發(fā)酵工程的知識(shí)講座

1、關(guān)于發(fā)酵工程知識(shí)講座第1頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(fā)酵與我們的生活第2頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(fā)酵與我們的生活維生素氨基酸干擾素疫 苗青霉素第3頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(fā)酵與我們的生活生 物 菌 肥生 物 殺 蟲(chóng) 劑第4頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四主要內(nèi)容發(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)史發(fā)酵工程特點(diǎn)及其類(lèi)型 一、發(fā)酵的特點(diǎn) 二、發(fā)酵的生產(chǎn)類(lèi)型發(fā)酵方法的分類(lèi)及流程發(fā)酵過(guò)程工藝控制 一、提供優(yōu)良的菌種 二、掌握好移種時(shí)機(jī)和接種量第5頁(yè)，共65頁(yè)，2022年

2、，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四主講內(nèi)容 三、發(fā)酵過(guò)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)酵情況的處理第6頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(fā)酵工程概論早期的發(fā)酵概念微生物在無(wú)氧條件下的代謝過(guò)程。英文的發(fā)酵，fermentation一詞來(lái)源于拉丁語(yǔ)的“發(fā)泡”，fervere。發(fā)酵概念的發(fā)展利用微生物在有氧或無(wú)氧條件下的生命活動(dòng)來(lái)制備微生物菌體或代謝產(chǎn)物的過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為發(fā)酵。一、發(fā)酵及發(fā)酵工程的概念第

3、7頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(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(lèi)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(guò)程的一種技術(shù)。 從廣義上講，由上游工程、中游過(guò)程（發(fā)酵工程）、下游過(guò)程三部分組成。第8頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(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(guò)程優(yōu)化與控制發(fā)酵過(guò)程第9頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)

4、9分，星期四發(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長(zhǎng)和代謝活動(dòng)來(lái)大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品的過(guò)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(guò)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。第10頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(fā)酵工程概論抗生素

5、、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)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)酵第11頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四1900以前 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）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)）19501960 誘變技術(shù)與代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立（賴(lài)氨酸發(fā)酵生產(chǎn)）19601970 開(kāi)拓發(fā)酵原料時(shí)期（石油發(fā)酵時(shí)期）1970年以后 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

6、。 近年來(lái)，以現(xiàn)代生物技術(shù)和過(guò)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)。二、發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史第12頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(fā)酵工程特點(diǎn)及其類(lèi)型1.多個(gè)反應(yīng)過(guò)程可在發(fā)酵過(guò)程中一次完成；2.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；3.原料來(lái)源廣泛，可再生；4.可特異性地進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)；5.要求無(wú)菌操作。一、發(fā)酵的特點(diǎn)第13頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四二、發(fā)酵生產(chǎn)類(lèi)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第14頁(yè)，共65頁(yè)

7、，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)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(lèi)、單細(xì)胞蛋白、藥用真菌、生物殺蟲(chóng)劑等）。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，生長(zhǎng)穩(wěn)定期產(chǎn)量最高。第15頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四2、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。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(chēng)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(lái)自于中間代謝產(chǎn)物和初級(jí)

8、代謝產(chǎn)物，如抗生素。第16頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四第17頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四從初生代謝到次生代謝第18頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四3、微生物酶發(fā)酵產(chǎn)酶的特點(diǎn)：產(chǎn)酶的微生物種類(lèi)多，易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)量。分類(lèi)：胞內(nèi)酶 和胞外酶生物合成特點(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。第19頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四4、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)

9、物。如維生素C。第20頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四5、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡微生物濕法冶金利用基因工程菌株開(kāi)拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域。第21頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(fā)酵方法的分類(lèi)及流程一、分類(lèi)： 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)酵第22頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四二、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

10、氣壓縮機(jī) 空氣過(guò)濾器蒸煮滅菌pH調(diào)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(guò)程控制培養(yǎng)基制備種 子 罐液體產(chǎn)品固體產(chǎn)品產(chǎn)品精制第23頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(fā)酵過(guò)程工藝控制 發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程影響因素很多：菌種、培養(yǎng)基、溫度、pH、溶氧、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(guò)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

11、發(fā)酵情況的處理第24頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四發(fā)酵過(guò)程工藝控制 要想通過(guò)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(wú)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)第25頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四二、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(guò)早：生長(zhǎng)緩慢，發(fā)酵周期延長(zhǎng)

12、；給 于雜菌可乘之機(jī)。 移種過(guò)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。第26頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四接種量：決定于生產(chǎn)菌種在發(fā)酵罐中的繁殖速度。一般地，接種量為10%左右。 接種量過(guò)小，除延長(zhǎng)發(fā)酵周期外，往往還引起其它不正常情況。 接種量過(guò)高，會(huì)使菌體生長(zhǎng)過(guò)快，培養(yǎng)液粘度過(guò)高，造成供氧不足。第27頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四典型生長(zhǎng)曲線第28頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)比情況第29頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四微生物發(fā)酵生產(chǎn)的

13、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(lái)。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。由于微生物發(fā)酵經(jīng)過(guò)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(guò)程，必須了解微生物在發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化規(guī)律，通過(guò)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(guò)程，使生產(chǎn)菌種的生產(chǎn)能力得到充分發(fā)揮。三、發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化及規(guī)律第30頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四與代謝有關(guān)的參數(shù)： 1、物

14、理參數(shù) 、溫度 、罐壓 、攪拌速度 、空氣流量 、表觀粘度 、發(fā)酵液重量第31頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四 2、化學(xué)參數(shù) 、基質(zhì)濃度 、pH 、產(chǎn)物濃度 、DNA量 、關(guān)鍵酶 、溶解氧 、排氣中的氧含量 、排氣中的CO2含量第32頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四 3、生物參數(shù) 、菌絲形態(tài) 、菌絲干重或濕重 、菌體比生長(zhǎng)速率 、氧的比消耗速率 、糖的比消耗速率 、氮的比消耗速率 、產(chǎn)物的比生產(chǎn)速率第33頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四四、基質(zhì)濃度變化及控制（一）、碳源濃度變化及控制碳源物質(zhì)是發(fā)酵過(guò)程中菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成的能量和

15、碳素的來(lái)源。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)主要用于產(chǎn)物合成，消耗速度放緩?？焖倮玫奶荚次镔|(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。 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。第34頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四 到發(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。如果采用豐富碳源的培養(yǎng)基，又會(huì)產(chǎn)生其它的問(wèn)題： 如培養(yǎng)基濃度過(guò)高，影響通氣攪拌，過(guò)高的碳源濃度也抑制菌體的生長(zhǎng)。 解決的方法是采取“中間補(bǔ)料”第35頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（二）、氮源濃度變化及控制 氮源物質(zhì)主

16、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。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）的下降速度比較緩慢；發(fā)酵后期，由于菌體自溶，氨基氮會(huì)回升。 氮源物質(zhì)往往抑制次級(jí)產(chǎn)物的合成。 第36頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四快速利用的氮源物質(zhì)： 如氨水、銨鹽促進(jìn)菌體生長(zhǎng)。 緩慢利用的氮源物質(zhì)：有利于延長(zhǎng)產(chǎn)物的合成期。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。 解決方法：“中間補(bǔ)料”。第37頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四五、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)繁殖最重要的因素之一，因?yàn)?/p>

17、任何生物化學(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。第38頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四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)。溫度的控制 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，但要常巡查，確保其正常運(yùn)行。第39頁(yè)，共65頁(yè)

18、，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四六、溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制溶解氧（ CL ） ：溶解于液體（發(fā)酵液）中的氧。氧難溶于水，在25，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氧在水中的溶解度為0.26m mol/L，臨界溶解氧濃度（ CCr）：滿(mǎn)足微生物呼吸的最低限度的溶解氧濃度。一般好氣性微生物約為0.0030.05m mol/L之間。最適氧濃度（ Cm ）：溶氧濃度對(duì)產(chǎn)物合成有一個(gè)最適范圍，CL過(guò)高或過(guò)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。第40頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四第41頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（一

19、）影響需氧和供氧的因素影響需氧量的因素1、菌種特性2、菌體濃度3、菌齡4、培養(yǎng)條件5、代謝類(lèi)型6、培養(yǎng)基成分和濃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)酵液的理化特性第42頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（二）發(fā)酵過(guò)程中溶氧變化規(guī)律批式發(fā)酵無(wú)DO控制情況下，溶氧變化規(guī)律為“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。自然“波谷現(xiàn)象”，一般可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)。補(bǔ)料與“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關(guān)。 a.不能在波谷時(shí)補(bǔ)料，加重缺

20、氧 b. 一次補(bǔ)料不能過(guò)量，防止菌體停止呼吸、死亡 c.每次補(bǔ)料都會(huì)引起一次大的溶氧下降。第43頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（三）溶解氧的應(yīng)用（1）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)酵光密度曲線第44頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（2）補(bǔ)料控制指標(biāo) 中間補(bǔ)料是否得當(dāng)

21、可以從溶解氧的變化看出。 發(fā)酵過(guò)程中出現(xiàn)“發(fā)酸”現(xiàn)象，此時(shí)溶解氧很快下降。（3）代謝方向控制指標(biāo)通過(guò)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)之一 。（4）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)第45頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（四）溶解氧的控制（1）溶解氧控制的一般原則 生長(zhǎng)階段： CL CCr 生產(chǎn)合成階段： CL Cm 過(guò)高的溶氧水平反而對(duì)菌體代謝有不可逆的抑制作用第46頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（2）溶解氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一控制原理發(fā)酵過(guò)程中， 糖量 CL 糖量

22、CL 補(bǔ)糖使CL下降，而CL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（Cm）水平，補(bǔ)糖速率應(yīng)與其相適應(yīng)。 ，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 第47頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四 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)”，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?？刂圃瓌t 加強(qiáng)攪拌轉(zhuǎn)速； 適當(dāng)?shù)目諝饬髁浚?減小培養(yǎng)基粘度； 提高氧分壓； 調(diào)節(jié)微生物呼吸強(qiáng)度的臨界值； 合適的細(xì)胞濃度、碳源種類(lèi)、pH、 溫度等。（3）提高溶氧的方法第48頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四七、 pH對(duì)發(fā)酵

23、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 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。第49頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四 引起發(fā)酵液中pH下降的因素 （1）C/N比過(guò)高，或中間補(bǔ)糖過(guò)多，溶氧不足，致使有機(jī)酸積累，pH下降； （2）消泡劑加得過(guò)多：脂肪酸增加； （3）生理酸性鹽的利用； （4）酸性產(chǎn)物形成：如有機(jī)酸發(fā)酵。 引起發(fā)酵液中pH上升的因素 （1）C/N比過(guò)低（N源過(guò)多），氨基氮

24、（NH4）釋放； （2）中間補(bǔ)料中氨水或尿素等堿性物質(zhì)加入過(guò)多； （3）生理堿性鹽的利用； （4）堿性產(chǎn)物形成。 第50頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（二）發(fā)酵過(guò)程中pH的變化規(guī)律 生長(zhǎng)階段：pH相對(duì)于起始pH有上升或下降的趨勢(shì) 生產(chǎn)階段：pH趨于穩(wěn)定，維持在最適于產(chǎn)物合成的范圍 自溶階段：pH又上升 第51頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（三） pH值對(duì)發(fā)酵的影響 pH值直接影響酶活性； pH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； pH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； pH值影響某些重

25、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。第52頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（四）影響pH變化的因素 培養(yǎng)基成份； 微生物代謝特性； 發(fā)酵條件改變，如通氣量； 菌體自溶或雜菌污染。第53頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（五）最適pH的選擇與調(diào)節(jié) 選擇pH準(zhǔn)則：獲得最大比生產(chǎn)速率和合適的菌體量，以獲得最高產(chǎn)量。 配制不同初始pH的培養(yǎng)基，搖瓶考察發(fā)酵情況。 pH的調(diào)節(jié)方法： 1、調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的配方 2、補(bǔ)料控制 加酸、加堿 增加無(wú)機(jī)氮源 增加碳源物質(zhì) 3、調(diào)節(jié)通氣量第54頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四八、

26、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種基質(zhì)或生長(zhǎng)因子。（一） CO2來(lái)源（二） CO2對(duì)發(fā)酵的影響 影響發(fā)酵液的酸堿平衡； 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)。第55頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（三）CO2濃度的控制方法1、發(fā)酵液中CO2濃度的影響因素： 細(xì)胞呼吸

27、強(qiáng)度； 發(fā)酵液流變學(xué)特性； 通氣攪拌程度； 罐壓大??； 設(shè)備規(guī)模。2、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； 補(bǔ)料。（如補(bǔ)糖，增加CO2 產(chǎn)生，降低PH。）第56頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四九、泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及控制（一）泡沫產(chǎn)生的原因 通風(fēng)和攪拌產(chǎn)生泡沫 微生物代謝氣體形成泡沫 泡沫的產(chǎn)生與培養(yǎng)基性質(zhì)有關(guān) 種子和接種量 染菌第57頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)9分，星期四（二）泡沫對(duì)發(fā)酵的危害 泡沫是好氧發(fā)酵中的正?，F(xiàn)象，但過(guò)多的泡沫給發(fā)酵帶來(lái)負(fù)面影響： 使裝量減少，或造成跑液，使產(chǎn)量降低； 通過(guò)軸封泄漏，污染設(shè)備，增加染菌機(jī)會(huì)； 菌體粘附罐頂、罐壁，發(fā)酵液中菌體量減少； 影響通氣攪拌的進(jìn)行，造成減產(chǎn)或菌體提