發(fā)酵過程中工藝參數(shù)控制及檢測

發(fā)酵過程中工藝參數(shù)控制及檢測第1頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第

一節(jié)工業(yè)發(fā)酵的重要類型第二節(jié)發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)第三節(jié)菌體及基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及控制第四節(jié)溶氧的濃度對發(fā)酵的影響及控制第五節(jié)pH對發(fā)酵的影響及控制

第七章發(fā)酵工藝控制第2頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第六節(jié)溫度對發(fā)酵的影響及控制第七節(jié)二氧化碳對發(fā)酵的影響及控制第八節(jié)補料及泡沫對發(fā)酵的影響及控制第九節(jié)工業(yè)發(fā)酵染菌的防治第十節(jié)發(fā)酵終點的判斷第3頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵的主要類型一、按投料方式分微生物培養(yǎng)有三種方式，分批、連續(xù)培養(yǎng)和分批補料。二、按菌體生長與產(chǎn)物形成關(guān)系分微生物發(fā)酵過程中的動力學類型

類型I、類型II、類型III第4頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵的主要類型㈠分批發(fā)酵法(batchfermentation)

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)酵方法是采用單罐深層分批發(fā)酵法。每一個分批發(fā)酵過程都經(jīng)歷接種、生長繁殖、菌體衰老進而結(jié)束發(fā)酵，最終提取出產(chǎn)物。第5頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵的主要類型（二）連續(xù)發(fā)酵法(continuousfermentation)

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)酵罐中的菌體進行連續(xù)生長和發(fā)酵。

第6頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四Flash1第7頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)工業(yè)發(fā)酵的主要類型（三）補料分批發(fā)酵法(fed-batchfermentation)

補料分批發(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)點在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度。

☆第8頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)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)系分微生物發(fā)酵過程中的動力學類型

類型I、類型II、類型III第9頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四微生物發(fā)酵過程中的動力學類型

比速率：是1克細胞每小時形成產(chǎn)物的克數(shù)或每克細胞每小時利用糖的克數(shù)（g/g.h）或每克細胞每小時繁殖細胞的克數(shù)。第11頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四類型I：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高峰，且高峰基本上在相同的時間出現(xiàn)。如單細胞蛋白生產(chǎn)等。第12頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四類型II：可粗略的分為兩個節(jié)段，在發(fā)酵的第一期菌體迅速生長，產(chǎn)物形成很少或全無，在第二個階段產(chǎn)物高速形成，菌體生長和糖耗也相應(yīng)增加。如檸檬酸和某些氨基酸發(fā)酵。第13頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四類型III：生長和產(chǎn)物是來自兩個代謝途徑，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，如許多抗生素發(fā)酵。

第14頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四Flash2第15頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第

二節(jié)、

發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)工廠設(shè)備越先進，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)酵控制一般分為物理、化學、生物三類。

一、物理參數(shù)

1．

溫度：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)。①如四環(huán)素生產(chǎn)菌在30℃時合成金霉素，35℃時，只產(chǎn)生四環(huán)素，合成方向會改變。②生長溫度與合成溫度不同。如青霉素，生長30℃，合成24.7℃。第16頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

2．

壓力（Pa，帕斯卡）。

98070Pa=1Kg/cm2

1Mpa﹦103Kpa=106Pa。

滅菌壓力1Kg/cm2=0.11Mpa。

發(fā)酵罐壓一般為0.02~0.05Mpa。

第17頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四3．攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）。

罐體積

轉(zhuǎn)速（r/min）通風量（m3/m3.min

）

50L5501：0.650000L1101：0.12一般來說，假如小罐與大罐的幾何相同。但為什么轉(zhuǎn)速會相差這么大？原因大罐氣液接觸時間長，氧的溶解率高，攪拌和通氣均可小些，第18頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四一、物理參數(shù)

4．攪拌功率（KW）

P/VKW/m3

生產(chǎn)上：一般用瓦特計直接測量電動機的耗用功率，從中減去各項傳動摩擦所損耗的功率。對小罐，誤差較大。用電阻應(yīng)變式動力計測量。

第19頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四一、物理參數(shù)5．

通氣量（V/V.min）氣體流量用轉(zhuǎn)子流量計測量。用m3/m3.min，指每分鐘每立方米發(fā)酵液通進1立方米空氣，用1︰1表示。如檸檬酸1︰0.15，而青霉素1︰1。

第20頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四6．粘度

Pa·s(秒）

Pa=1N/m2

是細胞生長和細胞形態(tài)的一項標志，它的大小可改變氧傳遞的阻力，又可表示相對菌體的濃度。

第21頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第22頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四7．濁度：反映單細胞生長狀況的參數(shù)。如大腸桿菌，用光密度650nm上檢測或計數(shù)板計數(shù)。

第23頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

8．料液流量（L/min）

這是控制流體進料的參數(shù)。第24頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

二、化學參數(shù)1．

PH：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。細菌是多少？酵母、霉菌、放線菌？第25頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

二、化學參數(shù)2．

基質(zhì)濃度：指營養(yǎng)成分的濃度，發(fā)酵過程中必須定時測定還原糖，總糖，磷酸鹽、氮（氨基酸或氨氮）等基質(zhì)的濃度。第26頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

二、化學參數(shù)3．

溶解氧濃度：mmol/L,mg/L,ppm或用%（指飽和濃度的百分數(shù)）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)酵的異常情況?？蒲猩嫌糜跈z測設(shè)備供氧能力的指標。第27頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

二、化學參數(shù)5．

產(chǎn)物的濃度：ug/ml，生產(chǎn)中合成期產(chǎn)物的濃度需要測定，如檸檬酸生產(chǎn)用NaOH滴定，抗生素用抑菌圈大小測定。

第28頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

二、化學參數(shù)6．

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加表明是好氧代謝的結(jié)果。第29頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

三、生物參數(shù)1.菌絲形態(tài)：觀察菌絲形態(tài)是生產(chǎn)中最常用的方法。每隔8小時鏡檢，能及時發(fā)現(xiàn)異常染菌。如青霉素生產(chǎn)，生產(chǎn)菌生長分為I.孢子發(fā)芽，II.菌絲增殖，III.菌絲分枝旺盛，出現(xiàn)脂肪顆粒，IV.菌絲生長減緩，細胞內(nèi)出現(xiàn)小氣泡，V.氣泡增大，顆粒消失，產(chǎn)物形成，VI.氣泡延伸，菌絲自溶。第30頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四2.菌體濃度：測定方法有三種：A.濕重法：量100ml發(fā)酵液，進行過濾，濾后菌體用水洗凈，然后用吸水紙將水分擠干，直接稱量。第31頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四B.干重法：上述步驟菌絲放85℃烘干至恒重。第32頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四C.體積法：取樣品10ml放于刻度離心管內(nèi)，用轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分離10min，計算%（V/V）。固體原料也在其中，但如培養(yǎng)基組成不變條件下，具有相對準確性。第33頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)菌體及基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及控制3.1菌體濃度對初級產(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。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)（或底物抑制，分介產(chǎn)物抑制等）。第34頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四①C源，青霉素生產(chǎn)中葡萄糖和乳糖利用。因此工業(yè)上培養(yǎng)基中含有迅速和緩慢利用的混合C源。如為聚合物，利用緩慢。3.2基質(zhì)濃度第35頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四②N源，也有迅速利用和緩慢利用，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、慢混合氮源很重要。生產(chǎn)上可補加有機或無機氮源。3.2基質(zhì)濃度第36頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四③磷酸鹽：P是核酸，許多輔酶，ATP，組成部分，P對微生物生長、代謝有重要作用。工業(yè)多以供應(yīng)KH2PO4、K2HPO4為磷源，配料時，KH2PO4計算，每克KH2PO4理論磷含量227毫克，如將其溶在1L水中，就是227ppm。用鏈霉菌生產(chǎn)四環(huán)素時，菌體生長最適磷為65-70ppm，合成為25-30ppm?！锏?7頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四測定方法：磷與鉬酸銨（NH4）2M0O4作用，生成磷鉬酸銨，在酸性條件下，用VC還原，生成鉬藍，然后比色。第38頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

3.3基質(zhì)濃度的控制分批補料培養(yǎng)（fed-batchculture,簡稱FBC），是指在分批培養(yǎng)過程中，間歇和連續(xù)地補加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法。有報道四環(huán)素發(fā)酵不補料的話，培養(yǎng)72-96h，發(fā)酵單位5500-7000單位/mL，而補糖的批號，發(fā)酵周期延長到120-130h，單位提高到10000-12000u/ml。第39頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四①避免一次投料，菌絲生長過盛。②延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期，提高產(chǎn)量。中間補料的機理☆第40頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

FBC的內(nèi)容①補碳源、氮源（無機和有機），如蛋白胨、玉米漿、硫酸銨、尿素。②無機鹽，微量元素，前體和促進劑。③補全料和補水，總之視情況不同，補單項還是全部。第41頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

補料的時間和方式補料的時間很重要，有人研究加糖時間對四環(huán)素發(fā)酵單位的影響。接種20h45h62h

產(chǎn)量6000u/ml10000u/ml5000u/ml一般認為，過早補糖，可能刺激菌絲生成，加速糖的利用，過遲補糖，可能菌絲的內(nèi)在質(zhì)量已受到一定損害，補糖只是干擾代謝并不能提高產(chǎn)量。第42頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

補料的時間和方式補料的方式：①小量間隙多次補入。②小量連續(xù)滴加補入。③大量多次補入或大量少次補入等。第43頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四補料的實例:如慶大霉素生產(chǎn)，大罐總體積20噸，第一次裝料7噸，接種后15h一次性補5噸，然后在30-60h中小量間隙多次補入6噸料（全料），視生長情況決定是否在80h補適量水。總周期120-130h。第44頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四一、溶氧的濃度對發(fā)酵的影響微生物對氧的需求：

1、C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量

從分子式看出，180g葡萄糖完全氧化需190克O2。2、構(gòu)成細胞成分含有氧，如酵母細胞元素組成為C3.95N6.5O1.94。第45頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)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25℃，1個大氣壓下O2溶解在水中的量為0.2mmol/L，或6.4mg/L。而微生物需氧量20—50mmol/L.h，正常情況下，只能維持20—50秒鐘,水中氧消耗完。怎么供氧呢？用純O2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，沒有實用價值。返回第46頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四基本概念：1、微生物攝氧率（γ

）mmolO2/（L．ｈ）

單位體積培養(yǎng)液每小時消耗的氧量。２、呼吸強度（Ｑo2）

mmolo2/[g（干菌體）.h]

單位重量的干菌體每小時消耗的氧量。

兩者關(guān)系

γ=Qo2.XX—發(fā)酵液中菌體密度（g/L）。第47頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四臨界氧濃度3.臨界氧濃度：微生物對發(fā)酵液中溶解氧濃度有一個最低要求，這個濃度叫臨界氧濃度。第48頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四臨界氧濃度第49頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四①不同微生物C臨界不同，見下表：菌種

溫度.℃C臨界（mg/L）

大腸桿菌

37.80.26

酵母菌

34.80.15

產(chǎn)黃青霉

240.7表明青霉菌攝氧率高，發(fā)酵時空氣通氣量大。第50頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四②同一種菌生長不同階段C臨界不同。如幼齡菌大于老齡菌另外一般生產(chǎn)菌都是：生長期大于合成期的臨界氧濃度。第51頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四二、氧在液體中的溶解特性

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)過一段時間的接觸，氣體分子在氣液兩相中的濃度就會達到動態(tài)平衡。溶解氧的飽和濃度（

C*

）的單位可用mmolo2/L、ppm、和mgo2/L。影響氧飽和濃度的主要因素有：第52頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四二、氧在液體中的溶解特性

（一）溫度：工業(yè)產(chǎn)品大多是隨著溫度升高，溶解度增加，；利用這個特點得到晶體。如檸檬酸、葡萄糖等。而O2正相反，溫度增加，C降低。

溫度（℃）

0℃35℃溶解度（mmolo2/L）2.181.09（純氧）第53頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四（二）溶液的性質(zhì)：氧在不同性質(zhì)的溶液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。

鹽酸

0.5mol1mol2mol1.211.161.12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第54頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四（三）氧分壓；

亨利公式：C*=H-1×Po2C*—在平衡狀態(tài)下液體中氧的溶解度（mmolo2/L）

Po2—氧分壓

MPaH—亨利常數(shù)MPa×L/mmolo2從公式中可知C*與Po2成正比。氣相中氧的濃度取決大氣壓和①純氧；②罐壓提高，Po2提高。C*增大，但不能太高，純氧也可提高。③利用吸氮裝置，減少空氣中的氮氣，增加氧含量。

第55頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四理論上，發(fā)酵過程中：溫度越低，C*越高，溶質(zhì)越稀，C*越高，罐壓越高，C*越大。但工業(yè)上應(yīng)用都受到限制。第56頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四三、氧在溶液中的傳遞

第57頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

N=KLa（C*—CL)式中

N——氧的傳遞速率，

mmolO2/h；

C*

——溶液中飽和溶氧濃度，mmolO2

／L；CL——溶液主流中的溶氧濃度，

mmolO2

／L；

KLa——以濃度差為推動力的氧傳質(zhì)系數(shù)，

1／h；

a——比表面積（單位體積溶液中所含有的氣液接觸面積m2／m3

）。因為a很難測定，所以將

L當成一項，稱為液相體積氧傳遞系數(shù)，

1／h四、氧的傳遞方程式第58頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四N=KLa（C*—CL)雙膜理論：是氣體吸收的基本理論：

P—空氣中的分壓；

Pi—界面處氧分壓；

P—Pi稱為推動力（氣相）

Ci—界面處氧的濃度；CL—液相中氧的濃度；

Ci—CL

為液相推動力。第59頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第60頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四在穩(wěn)定傳質(zhì)過程中通過雙膜的傳氧速率N應(yīng)相等。

N=KGa（P—Pi）=KLa（Ci—CL）

由于Pi和Ci無法測量，因此改為

N=KGa（P—P*）=KLa（C*—CL）

N=KLa（C*—CL)第61頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四五、影響供氧的因素

氧的傳遞速率

N=KLa×（C*-CL）

影響氧傳遞推動力的因素：C*-CL1．提高C*，因素有溫度、溶液、氧分壓，三點都有局限性。在抗生素生產(chǎn)中有時需要補水，原理使溶液稀釋，C*提高。2．降低發(fā)酵液中的CL

如降低通氣量和攪拌速度可降低CL，但發(fā)酵過程中發(fā)酵液的CL不能低于C臨界，否則就會影響微生物的呼吸。第62頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

影響

KLa的因素

經(jīng)過長時間的研究和生產(chǎn)實踐證實，影響發(fā)酵設(shè)備的

KLa

。主要因素有攪拌效率、空氣流速、發(fā)酵液的物理化學性質(zhì)、泡沫狀態(tài)、空氣分布器形狀和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)等。第63頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

（一）攪拌功率對

KLa的影響

（1）攪拌的作用

A.把大氣泡打碎，增加氣液兩相的接觸面積，

KLa增加；B.降低液膜厚度，

KLa增加；C.減少菌絲結(jié)團，減少菌周圍液膜阻力，并有利于排出廢氣；

第64頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第65頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四啤酒酵母培養(yǎng)

攪拌速度(r／min)KLa攝氧率

30040576500169720700216864第66頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四（二）空氣流速

KLa與空氣流速（V）有關(guān)。V增加

KLa增加。但當V增加到一定值后

KLa便不增加，因存在所謂氣泛現(xiàn)象，即空氣流速過大時，氣流形成大氣泡在軸的周圍逸出。

第67頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

螺旋槳式攪拌器圓盤平直葉渦輪攪拌器第68頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四（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，由于粘度變化，而使發(fā)酵液呈多種流變學性質(zhì)（液體的湍動性和液膜的阻力）。一般細菌、酵母發(fā)酵液粘度為一常數(shù)。

放線菌、霉菌粘度不是一個常數(shù)。

☆第69頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四復膜氧電極的原理

溶氧電極可以看作是一種電解電池，它有兩只具有不同電性的電極，一只是銀絲做成的陰極，另一只是鉛皮卷成的陽極。這對電極裝置在兩端開口的細的玻璃套管內(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水及離子的半滲透塑料膜覆蓋，形成一個有一定容積的電池，在電池中加入數(shù)毫升的電解質(zhì)溶液（5molHAC＋0.5molNaAC十0.1molPbAC2）。這就在兩極之間產(chǎn)生了一個電位，使陽極的鉛變成鉛離子Pb++進入電解質(zhì)溶液，同時放出的電子在陰極上把透過半透膜進入電池的氧立即還原成OH—（見圖）

六、液相中氧的濃度的測定第70頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四陽極的反應(yīng)：Pb→Pb+++2e陰極的反應(yīng)：2e+1/2O2+H2O→2OH-￣

第71頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第72頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

復膜氧電極操作：在實罐滅菌時將電極裝入，滅菌后電流表指示為最低值，這時通氣保壓、攪拌、降溫，溶氧CL會達到最大值，電流表指示為100%。一般在抗生素生產(chǎn)時，接種后11個小時電流值保持一定，12小時后開始下降，43小時為最低值，隨后電流值便上升。第73頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

7.2

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)基中的溶解氧達到

，一般發(fā)酵前期隨著微生物攝氧率（γ）的不斷上升，溶氧量出現(xiàn)一個

。經(jīng)過一段時間平穩(wěn)期后，便隨之

。返回★第74頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第75頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四7.3

溶氧的控制菌的生長所需要的氧應(yīng)略高于臨界值?？刂迫苎鯘舛鹊姆椒ㄓ?1.攪拌轉(zhuǎn)速2.進氣量3.適當降溫、補水和加泡敵來改善溶氧水平。第76頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第五節(jié)、pH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。①不同菌生長pH值不同②改變發(fā)酵方向黑曲霉pH2-3時產(chǎn)檸檬酸，pH7時生成草酸。③生長和合成pH不同如鏈霉素產(chǎn)生菌生長的最適pH為6.3-6.9，而合成pH6.7-7.3。第77頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四①改變菌膜電荷。②直接影響酶的活性。③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)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。

pH影響菌生長的機理？

第78頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四（1）調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中由于營養(yǎng)物質(zhì)的分解，菌的代謝等，pH值會發(fā)生變化。調(diào)節(jié)的方法有：①H2SO4和NaOH直接控制②用補硫酸銨和氨水控制PH較高時補加硫酸銨。當pH較低時補加氨水。③可以通過補加糖或油來調(diào)節(jié)pH第79頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四（2）控制最適pH在微生物生長和產(chǎn)物形成的關(guān)系中有四種情況。①比生長速率（u）和產(chǎn)物比生產(chǎn)速率（Qp）最適pH范圍較寬，生產(chǎn)較易控制。②u、Qp二者一個較寬，一個較窄。③二者都較窄，pH又相同。④二者都較窄，pH又不同。第80頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四在發(fā)酵過程中，產(chǎn)熱的因素有生物熱(Q生物)和攪拌熱(Q攪拌)；散熱因素有蒸發(fā)熱(Q蒸發(fā))、輻射熱(Q輻射)。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[Q發(fā)酵，kJ／(m3.h)]，即Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q輻射。

第六節(jié)溫度對發(fā)酵的影響與控制 第81頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第六節(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。①生物熱（Q生物）

C6H12O6+12O6→6CO+6H2O+熱量，除了用于合成外，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（KJ/m3.h)第82頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第六節(jié)溫度對發(fā)酵的影響與控制 ②攪拌熱（Q攪拌）液體與攪拌設(shè)備之間的摩擦產(chǎn)生的熱量。

Q攪拌=P/V×3600。（KW/m3×KJ/Kw.h）3600為熱功當量。第83頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四③蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)）通氣時，引起發(fā)酵液水分的蒸發(fā)被冷空氣和蒸發(fā)水分帶走的熱量叫蒸發(fā)熱。第84頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四④輻射熱（Q輻射）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外輻射。由于Q生物及Q蒸發(fā)在發(fā)酵過程中是隨著時間變化的，因此發(fā)酵熱在整個過程中也隨時間變化，發(fā)酵罐操作也需要降溫、加溫控制。第85頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

①通過測量一定時間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水進出口溫度，用下式計算：Q發(fā)酵=G.c（t1-t2）/V單位千卡/m3.hG—冷卻水c—水的比熱t(yī)1、t2—進出的冷卻水溫度（℃）。V—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3000-5000千卡/立方米.小時。6.2發(fā)酵熱的測定及計算第86頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

抗生素生產(chǎn)，菌的生長和合成需不同溫度。有人試驗青霉素變溫發(fā)酵，起初5小時，維持在30℃，以后降到25℃培養(yǎng)35h，再降到20℃培養(yǎng)85h，最后又提高到25℃，培養(yǎng)40小時，放罐。青霉素產(chǎn)量比在25℃恒溫培養(yǎng)提高14.7%。因此生長的溫度和合成的溫度并不一致。6.3控制溫度的應(yīng)用第87頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四CO2的來源和影響

CO2濃度高對微生物生長不利。1.當細胞膜的脂質(zhì)相中的CO2濃度偏高，細胞膜運輸受到阻礙，生長受到抑制2.使發(fā)酵液pH降低，影響菌生長和產(chǎn)物合成。

第七節(jié)CO2的影響及其控制第88頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四但某些菌又需要適量的CO2

。栽培金針菇菌最明顯。動物細胞培養(yǎng)需要CO2培養(yǎng)箱。

CO2能合成某些小分子前體物質(zhì)如:①丙酮酸+CO2+ATP→草酰乙酸+ADP+Pi。②再如脂肪酸生物合成也需，如乙酰CoA+CO2→丙二酰CoA→長鏈脂肪酸。第89頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四8.1

泡沫的性質(zhì)：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而彼此不相連通。8.2

泡沫的危害：①造成大量的逃液，而使裝料系數(shù)減少。②泡沫從軸封中滲出，增加染菌機會。③妨礙菌的呼吸和生長，使產(chǎn)量下降。

第八節(jié)、泡沫的影響及其控制第90頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

8.3泡沫產(chǎn)生的因素：①與高速攪拌及大空氣流量有關(guān)，發(fā)酵時前期要注意空氣流量，先小后逐步加大②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。③菌種不同，如有的生長慢，易起泡。第91頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

8.4泡沫的消除：①機械消沫：在罐內(nèi)裝消沫漿。但作用不大。②化學消沫：A.消泡劑有天然油，豆油，菜子油等，它還作為碳源被菌利用。B.高分子物質(zhì)如聚氧乙烯氧丙烯甘油，（GPE）又叫泡敵。消泡能力比植物油60-80倍強。目前工業(yè)上已取代油。第92頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第93頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四8.5消泡的原理：①.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，可加入另一種有相反電荷的表面活性劑，可降低其機械強度，促使其破裂。②.泡沫表面粘度較大時，可加入某些分子內(nèi)聚力較小的物質(zhì)，以降低其表面粘度而使其破裂。★第94頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四（一）減少泡沫形成的機會。①原料配比。②補料：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。③滅菌前加.（二）消除已形成的泡沫。起泡時加。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。8.6

控制泡沫的方法第95頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四第九節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)染菌及其防治

所謂發(fā)酵染菌是指在發(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)，從而造成生產(chǎn)損失。據(jù)報道，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5％，谷氨酸發(fā)酵噬菌體感染率1％～2％。染菌對發(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。

第96頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四①消耗營養(yǎng)成分；②分泌某些使抗生素失去活性的物質(zhì)，如青霉素酶能分解青霉素；③分泌代謝產(chǎn)物改變發(fā)酵液的pH值，抑制菌種的生產(chǎn)和產(chǎn)物的合成；④增加發(fā)酵液的粘度造成過濾困難和提取得率下降；一、雜菌的危害第97頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四二、雜菌的檢測1．顯微鏡檢查2．無菌試驗法3．試劑盒檢驗法第98頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四三、染菌發(fā)生的不同時間對發(fā)酵的影響及處理

⑴種子培養(yǎng)期染菌種子培養(yǎng)主要是使生產(chǎn)菌生長與繁殖，此時，微生物菌體濃度低，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)酵罐，則危害極大，因此應(yīng)嚴格控制種子染菌的發(fā)生。一旦發(fā)現(xiàn)種子受到雜菌的污染，應(yīng)經(jīng)滅菌后棄去，并對種子罐、管道等進行仔細檢查和徹底滅菌。

第99頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

⑵發(fā)酵前期染菌在發(fā)酵前期，微生物菌體主要是處于生長、繁殖階段，此時期代謝的產(chǎn)物很少，相對而言這個時期也容易染菌，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)，嚴重干擾生產(chǎn)菌的正常生長、繁殖及產(chǎn)物的生成?？芍匦聹缇?，重新接種

第100頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四

⑶發(fā)酵中期染菌發(fā)酵中期染菌將會導致培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)大量消耗，并嚴重干擾生產(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。

第101頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四⑷發(fā)酵后期染菌由于在發(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些，可繼續(xù)進行發(fā)酵，或提前放罐。

第102頁，共118頁，2023年，2月20日，星期四四、發(fā)酵染菌原因分析

㈠染菌的雜菌種類分析

若污染的雜菌是耐熱的芽孢桿菌，可能是由于培養(yǎng)基或設(shè)備滅