pH值值為什么會發(fā)生變化？為什么會發(fā)生變化？1、基質(zhì)代謝、基質(zhì)代謝 （1）糖代謝：快速利用的糖分解成小分子酸、醇使）糖代謝：快速利用的糖分解成小分子酸、醇使pH。 若若pH上升則糖缺乏，是補料的標志之一。上升則糖缺乏，是補料的標志之一。（2）氮代謝：當(dāng)氨基酸中的）氮代謝：當(dāng)氨基酸中的-NH2被利用后被利用后pH會會 ；尿素被分解成尿素被分解成NH3，pH，NH3利用后利用后pH，當(dāng)碳源，當(dāng)碳源不足時氮源當(dāng)碳源利用不足時氮源當(dāng)碳源利用pH。（3）生理酸、堿性物質(zhì)利用后）生理酸、堿性

19、物質(zhì)利用后pH會會或或。2、產(chǎn)物形成、產(chǎn)物形成某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液pH變化。變化。如有機酸類產(chǎn)生使如有機酸類產(chǎn)生使pH，紅霉素、螺旋霉素等抗生，紅霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使素呈堿性，使pH。 3、菌體自溶，、菌體自溶，pH上升上升發(fā)酵后期，發(fā)酵后期，pH上升。上升。 8.2.3 pH改變影響微生物生長及產(chǎn)物形成的原因改變影響微生物生長及產(chǎn)物形成的原因（1）pH影響酶的活性影響酶的活性：當(dāng)：當(dāng)pH值抑制菌體某些酶的活值抑制菌體某些酶的活性時，菌體的新陳代謝受阻；性時，菌體的新陳代謝受阻；（2）pH值影響微生物細胞膜所帶電荷：值影響微生物細胞膜

20、所帶電荷：從而改變細從而改變細胞膜的透性，影響對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，胞膜的透性，影響對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進行；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(zhì)的利用從而影響微生物對這些物質(zhì)的利用 。（4）影響微生物的生物合成方向）影響微生物的生物合成方向：發(fā)酵液的發(fā)酵液的pH 變化變化往往引起菌體代謝途徑的改變，從而使代謝產(chǎn)物的產(chǎn)往往引起菌體代謝途徑的改變，從而使代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量發(fā)生改變。量發(fā)生改變。pH在微生物培養(yǎng)的不同階段影響不同在微生物培養(yǎng)的不同階段影響不同p

21、H對菌體生長影響比產(chǎn)物合成影響小對菌體生長影響比產(chǎn)物合成影響小青霉素：菌體生長最適青霉素：菌體生長最適pH3.56.0,產(chǎn)物合成產(chǎn)物合成最適最適pH7.27.4四環(huán)素：菌體生長最適四環(huán)素：菌體生長最適pH6.06.8，產(chǎn)物合成，產(chǎn)物合成最適最適pH5.86.08.2.4 發(fā)酵過程中發(fā)酵過程中pH的控制的控制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對產(chǎn)海藻酸裂解酶的影響對產(chǎn)海藻酸裂解酶的影響盡管在發(fā)酵過程中，微生物本身具有使生長適盡管在發(fā)酵過程中，微生物本身具有使生長適應(yīng)應(yīng)pH值的能力，但是當(dāng)外界的條件發(fā)生較大的值的能力，但是當(dāng)外界的條件發(fā)生較大的變化

22、時，微生物就失去了自身的調(diào)節(jié)能力，發(fā)變化時，微生物就失去了自身的調(diào)節(jié)能力，發(fā)酵液的酵液的pH值就會發(fā)生波動。值就會發(fā)生波動。為使微生物能在最適的為使微生物能在最適的pH值范圍內(nèi)生長、繁殖值范圍內(nèi)生長、繁殖和發(fā)酵，首先應(yīng)根據(jù)不同微生物的特性，不僅和發(fā)酵，首先應(yīng)根據(jù)不同微生物的特性，不僅在原始培養(yǎng)基中要控制適當(dāng)?shù)脑谠寂囵B(yǎng)基中要控制適當(dāng)?shù)膒H值，而且在整值，而且在整個發(fā)酵過程中，必須隨時檢測個發(fā)酵過程中，必須隨時檢測pH值的變化情況，值的變化情況，根據(jù)發(fā)酵過程中的根據(jù)發(fā)酵過程中的pH值變化規(guī)律，選用適當(dāng)?shù)闹底兓?guī)律，選用適當(dāng)?shù)姆椒▽Ψ椒▽H值進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)和控制。值進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)和控制。 PH值

23、調(diào)節(jié)和控制的方法有哪些 ？（1）調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的原始）調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的原始pH值。值。或加緩或加緩沖溶液（如磷酸鹽）制成緩沖能力強、沖溶液（如磷酸鹽）制成緩沖能力強、pH值變化不大的培養(yǎng)基，或使鹽類和碳值變化不大的培養(yǎng)基，或使鹽類和碳源的配比平衡。源的配比平衡。 （2）可在發(fā)酵過程中加入弱酸或弱堿）可在發(fā)酵過程中加入弱酸或弱堿進行進行pH值的調(diào)節(jié)。也可通過調(diào)整通風(fēng)值的調(diào)節(jié)。也可通過調(diào)整通風(fēng)量控制量控制pH值。值。 （3）補料調(diào)節(jié)：）補料調(diào)節(jié)：它既調(diào)節(jié)了培養(yǎng)液的它既調(diào)節(jié)了培養(yǎng)液的pH值，值，又可補充營養(yǎng)，增加培養(yǎng)液的濃度和減少阻遏又可補充營養(yǎng)，增加培養(yǎng)液的濃度和減少阻遏作用，進一步提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率。作

24、用，進一步提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率。 例如：例如：谷氨酸發(fā)酵中谷氨酸發(fā)酵中pH的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)（4）加入碳酸鈣法：加入碳酸鈣法：采用生理酸性采用生理酸性銨鹽作銨鹽作為氮源時，為氮源時，會引起發(fā)酵液會引起發(fā)酵液pH值的下降，可值的下降，可加入碳酸鈣來調(diào)節(jié)加入碳酸鈣來調(diào)節(jié)pH值。但在操作上很容值。但在操作上很容易引起染菌。易引起染菌。（5）氨水流加法：）氨水流加法：加氨水調(diào)節(jié)，同時又可把加氨水調(diào)節(jié)，同時又可把氨氨水作為氮源水作為氮源，采用自動控制連續(xù)流加方法。，采用自動控制連續(xù)流加方法。 同時根據(jù)微生物的特性、發(fā)酵過程的菌體生長情同時根據(jù)微生物的特性、發(fā)酵過程的菌體生長情況、耗糖情況等。一般控制在況、耗糖情

25、況等。一般控制在pH值值7.0-8.0。（6）尿素流加法：）尿素流加法：引起的引起的pH值變化有一定的規(guī)值變化有一定的規(guī)律性，易于控制操作。尿素分解釋放氨，使律性，易于控制操作。尿素分解釋放氨，使pH值值；氨被利用和形成代謝產(chǎn)物，使；氨被利用和形成代謝產(chǎn)物，使pH值值，再，再次反復(fù)進行流加就可維持一定的次反復(fù)進行流加就可維持一定的pH值。值。 目前已有適合于發(fā)酵過程目前已有適合于發(fā)酵過程pH值的測值的測量的電極，連續(xù)測量并記錄量的電極，連續(xù)測量并記錄pH值的變化，值的變化，用于控制和監(jiān)測發(fā)酵用于控制和監(jiān)測發(fā)酵pH值值 。不同不同pH控制方式對目的突變株控制方式對目的突變株ISw330異異亮氨酸

26、搖瓶發(fā)酵的影響亮氨酸搖瓶發(fā)酵的影響 “1”表示只加表示只加CaCO3控制控制pH值，值，“2”表示只加尿素控制，表示只加尿素控制，“3”表示表示CaCO3和尿素聯(lián)合控制和尿素聯(lián)合控制pH值值。例：例： 異亮氨酸發(fā)酵異亮氨酸發(fā)酵例：例：pH對對L-異亮氨酸發(fā)酵的影響異亮氨酸發(fā)酵的影響（天津科技大學(xué)）（天津科技大學(xué)）菌株最適生長菌株最適生長pH控制在控制在6.87.0發(fā)酵的不同階段采取不同的發(fā)酵的不同階段采取不同的pHpH值值不同不同pH值對菌體的形態(tài)影響很大：值對菌體的形態(tài)影響很大：當(dāng)當(dāng)pH7.5時，菌體易于老化，呈現(xiàn)球狀；時，菌體易于老化，呈現(xiàn)球狀；當(dāng)當(dāng)pH6.5時菌體同樣受抑制，易于老化。時

27、菌體同樣受抑制，易于老化。在在7.2左右時，菌體是處于產(chǎn)酸期，呈現(xiàn)長的橢圓形；左右時，菌體是處于產(chǎn)酸期，呈現(xiàn)長的橢圓形；在在6.9左右時，菌體處于生長期，呈左右時，菌體處于生長期，呈“八八”字形狀并占字形狀并占有絕對的優(yōu)勢。有絕對的優(yōu)勢。pH 6.9，菌體生長旺盛，菌體生長旺盛，pH7.15時，對菌體的產(chǎn)酸有利。時，對菌體的產(chǎn)酸有利。采用階段采用階段pH控制模式進行發(fā)酵，在發(fā)酵前期控制控制模式進行發(fā)酵，在發(fā)酵前期控制pH6.9，到到48h后后pH值為值為7.15，到，到80h后后pH值為值為7.25。產(chǎn)率產(chǎn)率22.27g/L，產(chǎn)酸率提高，產(chǎn)酸率提高12.23。pH控制是一項非常細致的工作，不僅

28、控制是一項非常細致的工作，不僅考慮最佳考慮最佳pH值，而且要根據(jù)生長階段值，而且要根據(jù)生長階段考察對考察對pH的要求。的要求。在在pH控制中要采用合適的調(diào)節(jié)方法?？刂浦幸捎煤线m的調(diào)節(jié)方法。對發(fā)酵的影響對發(fā)酵的影響pH影響酶的活性影響酶的活性pH值影響微生物細胞膜所帶電荷的值影響微生物細胞膜所帶電荷的改變改變pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離謝物的解離pH影響代謝方向影響代謝方向 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 pHpH的的控控制制方方式式基礎(chǔ)培養(yǎng)基調(diào)節(jié)基礎(chǔ)培養(yǎng)基調(diào)節(jié)pH在基礎(chǔ)料中加入維持在基礎(chǔ)料中加入維持pH的物質(zhì)

29、的物質(zhì)通過補料調(diào)節(jié)通過補料調(diào)節(jié)pH 當(dāng)補料與調(diào)當(dāng)補料與調(diào)pH發(fā)生矛盾時，加發(fā)生矛盾時，加酸堿調(diào)酸堿調(diào)pH 發(fā)酵的不同階段采取不同的發(fā)酵的不同階段采取不同的pH值值選擇合適的選擇合適的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)劑8.3 氧對發(fā)酵的影響及其調(diào)節(jié)控制氧對發(fā)酵的影響及其調(diào)節(jié)控制 溶氧（溶氧（DO）是好氧微生物生長繁殖、產(chǎn)生是好氧微生物生長繁殖、產(chǎn)生代謝產(chǎn)物必需的，而微生物只能利用溶解到液代謝產(chǎn)物必需的，而微生物只能利用溶解到液體中的氧，故溶氧往往是最易成為控制因素。體中的氧，故溶氧往往是最易成為控制因素。 28，氧在發(fā)酵液中的，氧在發(fā)酵液中的100的空氣飽和濃度的空氣飽和濃度只有只有0.25 mmol/L左右，比

30、糖的溶解度小左右，比糖的溶解度小7000倍。倍。在對數(shù)生長期即使發(fā)酵液中的溶氧能達到在對數(shù)生長期即使發(fā)酵液中的溶氧能達到100空氣飽和度，若此時中止供氧，發(fā)酵液中溶氧可空氣飽和度，若此時中止供氧，發(fā)酵液中溶氧可在幾分鐘之內(nèi)便耗竭，使溶氧成為限制因素。在幾分鐘之內(nèi)便耗竭，使溶氧成為限制因素。 8.3.2 微生物對氧的需求微生物對氧的需求8.3.2.1 描述微生物需氧的物理量描述微生物需氧的物理量呼吸強度（呼吸強度（QO2）：）：單位質(zhì)量干菌體在單位時間內(nèi)單位質(zhì)量干菌體在單位時間內(nèi)所吸收的氧氣量，所吸收的氧氣量，mol /（kgs）或）或mol /（Ls）.又又稱為比耗氧速率。稱為比耗氧速率。耗氧

31、速率耗氧速率(r)：單位時間內(nèi)單位體積的發(fā)酵液所單位時間內(nèi)單位體積的發(fā)酵液所需要的氧量。需要的氧量。mol /Lh 或或mol /（m3s） 。r= QO2X X為發(fā)酵液中菌體濃度為發(fā)酵液中菌體濃度8.3.2.2影響微生物對氧需求的因素影響微生物對氧需求的因素（1）微生物種類影響其需氧量）微生物種類影響其需氧量p118（2）發(fā)酵液中溶氧濃度影響微生物的呼吸強度）發(fā)酵液中溶氧濃度影響微生物的呼吸強度n當(dāng)發(fā)酵液中的溶氧濃度較低時，微生物的呼吸當(dāng)發(fā)酵液中的溶氧濃度較低時，微生物的呼吸強度隨溶氧濃度的增加而顯著增大，此時若限強度隨溶氧濃度的增加而顯著增大，此時若限制發(fā)酵液中的溶氧濃度，會嚴重影響微生物

32、的制發(fā)酵液中的溶氧濃度，會嚴重影響微生物的代謝活動。代謝活動。n當(dāng)溶氧濃度繼續(xù)增加到某一數(shù)值，微生物的呼當(dāng)溶氧濃度繼續(xù)增加到某一數(shù)值，微生物的呼吸強度達到最大值。吸強度達到最大值。臨界溶解氧濃度（臨界溶解氧濃度（C 臨界臨界）：）： 微生物對發(fā)酵液中微生物對發(fā)酵液中溶氧濃度的溶氧濃度的最低值最低值。是滿足微生物是滿足微生物呼吸的最低氧濃度呼吸的最低氧濃度，即，即呼吸臨界氧呼吸臨界氧值值（不影響呼吸所允許的最低值）（不影響呼吸所允許的最低值）工業(yè)發(fā)酵中，好氧微生工業(yè)發(fā)酵中，好氧微生物的臨界溶解氧濃度一物的臨界溶解氧濃度一般為般為0.0030.05mmol/L.a. 一般微生物的臨界溶氧濃度很小，

33、通過一般微生物的臨界溶氧濃度很小，通過通風(fēng)攪通風(fēng)攪拌拌很容易滿足發(fā)酵過程中需氧。很容易滿足發(fā)酵過程中需氧。b. 微生物的呼吸臨界氧值與產(chǎn)物合成臨界氧值微生物的呼吸臨界氧值與產(chǎn)物合成臨界氧值不相同。不相同。 頭孢菌素頭孢菌素 卷須霉素卷須霉素生長生長 5-7% 13-23%產(chǎn)物產(chǎn)物 10-20% 8%呼吸臨界氧值呼吸臨界氧值（3）培養(yǎng)基的成分和濃度影響微生物需氧）培養(yǎng)基的成分和濃度影響微生物需氧n當(dāng)培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富時，細胞生長繁殖速度快，對氧當(dāng)培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富時，細胞生長繁殖速度快，對氧的需求量大；的需求量大；n當(dāng)培養(yǎng)基濃度高時，微生物耗氧量也大。當(dāng)培養(yǎng)基濃度高時，微生物耗氧量也大。（4）微生物的菌

34、齡影響其需氧量）微生物的菌齡影響其需氧量n剛接入發(fā)酵培養(yǎng)基中的幼齡菌，生長旺盛，細胞的剛接入發(fā)酵培養(yǎng)基中的幼齡菌，生長旺盛，細胞的呼吸強度較大，需氧量大；呼吸強度較大，需氧量大；n隨著培養(yǎng)時間延長，當(dāng)微生物處于對數(shù)生長期時，隨著培養(yǎng)時間延長，當(dāng)微生物處于對數(shù)生長期時， 細胞呼吸旺盛，需氧量大；細胞呼吸旺盛，需氧量大；n在發(fā)酵后期菌體進入衰老狀態(tài)，需氧量自然減弱。在發(fā)酵后期菌體進入衰老狀態(tài)，需氧量自然減弱。（5）發(fā)酵條件影響微生物需氧量）發(fā)酵條件影響微生物需氧量n最適培養(yǎng)條件下發(fā)酵，微生物的生長和最適培養(yǎng)條件下發(fā)酵，微生物的生長和代謝處于最旺盛狀態(tài)，則需氧量大；代謝處于最旺盛狀態(tài)，則需氧量大；n

35、如果某些發(fā)酵條件不合適，則必然影響如果某些發(fā)酵條件不合適，則必然影響微生物的生長和代謝，需氧量則小。微生物的生長和代謝，需氧量則小。8.3.4 影響供氧的因素（1）發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)對供氧的影響）發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)對供氧的影響n通風(fēng)效率隨發(fā)酵罐高徑比通風(fēng)效率隨發(fā)酵罐高徑比(H/D ) 的增大而增加的增大而增加. 機械機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的高徑比攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的高徑比 (H/D )通常選取通常選取23（2）攪拌和通氣對供氧的影響）攪拌和通氣對供氧的影響n機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌器可以明顯改善通氣效機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌器可以明顯改善通氣效率，增加氧的傳遞和溶解。還可以通過調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)率，增加氧的傳遞和溶解。還可以

36、通過調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速或通風(fēng)量來控制溶氧。速或通風(fēng)量來控制溶氧。（3 ）壓力對供氧的影響）壓力對供氧的影響n適當(dāng)提高發(fā)酵罐的罐壓或空氣中氧分壓，可增加氧適當(dāng)提高發(fā)酵罐的罐壓或空氣中氧分壓，可增加氧的溶解度。的溶解度。n好氧發(fā)酵過程的罐壓一般選為好氧發(fā)酵過程的罐壓一般選為0.050.1MPa。（4）發(fā)酵液性質(zhì)對供氧的影響）發(fā)酵液性質(zhì)對供氧的影響n微生物的生長繁殖和代謝，會引起發(fā)酵液的性質(zhì)如微生物的生長繁殖和代謝，會引起發(fā)酵液的性質(zhì)如密度、黏度、表面張力等發(fā)生變化，這些變化都對密度、黏度、表面張力等發(fā)生變化，這些變化都對氣泡的大小、氣泡的穩(wěn)定性、液體的湍動性及界面氣泡的大小、氣泡的穩(wěn)定性、液體的湍動性及

37、界面或液膜阻力等產(chǎn)生很大的影響，從而影響到氧的傳或液膜阻力等產(chǎn)生很大的影響，從而影響到氧的傳遞速率。遞速率。（5）微生物生長對供氧的影響）微生物生長對供氧的影響n發(fā)酵液的攝氧率隨菌體濃度的增加而按比例增發(fā)酵液的攝氧率隨菌體濃度的增加而按比例增加，但是氧的傳遞速率則隨菌體濃度的增加而加，但是氧的傳遞速率則隨菌體濃度的增加而減少。因此，一般控制微生物的比生長速率比減少。因此，一般控制微生物的比生長速率比臨界值略高一點的水平，使菌體達到最適濃度，臨界值略高一點的水平，使菌體達到最適濃度，用以控制最適溶氧濃度和耗氧速度。用以控制最適溶氧濃度和耗氧速度。8.4 泡沫對發(fā)酵的影響及控制泡沫對發(fā)酵的影響及控

38、制n泡沫：泡沫：氣體被分散在少量液體中的膠體體系。泡氣體被分散在少量液體中的膠體體系。泡沫間被一層液膜隔開而彼此不相連通。沫間被一層液膜隔開而彼此不相連通。n發(fā)酵泡沫：分散相發(fā)酵泡沫：分散相無菌空氣和代謝氣體；無菌空氣和代謝氣體； 連續(xù)相連續(xù)相 發(fā)酵液發(fā)酵液8.4.1 泡沫的產(chǎn)生原因泡沫的產(chǎn)生原因（1）好氧發(fā)酵過程中，為了適應(yīng)微生物的生理特性，）好氧發(fā)酵過程中，為了適應(yīng)微生物的生理特性，需要不斷需要不斷通入大量的無菌空氣；通入大量的無菌空氣；（2）為加速氧在培養(yǎng)液中的溶解度，必須進行）為加速氧在培養(yǎng)液中的溶解度，必須進行劇烈劇烈的攪拌的攪拌，使空氣成為無數(shù)的小氣泡，以增加氣液的，使空氣成為無數(shù)

39、的小氣泡，以增加氣液的界面，利于溶氧；界面，利于溶氧；（3）微生物生長和代謝過程中不斷排出的廢氣（如）微生物生長和代謝過程中不斷排出的廢氣（如氨氣、氨氣、CO2等等);（4）發(fā)酵液中蛋白質(zhì)、糖和脂肪等容易）發(fā)酵液中蛋白質(zhì)、糖和脂肪等容易發(fā)泡物質(zhì)的發(fā)泡物質(zhì)的存在。存在。培養(yǎng)液的理化性質(zhì)對泡沫形成和穩(wěn)定起決定性作用；培養(yǎng)液的理化性質(zhì)對泡沫形成和穩(wěn)定起決定性作用；玉米漿、糖蜜所含蛋白質(zhì)及細胞本身具有穩(wěn)定泡沫的玉米漿、糖蜜所含蛋白質(zhì)及細胞本身具有穩(wěn)定泡沫的作用。作用。培養(yǎng)液的溫度、酸堿度、濃度等對發(fā)酵過程的泡沫的培養(yǎng)液的溫度、酸堿度、濃度等對發(fā)酵過程的泡沫的穩(wěn)定性也穩(wěn)定性也有一定的影響有一定的影響。一

40、般在含有復(fù)合氮源的通氣發(fā)酵中會產(chǎn)生大量泡沫。一般在含有復(fù)合氮源的通氣發(fā)酵中會產(chǎn)生大量泡沫。n氣泡的穩(wěn)定性氣泡的穩(wěn)定性主要與主要與液體的表面張力、表觀黏度和泡液體的表面張力、表觀黏度和泡沫的機械強度有關(guān)。沫的機械強度有關(guān)。影響泡沫形成及穩(wěn)定性的因素影響泡沫形成及穩(wěn)定性的因素泡沫的存在泡沫的存在類類型？型？ 一類存在于發(fā)酵液的液面上：一類存在于發(fā)酵液的液面上：這類泡沫氣相所占比例這類泡沫氣相所占比例特別大，泡沫與下面的液體之間有能分辨的界限。特別大，泡沫與下面的液體之間有能分辨的界限。一類存在于粘稠的發(fā)酵液中一類存在于粘稠的發(fā)酵液中：這類泡沫分散很細、這類泡沫分散很細、很很均勻、很穩(wěn)定，泡沫與液體

41、之間沒有明顯的界限，在均勻、很穩(wěn)定，泡沫與液體之間沒有明顯的界限，在發(fā)酵液中氣體分散相所占比例由上而下逐漸增加。發(fā)酵液中氣體分散相所占比例由上而下逐漸增加。 （1 1）與培養(yǎng)基的原料有關(guān)：）與培養(yǎng)基的原料有關(guān)：n玉米漿、蛋白胨、花生餅粉、黃豆餅粉、酵母玉米漿、蛋白胨、花生餅粉、黃豆餅粉、酵母粉、糖蜜等是發(fā)泡的主要因素。粉、糖蜜等是發(fā)泡的主要因素。起泡能力隨品起泡能力隨品種、產(chǎn)地、加工、貯藏條件而有所不同。種、產(chǎn)地、加工、貯藏條件而有所不同。n含含花生餅粉或黃豆餅粉的花生餅粉或黃豆餅粉的培養(yǎng)基，黏度比較大，培養(yǎng)基，黏度比較大，產(chǎn)生的泡沫多又持久。產(chǎn)生的泡沫多又持久。n糖類糖類本身起泡能力較低，但

42、高濃度的糖增加了本身起泡能力較低，但高濃度的糖增加了發(fā)酵液黏度，起穩(wěn)定泡沫的作用發(fā)酵液黏度，起穩(wěn)定泡沫的作用8.4.2 發(fā)酵過程中泡沫的消長規(guī)律？發(fā)酵過程中泡沫的消長規(guī)律？ （2）與）與通氣、攪拌通氣、攪拌有關(guān)有關(guān)n滅菌方法、溫度和時間滅菌方法、溫度和時間會改變培養(yǎng)基的會改變培養(yǎng)基的性質(zhì)，從而影響起泡能力。性質(zhì)，從而影響起泡能力。n舉例：糖蜜的滅菌溫度從舉例：糖蜜的滅菌溫度從110升高到升高到130，30min，發(fā)泡系數(shù)，發(fā)泡系數(shù)qm幾乎增加一幾乎增加一倍。這是由于形成大量蛋白黑色素和倍。這是由于形成大量蛋白黑色素和5-羥甲基羥甲基(呋喃醇呋喃醇)糠醛所致?？啡┧?。6.5040培養(yǎng)時間（h）

43、表面張力圖圖6-6 6-6 霉菌發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的性霉菌發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的性質(zhì)與泡沫的關(guān)系質(zhì)與泡沫的關(guān)系表觀黏度表面張力泡沫壽命表觀黏度以霉菌發(fā)酵為例以霉菌發(fā)酵為例發(fā)酵過程中泡沫的消長規(guī)律發(fā)酵過程中泡沫的消長規(guī)律發(fā)酵初期：發(fā)酵初期：培養(yǎng)基濃度大，粘度高，營養(yǎng)豐培養(yǎng)基濃度大，粘度高，營養(yǎng)豐富。泡沫的高穩(wěn)定性與發(fā)酵液的高表觀黏度富。泡沫的高穩(wěn)定性與發(fā)酵液的高表觀黏度和低界面張力有關(guān)；和低界面張力有關(guān)；隨著發(fā)酵進行，隨著發(fā)酵進行，霉菌產(chǎn)生的霉菌產(chǎn)生的蛋白酶、淀粉酶蛋白酶、淀粉酶的的增多和對營養(yǎng)物質(zhì)的利用，增多和對營養(yǎng)物質(zhì)的利用，造成產(chǎn)生泡沫造成產(chǎn)生泡沫的蛋白質(zhì)等物質(zhì)分解的蛋白質(zhì)等物質(zhì)分解，培養(yǎng)液的性

44、質(zhì)發(fā)生改培養(yǎng)液的性質(zhì)發(fā)生改變，變，黏度降低黏度降低促使促使表面張力表面張力上升，泡沫減少上升，泡沫減少（發(fā)酵最旺盛泡沫最多）；（發(fā)酵最旺盛泡沫最多）；n發(fā)酵后期：發(fā)酵后期：由于微生物由于微生物細胞的自溶細胞的自溶，又又使可溶性使可溶性蛋白的濃度增加，蛋白的濃度增加，促使發(fā)酵過促使發(fā)酵過程的泡沫上升。程的泡沫上升。n此外，發(fā)酵過程中此外，發(fā)酵過程中染菌染菌使發(fā)酵液的黏度使發(fā)酵液的黏度變大，產(chǎn)生大量的泡沫。變大，產(chǎn)生大量的泡沫。n微生物的呼吸和發(fā)酵產(chǎn)生大量的微生物的呼吸和發(fā)酵產(chǎn)生大量的CO2等氣等氣體排放到發(fā)酵液中，也會引起大量泡沫體排放到發(fā)酵液中，也會引起大量泡沫的產(chǎn)生。的產(chǎn)生。8.4.3 過多

45、的、持久性泡沫給發(fā)酵帶來的影響過多的、持久性泡沫給發(fā)酵帶來的影響（1 1）使發(fā)酵罐的裝料系數(shù)減少；）使發(fā)酵罐的裝料系數(shù)減少；（2 2）造成排氣管有大量逃液，導(dǎo)致產(chǎn)物的損失；）造成排氣管有大量逃液，導(dǎo)致產(chǎn)物的損失；（3 3）泡沫）泡沫“頂罐頂罐”有可能使培養(yǎng)基從攪拌的軸封滲出，有可能使培養(yǎng)基從攪拌的軸封滲出，增加了染菌的機會；增加了染菌的機會；（4 4）影響通氣攪拌的正常進行，妨礙微生物的呼吸造）影響通氣攪拌的正常進行，妨礙微生物的呼吸造成發(fā)酵異常，導(dǎo)致終產(chǎn)物產(chǎn)量下降；成發(fā)酵異常，導(dǎo)致終產(chǎn)物產(chǎn)量下降；（5 5）菌體提早自溶，這一過程的發(fā)展又會促使更多的）菌體提早自溶，這一過程的發(fā)展又會促使更多的

46、泡沫生成；泡沫生成；（6 6）增加微生物群體的非均一性：由于泡沫的液位變動，）增加微生物群體的非均一性：由于泡沫的液位變動，及不同生長周期微生物隨泡沫漂浮或粘附在罐蓋或罐及不同生長周期微生物隨泡沫漂浮或粘附在罐蓋或罐壁上，使微生物生長的環(huán)境發(fā)生了改變，影響了微生壁上，使微生物生長的環(huán)境發(fā)生了改變，影響了微生物群體的效果；物群體的效果；（7 7）為將泡沫控制在一定范圍內(nèi)，需加入消泡劑，但會）為將泡沫控制在一定范圍內(nèi)，需加入消泡劑，但會對發(fā)酵工藝和產(chǎn)物的提取帶來困難。對發(fā)酵工藝和產(chǎn)物的提取帶來困難。因此，如何控制發(fā)酵過程中產(chǎn)生的泡沫，是使發(fā)酵過程因此，如何控制發(fā)酵過程中產(chǎn)生的泡沫，是使發(fā)酵過程得以

47、順利進行和取得高產(chǎn)、高效的重要因素之一。得以順利進行和取得高產(chǎn)、高效的重要因素之一。 8.4.4 發(fā)酵過程中泡沫發(fā)酵過程中泡沫消除和控消除和控制制 主要有化學(xué)消泡化學(xué)消泡和機械消泡機械消泡兩種方法（一）化學(xué)消泡（一）化學(xué)消泡使用化學(xué)消泡劑的消泡法使用化學(xué)消泡劑的消泡法 當(dāng)把化學(xué)消泡劑加入到發(fā)酵體系中，當(dāng)把化學(xué)消泡劑加入到發(fā)酵體系中，由于消泡劑本身的表面張力相對于發(fā)酵液由于消泡劑本身的表面張力相對于發(fā)酵液來說是比較低的，一旦接觸到氣泡的表面，來說是比較低的，一旦接觸到氣泡的表面，將會使氣泡膜局部的表面張力降低，力的將會使氣泡膜局部的表面張力降低，力的平衡受到破壞，因而使氣泡破裂或合并，平衡受到破

48、壞，因而使氣泡破裂或合并，最后導(dǎo)致泡沫破裂。最后導(dǎo)致泡沫破裂。問題問題1 1化學(xué)消泡的原理？化學(xué)消泡的原理？n若泡沫的表面層存在著極性的表面活性物質(zhì)而若泡沫的表面層存在著極性的表面活性物質(zhì)而形成雙電層時，加入帶相反電荷的表面活性劑，形成雙電層時，加入帶相反電荷的表面活性劑，可以降低膜的彈性（機械強度），或加入某些可以降低膜的彈性（機械強度），或加入某些具有強極性的物質(zhì)與起泡劑爭奪液膜上的空間，具有強極性的物質(zhì)與起泡劑爭奪液膜上的空間，并使液膜的機械強度降低，進而促使泡沫破裂。并使液膜的機械強度降低，進而促使泡沫破裂。n當(dāng)泡沫的液膜具有較大的表面黏度時，加入某當(dāng)泡沫的液膜具有較大的表面黏度時，加

49、入某些分子內(nèi)聚力較弱的物質(zhì)，可降低膜的表面黏些分子內(nèi)聚力較弱的物質(zhì)，可降低膜的表面黏度，從而促使液膜的液體流失而使泡沫破裂。度，從而促使液膜的液體流失而使泡沫破裂。問題問題2 2化學(xué)消泡劑有哪些特點？化學(xué)消泡劑有哪些特點？ 1. 1.化學(xué)消泡劑必須是表面活性劑，化學(xué)消泡劑必須是表面活性劑，具有較低的表面具有較低的表面張力，消泡作用迅速高效；張力，消泡作用迅速高效；2.2.具有一定的親水性，具有一定的親水性，以使消泡劑對氣以使消泡劑對氣- -液界面的分液界面的分散系數(shù)足夠大，從而迅速發(fā)揮消泡活性；散系數(shù)足夠大，從而迅速發(fā)揮消泡活性；3.3.在水中的溶解度必須較小，在水中的溶解度必須較小，以保持持

50、久的消泡或抑以保持持久的消泡或抑泡性能；泡性能；4.4.對人、畜及微生物細胞無毒性，對人、畜及微生物細胞無毒性，對微生物生長和代對微生物生長和代謝產(chǎn)物的提取分離和產(chǎn)品的質(zhì)量無影響；謝產(chǎn)物的提取分離和產(chǎn)品的質(zhì)量無影響；5.5.不影響氧在培養(yǎng)液的溶解和傳遞。不影響氧在培養(yǎng)液的溶解和傳遞。 天然油脂類、聚醚類、高級醇類和硅樹脂類。天然油脂類、聚醚類、高級醇類和硅樹脂類。1、天然油脂、天然油脂n玉米油、豆油、米糠油、棉籽油、魚油和豬油等，玉米油、豆油、米糠油、棉籽油、魚油和豬油等，除作消泡劑外，還可作為碳源。除作消泡劑外，還可作為碳源。n其消沫能力不強，需注意油脂的新鮮程度，以免其消沫能力不強，需注意

51、油脂的新鮮程度，以免生長和產(chǎn)物合成受抑制。生長和產(chǎn)物合成受抑制。問題問題3 3發(fā)酵過程中常用的化學(xué)消泡劑主要有哪些？發(fā)酵過程中常用的化學(xué)消泡劑主要有哪些？2、聚醚類、聚醚類n應(yīng)用較多的為應(yīng)用較多的為聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯丙烯甘油丙烯甘油(俗稱泡敵俗稱泡敵)。n用量用量0.03左右，消沫能力比植物油左右，消沫能力比植物油大大10倍以上。倍以上。n泡敵親水性好泡敵親水性好，在發(fā)泡介質(zhì)中易鋪展，在發(fā)泡介質(zhì)中易鋪展，消沫能力強，但其溶解度也大，消沫活消沫能力強，但其溶解度也大，消沫活性維持時間較短。在黏稠發(fā)酵液中使用性維持時間較短。在黏稠發(fā)酵液中使用效果比在稀薄發(fā)酵液中更好。效果

52、比在稀薄發(fā)酵液中更好。3、高級醇、高級醇n十八醇是高級醇類中常用的一種，可單十八醇是高級醇類中常用的一種，可單獨或與載體一起使用。它與冷榨豬油一獨或與載體一起使用。它與冷榨豬油一起能有效控制青霉素發(fā)酵的泡沫。起能有效控制青霉素發(fā)酵的泡沫。n聚二醇具有消沫效果持久的特點，尤其聚二醇具有消沫效果持久的特點，尤其適用于霉菌發(fā)酵。適用于霉菌發(fā)酵。4、硅酮類、硅酮類n典型代表是典型代表是聚二甲基硅氧烷及其衍生物聚二甲基硅氧烷及其衍生物，不溶于水，不溶于水，單獨使用效果很差；常與分散劑單獨使用效果很差；常與分散劑(微晶微晶Si02)一起使一起使用，也可與水配成用，也可與水配成10的純硅酮乳液；的純硅酮乳液

53、；n適用于微堿性放線菌和細菌發(fā)酵。在適用于微堿性放線菌和細菌發(fā)酵。在pH5左右的發(fā)左右的發(fā)酵液中效果較差。酵液中效果較差。n羥基聚二甲基硅氧烷羥基聚二甲基硅氧烷是一種含烴基的親水性硅酮消是一種含烴基的親水性硅酮消泡劑，曾用于青霉素和土霉素發(fā)酵中。消泡能力隨泡劑，曾用于青霉素和土霉素發(fā)酵中。消泡能力隨羥基含量羥基含量(0.223.13)的增加而提高。的增加而提高。n氟化烷烴氟化烷烴是一種潛在的消沫劑，它的表面能比烴類、是一種潛在的消沫劑，它的表面能比烴類、有機硅類要小，為有機硅類要小，為0.0090.018 N/m。問題問題4 4為增加消泡劑效果，生產(chǎn)上常用方法？為增加消泡劑效果，生產(chǎn)上常用方法

54、？通過機械分散。通過機械分散。使消泡劑更易在發(fā)酵液中進行分散；使消泡劑更易在發(fā)酵液中進行分散；將消泡劑與載體一起使用將消泡劑與載體一起使用。使消泡劑分散于載體中，。使消泡劑分散于載體中，兩者并用具明顯的增效作用，如當(dāng)用聚氧丙烯甘油作兩者并用具明顯的增效作用，如當(dāng)用聚氧丙烯甘油作消泡劑時，以豆油為載體的消泡增效作用相當(dāng)明顯；消泡劑時，以豆油為載體的消泡增效作用相當(dāng)明顯；多種消泡劑并用可增強消泡作用。多種消泡劑并用可增強消泡作用。如用如用0.5%-3%的硅的硅酮、酮、20%-30%的植物油、的植物油、5%-10%的聚乙醇二油酸酯、的聚乙醇二油酸酯、1%-4%的多元醇脂肪酸與水組成的混合消泡劑也具有

55、的多元醇脂肪酸與水組成的混合消泡劑也具有明顯的消泡增強效果；明顯的消泡增強效果；利用乳化劑增強消泡劑的消泡作用利用乳化劑增強消泡劑的消泡作用。如消泡劑聚氧丙。如消泡劑聚氧丙烯甘油用吐溫為乳化劑的增效作用可提高烯甘油用吐溫為乳化劑的增效作用可提高1-2倍。倍。機械消泡機械消泡機械消泡機械消泡是靠機械強烈振動和壓力的變化，促使氣是靠機械強烈振動和壓力的變化，促使氣泡破裂，或借助于機械力將排出氣體中的液體加以泡破裂，或借助于機械力將排出氣體中的液體加以分離回收，從而達到消泡的作用。分離回收，從而達到消泡的作用。優(yōu)點優(yōu)點：不需在發(fā)酵液中加入其他物質(zhì)，減少了由于：不需在發(fā)酵液中加入其他物質(zhì)，減少了由于加

56、入消泡劑所引起的染菌機會和對后繼分離工藝的加入消泡劑所引起的染菌機會和對后繼分離工藝的影響。影響。缺點缺點：機械消泡的效果不如化學(xué)消泡迅速、可靠，：機械消泡的效果不如化學(xué)消泡迅速、可靠，不能從根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素，同時它還不能從根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素，同時它還需要一定的設(shè)備和消耗一定的動力。需要一定的設(shè)備和消耗一定的動力。 理想的機械消泡的裝置理想的機械消泡的裝置必須滿足：動力必須滿足：動力消耗少、結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、清洗殺消耗少、結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、清洗殺菌容易、維修保養(yǎng)費用少等。菌容易、維修保養(yǎng)費用少等。 機械消泡的方法：機械消泡的方法：罐內(nèi)消泡罐內(nèi)消泡：在發(fā)酵罐內(nèi)將泡沫消除

57、。在發(fā)酵罐內(nèi)將泡沫消除。罐外消泡罐外消泡：將泡沫引出罐外，通過噴嘴的加速：將泡沫引出罐外，通過噴嘴的加速作用或離心力粉碎泡沫，消除后再將液體返回作用或離心力粉碎泡沫，消除后再將液體返回發(fā)酵罐內(nèi)。發(fā)酵罐內(nèi)。罐內(nèi)機械消泡罐內(nèi)機械消泡 裝置：耙式消泡槳裝置：耙式消泡槳耙式消泡槳耙式消泡槳: :結(jié)構(gòu)比較簡單的罐內(nèi)機械消泡裝置如下圖結(jié)構(gòu)比較簡單的罐內(nèi)機械消泡裝置如下圖: :它裝在發(fā)酵罐的攪拌軸上，安裝時槳上的齒面略高于液面，靠它裝在發(fā)酵罐的攪拌軸上，安裝時槳上的齒面略高于液面，靠軸的旋轉(zhuǎn)帶動來打碎泡沫，起到消泡的作用。軸的旋轉(zhuǎn)帶動來打碎泡沫，起到消泡的作用。該裝置消泡只是一種簡單的消泡措施，該裝置消泡只

58、是一種簡單的消泡措施，消泡作用并不完全，消泡作用并不完全，一一般當(dāng)有少量的泡沫產(chǎn)生時，般當(dāng)有少量的泡沫產(chǎn)生時，耙齒耙齒能隨時將泡沫打碎；但當(dāng)有大能隨時將泡沫打碎；但當(dāng)有大量泡沫產(chǎn)生時，耙齒就來不及將泡沫打碎，而當(dāng)泡沫超過耙槳量泡沫產(chǎn)生時，耙齒就來不及將泡沫打碎，而當(dāng)泡沫超過耙槳時，就將失去消泡作用。時，就將失去消泡作用。 旋轉(zhuǎn)圓板式的機械消泡：旋轉(zhuǎn)圓板式的機械消泡：裝置設(shè)置在發(fā)酵罐內(nèi)裝置設(shè)置在發(fā)酵罐內(nèi)的氣相中，與發(fā)酵液的液面保持平行。圓板旋的氣相中，與發(fā)酵液的液面保持平行。圓板旋轉(zhuǎn)的同時將槽內(nèi)發(fā)酵液注入圓板的中央，通過轉(zhuǎn)的同時將槽內(nèi)發(fā)酵液注入圓板的中央，通過離心力將破碎成微小泡沫的微粒散向槽壁

59、，以離心力將破碎成微小泡沫的微粒散向槽壁，以達到消泡的目的。達到消泡的目的。沖擊反射板機械消泡：沖擊反射板機械消泡：這是一種把氣體吹入液這是一種把氣體吹入液面上部，然后通過在液面上部設(shè)置的沖擊反射，面上部，然后通過在液面上部設(shè)置的沖擊反射，吹回到液面，而將液面上產(chǎn)生的泡沫擊碎的方吹回到液面，而將液面上產(chǎn)生的泡沫擊碎的方法。法。 旋轉(zhuǎn)葉片罐外機械消泡：旋轉(zhuǎn)葉片罐外機械消泡：將泡沫引出罐外，利用裝置將泡沫引出罐外，利用裝置中的旋轉(zhuǎn)葉片所產(chǎn)生的沖擊力和剪切力進行消泡。中的旋轉(zhuǎn)葉片所產(chǎn)生的沖擊力和剪切力進行消泡。離心力消泡：離心力消泡：將泡沫注入用網(wǎng)眼及篩目較大的篩子做將泡沫注入用網(wǎng)眼及篩目較大的篩子

60、做成的筐中，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將泡沫分散，而達成的筐中，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將泡沫分散，而達到消泡的目的。到消泡的目的。旋風(fēng)分離器消泡旋風(fēng)分離器消泡：發(fā)酵罐內(nèi)產(chǎn)生的泡沫通過旋風(fēng)分離：發(fā)酵罐內(nèi)產(chǎn)生的泡沫通過旋風(fēng)分離器上部進入脫泡器，并與脫泡器下方引入的氣體逆向器上部進入脫泡器，并與脫泡器下方引入的氣體逆向接觸使其破碎。接觸使其破碎。轉(zhuǎn)向板消泡轉(zhuǎn)向板消泡：泡沫以：泡沫以30-90m/s30-90m/s的速度的速度由噴頭向轉(zhuǎn)向板使泡沫破碎，分離液用泵送回發(fā)酵罐由噴頭向轉(zhuǎn)向板使泡沫破碎，分離液用泵送回發(fā)酵罐內(nèi)，而氣體則排出消泡器外。內(nèi)，而氣體則排出消泡器外。罐外機械消泡罐外機械消泡 消泡劑應(yīng)用實例及