菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響

一、菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響及掌握菌體〔細(xì)胞〕濃度(cellconcentration)是指單位體積培育液中菌體的含量。無(wú)論在科學(xué)爭(zhēng)論上，還是在工業(yè)發(fā)酵掌握上，它都是一個(gè)重要的參數(shù)。菌濃的大小，在肯定條件下，不僅反映菌體細(xì)胞的多少，而且反映菌體細(xì)胞生理特性不完全一樣的分化階段。在發(fā)酵動(dòng)力學(xué)爭(zhēng)論中，需要利用菌濃參數(shù)來(lái)算出菌體的比生長(zhǎng)速率和產(chǎn)物的比生成速率等有關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，以爭(zhēng)論它們之間的相互關(guān)系，探明其動(dòng)力學(xué)規(guī)律，所以菌濃仍是一個(gè)根本參數(shù)。菌濃的大小與菌體生長(zhǎng)速率有親熱關(guān)系。比生長(zhǎng)速率μ大的菌體，菌濃增長(zhǎng)也快速，反之就緩慢。而菌體的生長(zhǎng)速率與微生物的種類和自身的遺傳特性有關(guān)，不同種類的微生物的生長(zhǎng)速率是不一樣的。它的大小取決于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性和生長(zhǎng)機(jī)制，細(xì)胞構(gòu)造越簡(jiǎn)單，分裂所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。典型的細(xì)菌、酵母、霉菌和原生動(dòng)物的倍增時(shí)間分別為45min、90min、3h和6h左右，這說(shuō)明各類微生物增殖速率的差異。菌體的增長(zhǎng)還與養(yǎng)分物質(zhì)和環(huán)境條件有親熱關(guān)系。養(yǎng)分物質(zhì)包括各種碳源和氮源等成分和它們的濃度。依據(jù)Monod方程式來(lái)看，生長(zhǎng)速率取決于基質(zhì)的濃度(各種碳源的基質(zhì)飽和系數(shù)Ks在1～10mg／L之間)，當(dāng)基質(zhì)濃度c(S)>10Ks時(shí)，比生長(zhǎng)速率就接近最大值。所以養(yǎng)分物質(zhì)均存在一個(gè)上限濃度，在此限度以內(nèi)，菌體比生長(zhǎng)速率則隨基質(zhì)濃度增加而增加，但超過(guò)此上限，基質(zhì)濃度連續(xù)增加，反而會(huì)引起生長(zhǎng)速率下降。這種效應(yīng)通常稱為基質(zhì)抑制作用。這可能是由于高濃度基質(zhì)形成高滲透壓，引起細(xì)胞脫水而抑制生長(zhǎng)。這種作用還包括某些化合物(如甲醇、苯酚等)對(duì)一些關(guān)鍵酶的抑制，或使細(xì)胞構(gòu)造成分發(fā)生變化。一些養(yǎng)分物質(zhì)的上限濃度(g／L)如下：葡萄糖100、NH4+5、PO43-10。在實(shí)際養(yǎng)分條件(含溶氧)的掌握至關(guān)重要。影響菌體生長(zhǎng)的環(huán)境條件有溫度、pH值、滲透壓和水分活度等因素。菌濃的大小，對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物的得率有著重要的影響。在適當(dāng)?shù)谋壬L(zhǎng)速率下，發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率與菌濃成正比關(guān)系，即P=QPmc(X)式中P——發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率(產(chǎn)物最大生成速率或生產(chǎn)率)，g／(L·h)；QPm——產(chǎn)物最大比生成速率，h-1；c(X)——菌體濃度，g／L。菌濃愈大，產(chǎn)物的產(chǎn)量也愈大，如氨基酸、維生素這類初級(jí)代謝產(chǎn)物的發(fā)酵就是如此。而對(duì)抗生素這類次級(jí)代謝產(chǎn)物來(lái)說(shuō)，掌握菌體的比生長(zhǎng)速率μ比μ臨略高一點(diǎn)的水平，到達(dá)最適菌濃[即c(X)臨]，菌體的生產(chǎn)率最高。就可能轉(zhuǎn)變菌體的代謝途徑，特別是對(duì)培育液中的溶氧，影響尤為明顯。菌濃增加而引起的溶氧下降，會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生各種影響。早期酵母發(fā)酵，會(huì)消滅代謝途徑轉(zhuǎn)變、酵母生長(zhǎng)停滯、產(chǎn)生乙醇的現(xiàn)象；抗生素發(fā)酵中，也受溶氧限制，使產(chǎn)量降低。如圖7-7，為了獲得最高的生產(chǎn)率，需要承受攝氧速率OUR與傳氧速率OTR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c(X)臨。菌體超過(guò)此濃度，抗生素的比生成速率和體積產(chǎn)率都會(huì)快速下降。7-7OUROTR曲線關(guān)系示意圖發(fā)酵過(guò)程中除要有適宜的菌濃外，還需要設(shè)法掌握菌濃在適宜的范圍內(nèi)。菌體的生長(zhǎng)速率，在肯定的培育條件下，主要受養(yǎng)分基質(zhì)濃度的影響，所以要依靠調(diào)整培育基的濃度來(lái)掌握菌濃。首先要確定根底培育基配方中有適當(dāng)?shù)呐浔?，避開(kāi)產(chǎn)生過(guò)濃(或過(guò)稀)的菌體量。然后通過(guò)中間補(bǔ)料來(lái)掌握，如當(dāng)菌體生長(zhǎng)緩慢、菌濃太稀時(shí)，則可補(bǔ)加一局部磷酸鹽，促進(jìn)生長(zhǎng)，提高菌濃；但補(bǔ)加過(guò)多，則會(huì)使菌體過(guò)分生長(zhǎng)，超過(guò)c(X)臨，對(duì)產(chǎn)物合成產(chǎn)生抑制作用。在生產(chǎn)上，還可利用菌體代謝產(chǎn)生的CO2量來(lái)掌握生產(chǎn)過(guò)程的補(bǔ)糖量，以掌握菌體的生長(zhǎng)和濃度?？傊?，可依據(jù)不同的菌種和產(chǎn)品，承受不同的方法來(lái)到達(dá)最適的菌濃。基質(zhì)對(duì)發(fā)酵影響及其掌握又涉及代謝產(chǎn)物的形成。因此基質(zhì)的種類和濃度與發(fā)酵代謝有著親熱的關(guān)系。所以選擇適當(dāng)?shù)幕|(zhì)和掌握適當(dāng)?shù)臐舛?，是提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的重要方法。據(jù)Monod方程，在分批發(fā)酵中菌體比生長(zhǎng)速度是基質(zhì)濃度的函數(shù)。在c(S)<<Ks的狀況下，菌體比生長(zhǎng)速率與基質(zhì)濃度呈線性關(guān)系。在正常的狀況下，可到達(dá)菌體最大比生長(zhǎng)速率，然而，由于代謝產(chǎn)物及其基質(zhì)過(guò)濃，而導(dǎo)致抑制作用，消滅菌體比生長(zhǎng)速率下降的趨勢(shì)。當(dāng)葡萄糖濃度低于100～150g／L，不消滅抑制作用；當(dāng)葡萄糖350～500g／L，多數(shù)微生物不能生長(zhǎng)，細(xì)胞消滅脫水現(xiàn)象。就產(chǎn)物的形成來(lái)說(shuō)，培育基過(guò)于豐富，有時(shí)會(huì)使菌體生長(zhǎng)過(guò)旺，黏度增大，傳質(zhì)差，菌體不得不花費(fèi)較多的能量來(lái)維持其生存環(huán)境，即用于非生產(chǎn)的能量大量增加。所以，在分批發(fā)酵中，掌握適宜的基質(zhì)濃度不但對(duì)菌體的生長(zhǎng)有利，對(duì)產(chǎn)物的形成也有好處。這里要著重說(shuō)明碳源、氮源和無(wú)機(jī)鹽等對(duì)發(fā)酵的影響及其掌握。⒈碳源對(duì)發(fā)酵的影響及其掌握(如葡萄糖)能較快速地參與代謝、合成菌體和產(chǎn)生能量，并產(chǎn)生分解代謝產(chǎn)物(如丙酮酸等)，因此有利于菌體生長(zhǎng)，但有的分解代謝產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)物的合成可能產(chǎn)生阻遏作用；后者多數(shù)為聚合物(也有例外)，為菌體緩慢利用，有利于延長(zhǎng)代謝產(chǎn)物的合成，特別有利于延長(zhǎng)抗生素的生產(chǎn)期，也為很多微生物藥物的發(fā)酵所承受。例如，乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油及半乳糖分別是青霉素、頭孢菌素C、鹽霉素、核黃素及生物堿發(fā)酵的最適碳源。因此選擇最適碳源對(duì)提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量是很重要的。在青霉素的早期爭(zhēng)論中，就生疏到了碳源的重要性。在快速利用的葡萄糖培育基中，菌體生長(zhǎng)良好，但青霉7-8。這就說(shuō)明乳糖之所以是青霉素發(fā)酵的良好碳源，并不是它起著前體作用，只是它被緩慢利用的速度恰好適合青霉素合成的要求，其他抗生素發(fā)酵也有類似狀況。在初級(jí)代謝中也有類似狀況，如葡萄糖完全阻遏嗜熱脂肪芽孢桿菌產(chǎn)生胞外生物素(屬同效維生素，vitamer，化學(xué)構(gòu)造及生理作用與自然維生素相類似的化合物)的合成。因此，掌握使用能產(chǎn)生阻遏作用的快速利用的碳源是格外重要的。在工業(yè)上，發(fā)酵培育基中常承受含快速利用和緩慢利用的混合碳源，就是依據(jù)這個(gè)原理來(lái)掌握菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。7-8糖對(duì)青霉素生物合成的影響試驗(yàn)·h)]因此，掌握適當(dāng)?shù)奶荚礉舛?，?duì)工業(yè)發(fā)酵是很重要的。掌握碳源的濃度，可承受閱歷法和動(dòng)力學(xué)法，即在發(fā)酵過(guò)程中承受中間補(bǔ)料的方法來(lái)掌握。這要依據(jù)不同代謝類型來(lái)確定補(bǔ)糖時(shí)間、補(bǔ)糖量和補(bǔ)糖方式。動(dòng)力學(xué)方法是要依據(jù)菌體的比生長(zhǎng)速率、糖比消耗速率及產(chǎn)物的比生成速率等動(dòng)力學(xué)參數(shù)來(lái)掌握。⒉氮源對(duì)發(fā)酵的影響及其掌握氮源有無(wú)機(jī)氮源和有機(jī)氮源兩類。它們對(duì)菌體代謝都能產(chǎn)生明顯的影響，不同的種類和不同的濃度都能影響產(chǎn)物合成的方向和產(chǎn)量。如谷氨酸發(fā)酵，當(dāng)NH4+供給缺乏時(shí)，就促使形成α-酮戊二酸；過(guò)量的NH4+，反而促使谷氨酸轉(zhuǎn)變成谷氨酰胺。掌握適量的NH4+濃度，才能使谷氨酸產(chǎn)量到達(dá)最大。又如在爭(zhēng)論螺旋霉素的生物合成中，覺(jué)察無(wú)機(jī)銨鹽不利于螺旋霉素的合成，而有機(jī)氮源(如魚(yú)粉)則有利于其形成。氮源像碳源一樣，也有快速利用的氮源和緩慢利用的氮源。前者如氨基(或銨)態(tài)氮的氨基酸(或硫酸銨等)和玉米漿等；后者如黃豆餅粉、花生餅粉、棉子餅粉等蛋白質(zhì)。它們各有自己的作用，快速利用的氮源簡(jiǎn)潔被菌體所利用，促進(jìn)菌體生長(zhǎng)，但對(duì)某些代謝產(chǎn)物的合成，特別是某些抗生素的合成產(chǎn)生調(diào)整作用，影響產(chǎn)量。如鏈霉菌的竹桃霉素發(fā)酵中，承受促進(jìn)菌體生長(zhǎng)的銨鹽濃度，能刺激菌絲生長(zhǎng)，但抗生素產(chǎn)量下降。銨鹽還對(duì)柱晶白霉素、螺旋霉素、泰洛星等的合成產(chǎn)生調(diào)整作用。緩慢利用的氮源對(duì)延長(zhǎng)次級(jí)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)期、提高產(chǎn)物的產(chǎn)量是有好處的。但一次投入全量，也簡(jiǎn)潔促進(jìn)菌體生長(zhǎng)和養(yǎng)分過(guò)早耗盡，以致菌體過(guò)早年輕而自溶，從而縮短產(chǎn)物的生產(chǎn)期。綜上所述，對(duì)微生物發(fā)酵來(lái)說(shuō)，也要選擇適當(dāng)?shù)牡春蜐舛?。發(fā)酵培育基一般是選用含有快速利用和慢速利用的混合氮源。如氨基酸發(fā)酵用銨鹽(硫酸銨或醋酸銨)和麩皮水解液、玉米漿；鏈霉素發(fā)酵承受硫酸銨和黃豆餅粉。但也有使用單一的銨鹽或有機(jī)氮源(如黃豆餅粉)。它們被利用的狀況與快速利用和慢速利用的碳源狀況相像。為了調(diào)整菌體生長(zhǎng)和防止菌體年輕自溶，除了根底培育基中的氮源外，還要在發(fā)酵過(guò)程中補(bǔ)加氮源來(lái)掌握其濃度。生產(chǎn)上承受的方法有如下幾種。⑴補(bǔ)加有機(jī)氮源依據(jù)產(chǎn)生菌的代謝狀況，可在發(fā)酵過(guò)程中添加某些具有調(diào)整生長(zhǎng)代謝作用的有機(jī)氮源，如酵母粉、玉米漿、尿素等。如土霉素發(fā)酵中，補(bǔ)加酵母粉，可提高發(fā)酵單位；青霉素發(fā)酵中，后期消滅糖利用緩慢、式中——二氧化碳比釋放率，mmolCO2／(g干菌體·h)；式中——二氧化碳比釋放率，mmolCO2／(g干菌體·h)；⑵補(bǔ)加無(wú)機(jī)氮源補(bǔ)加氨水或硫酸銨是工業(yè)上的常用方法。氨水既可作為無(wú)機(jī)氮源，又可調(diào)整pH值。在抗生素50％左右。但當(dāng)pH值偏高而又需補(bǔ)氮時(shí)，就可補(bǔ)加生理酸性物質(zhì)的硫酸銨，以到達(dá)提高氮含量和調(diào)整pH值的雙重目的。還可補(bǔ)充其他無(wú)機(jī)氮源，但需依據(jù)發(fā)酵掌握的要求來(lái)選擇。⒊磷酸鹽對(duì)發(fā)酵的影響及其掌握μg／mL，而四環(huán)素合成最適磷濃度為25～30μ除上述主要基質(zhì)外，還有其他培育基成分影響發(fā)酵。如Cu2+，在以醋酸為碳源的培育基中，能促進(jìn)谷氨酸產(chǎn)量的提高；Mn2+對(duì)芽孢桿菌合成桿菌肽等次級(jí)代謝產(chǎn)物具有特別的作用，必需使用其足夠的濃度才能促進(jìn)桿菌肽的合成等?？傊?，發(fā)酵過(guò)程中，掌握基質(zhì)的種類及其用量是格外重要的，是發(fā)酵能否成功的關(guān)鍵，必需依據(jù)產(chǎn)生菌的特性和各個(gè)產(chǎn)物合成的要求，進(jìn)展深入細(xì)致的爭(zhēng)論，方能取得良好的結(jié)果。CO2和呼吸商二氧化碳(CO2)是微生物的代謝產(chǎn)物，同時(shí)，它也是合成產(chǎn)物所需的一種基質(zhì)。對(duì)微生物生長(zhǎng)和發(fā)酵具有刺激作用，它是細(xì)胞代謝的貴重指標(biāo)。有人把細(xì)胞量與累積尾氣CO2生成關(guān)聯(lián)，把CO2生成作為一種手段，通過(guò)碳質(zhì)量平衡來(lái)估算菌體生長(zhǎng)速率和細(xì)胞量。溶解在發(fā)酵液中的CO2對(duì)氨基酸、抗生素等微生物發(fā)酵具有抑制和刺激作用，對(duì)很多產(chǎn)物的生產(chǎn)菌亦有影響。一、CO2對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的影響×10-2mol／L時(shí)，會(huì)嚴(yán)峻抑制酵母生長(zhǎng)。當(dāng)進(jìn)氣口CO2含量占混合氣體體積的80％時(shí)，酵母活力只到達(dá)比照組801L／(L·min)CO210％。當(dāng)微生物生長(zhǎng)受到抑制時(shí)，也阻礙了基質(zhì)的異化〔或分解代謝〕和ATP的生成量，由此而影響產(chǎn)物的合成。在氨基糖苷類抗生素紫蘇霉素(sisomycin)生產(chǎn)中，在300L發(fā)酵罐于空氣進(jìn)口通以1％CO2，覺(jué)察微生物對(duì)基質(zhì)的代謝極慢，菌絲增長(zhǎng)速度降低，紫蘇霉素的產(chǎn)量比比照組降低33％。通入2％CO2，紫蘇霉素的產(chǎn)量比比照照組降低85％，CO23％，則不產(chǎn)生紫蘇霉素。CO2對(duì)細(xì)胞作用機(jī)制是怎樣的呢？CO2及HCO3-CO2主要作用在細(xì)胞膜的脂肪核心部位。HCO3-則影響磷脂，親水頭部帶電荷外表及細(xì)胞膜外表的蛋白質(zhì)。當(dāng)細(xì)胞膜的脂質(zhì)相中CO2濃度達(dá)臨界值時(shí)，使膜的流淌性及外表電荷密度發(fā)生變化，這將導(dǎo)致很多基質(zhì)的膜運(yùn)輸受阻，影響細(xì)胞膜的運(yùn)輸效率，使細(xì)胞處于“麻醉”狀態(tài)，細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制，形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。二、CO2的釋放率c(X)——發(fā)酵液中菌體的濃度，g干菌體／L。三、呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系發(fā)酵過(guò)程中菌的耗氧速率OURRQ。RQ是碳-能源代謝狀況的指示值。在碳-能源限制及供氧充分的狀況下，碳-能源趨向于完全氧化，RQ應(yīng)到達(dá)完全氧化的理論值，見(jiàn)表7-1。假設(shè)碳-能源過(guò)量及供氧缺乏，可能消滅碳-能源不完全氧化的狀況，從而造成RQ特別。表7-1一些碳-能源基質(zhì)的理論呼吸商四、CO2濃度的掌握“逃液”時(shí)，承受增加罐壓的方法來(lái)消泡。但這樣會(huì)增加CO2的溶解度，對(duì)菌體生長(zhǎng)是不利的。CO2濃度的掌握應(yīng)隨它對(duì)發(fā)酵的影響而定。假設(shè)CO2對(duì)產(chǎn)物合成有抑制作用，則應(yīng)設(shè)法降低其濃度；假設(shè)有促進(jìn)作用，則應(yīng)提高其濃度。通氣和攪拌速率的大小，不但能調(diào)整發(fā)酵液中的溶解氧，還能調(diào)整CO2發(fā)酵罐中不斷通入空氣，既可保持溶氧在臨界點(diǎn)以上，又可隨廢氣排出所產(chǎn)生的CO2，使之低于能產(chǎn)生抑制作用的濃度。因而通氣攪拌也是掌握CO2濃度的一種方法，降低通氣量和攪拌速率，有利于增加CO2在發(fā)酵液中的濃度；反之就會(huì)減小CO2濃度。在3m3發(fā)酵罐中進(jìn)展四環(huán)素發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)酵40h以前，通氣量減小到75m3／h，攪拌為80r／min，以此來(lái)提高CO2的濃度；40h以后，通氣量和攪拌分別提高到110m3／h和140r／min，以降低CO2濃度，使四環(huán)素產(chǎn)量提高25％～30％。CO2形成的碳酸，還可用堿來(lái)中和，但不能用CaCO3。罐壓的CO2的濃度，對(duì)菌體代謝和其他參數(shù)也產(chǎn)生影響。CO2的產(chǎn)生與補(bǔ)料工藝掌握親熱相關(guān)，如在青霉素發(fā)酵中，補(bǔ)糖會(huì)增加CO2的濃度和降低培育液的pH值。由于補(bǔ)加的糖用于菌體生長(zhǎng)、菌體維持和青霉素合成三方面，它們都產(chǎn)生CO2，使CO2量增加。溶解的CO2和代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸，又使培育液pH值下降。因此，補(bǔ)糖、CO2、pH值三者具有相關(guān)性，被用于青霉素補(bǔ)料工藝的掌握參數(shù)，其中排氣中的CO2量的變化比pH值變化更為敏感，所以，承受測(cè)定CRR作為掌握補(bǔ)糖速率參數(shù)。第七節(jié)補(bǔ)料的掌握補(bǔ)料分批發(fā)酵(fed-batchculture，簡(jiǎn)稱FBC)，又稱半連續(xù)培育或半連續(xù)發(fā)酵，是指在分批發(fā)酵過(guò)程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加一種或多種成分的穎培育基的培育方法，是分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種過(guò)渡培育方式，是一種掌握發(fā)酵的好方法，現(xiàn)已廣泛用于發(fā)酵工業(yè)。同傳統(tǒng)的分批發(fā)酵相比，F(xiàn)BC具有以下的優(yōu)點(diǎn)：①可以解除底物抑制、產(chǎn)物反響抑制和分解代謝物的阻遏；②可以避開(kāi)在分批發(fā)酵中因一次投料過(guò)多造成細(xì)胞大量生長(zhǎng)所引起的一切影響，改善發(fā)酵液流變學(xué)的性質(zhì)；③可用作為掌握細(xì)胞質(zhì)量的手段，以提高發(fā)芽孢子的比例；④可作為理論爭(zhēng)論的手段，為自動(dòng)掌握和最優(yōu)掌握供給實(shí)驗(yàn)根底。同連續(xù)發(fā)酵相比，F(xiàn)BC不需要嚴(yán)格的無(wú)菌條件，產(chǎn)生菌也不會(huì)產(chǎn)生老化和變異等問(wèn)題，適用范圍也比連續(xù)發(fā)酵廣泛。由于FBC有這些優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛地用于微生物發(fā)酵生產(chǎn)和爭(zhēng)論中。如已應(yīng)用于酶類、抗生素類、激素藥物類、氨基酸和維生素等十余類幾十種工業(yè)產(chǎn)品中。一、FBC的作用FBC的操作比較簡(jiǎn)潔，效果也是比較明顯的。但是這種掌握方法是建立在什么理論根底上，對(duì)微生物的生理和產(chǎn)物的合成又能產(chǎn)生什么作用，我們應(yīng)當(dāng)有個(gè)根本了解。已有爭(zhēng)論結(jié)果說(shuō)明，F(xiàn)BC對(duì)微生物發(fā)酵有以下幾個(gè)根本作用。⒈可以掌握抑制性底物的濃度按monod方程，當(dāng)養(yǎng)分底物濃度增加到肯定量時(shí)，生長(zhǎng)就顯示飽和型動(dòng)力學(xué)，再增加底物濃度，就可能產(chǎn)生一種基質(zhì)抑制區(qū)，停滯期延長(zhǎng)，菌體比生長(zhǎng)速率減小，菌濃下降等。所以高濃度養(yǎng)分物對(duì)大多數(shù)微生物生長(zhǎng)是不利的。抑制微生物生長(zhǎng)有多種緣由：①有的基質(zhì)過(guò)濃使?jié)B透壓過(guò)高，細(xì)胞因脫水而死亡；②高濃度基質(zhì)能使微生物細(xì)胞熱致死(themaldeath)，如乙醇濃度達(dá)10％時(shí)，就可使酵母細(xì)胞熱致死；③有的是因某種或某些基質(zhì)對(duì)代謝關(guān)鍵酶或細(xì)胞組分產(chǎn)生抑制作用，如高濃度苯酚(3％～5％)可凝固蛋白；④高濃度基質(zhì)還會(huì)轉(zhuǎn)變菌體的生化代謝而影響生長(zhǎng)等。在微生物發(fā)酵中，有的基質(zhì)又是合成產(chǎn)物必需的前體物質(zhì)，濃度過(guò)高，就會(huì)影響菌體代謝或產(chǎn)生毒性，使產(chǎn)物產(chǎn)量降低。如苯乙酸、丙醇(或丙酸)分別是青霉素、紅霉素的前體物質(zhì)，濃度過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生毒性，使抗生素產(chǎn)量削減。有的是受底物溶解度小的限制，達(dá)不到應(yīng)有的濃度而影響轉(zhuǎn)化率。如甾類化合物轉(zhuǎn)化中，因它們的溶解度小，使基質(zhì)的濃度低，造成轉(zhuǎn)化率不高。為了在分批發(fā)酵中，獲得高濃度菌體或產(chǎn)物，必需在根底培育基中防止有過(guò)高濃度的基質(zhì)或抑制性底物，采FBC方式，就可以掌握適當(dāng)?shù)幕|(zhì)濃度，解除其抑制作用，又可得到高濃度的產(chǎn)物。⒉可以解除或減弱分解代謝物的阻遏⒊可以使發(fā)酵過(guò)程最正確化分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的爭(zhēng)論，說(shuō)明白各個(gè)參數(shù)之間的相互關(guān)系。利用FBC技術(shù)，就可以使菌種保持在最大生產(chǎn)力的狀態(tài)。隨著FBC補(bǔ)料方式的不斷改進(jìn)，為發(fā)酵過(guò)程的優(yōu)化和反響掌握奠定了根底。隨著計(jì)算機(jī)、傳感器等的進(jìn)展和應(yīng)用，已有可能用離線方式計(jì)算或用模擬簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型在線方式實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化掌握。二、補(bǔ)料的方式及掌握補(bǔ)料方式有很多種狀況，有連續(xù)流加、不連續(xù)流加或多周期流加。每次流加又可分為快速流加、恒速流加、指數(shù)速率流加和變速流加。從補(bǔ)加培育基的成分來(lái)分，又可分為單組分補(bǔ)料和多組分補(bǔ)料。流加操作掌握系統(tǒng)又分為有反響掌握和無(wú)反響掌握兩類。這兩類的數(shù)學(xué)模型在理論上沒(méi)有什么差異。反響掌握系統(tǒng)是由傳感器、掌握器和驅(qū)動(dòng)器三個(gè)單元所組成。依據(jù)掌握依據(jù)的指標(biāo)不同，又分為直接方法和間接方法。間接方法是以溶氧、pH值、呼吸商、排氣中CO2分壓及代謝產(chǎn)物濃度等作為掌握參數(shù)。對(duì)間接方法來(lái)說(shuō)，選擇與過(guò)程直接相關(guān)的可檢參數(shù)作為掌握指標(biāo)，是爭(zhēng)論的關(guān)鍵。這就需要詳盡考察分批發(fā)酵的代謝曲線和動(dòng)力學(xué)CO2含量作為FBC反響掌握參數(shù)是較為常用的間接方法。如掌握青霉素生產(chǎn)所用的葡萄糖流加的質(zhì)量平衡法，就是利用CO2的反響掌握。它是依靠準(zhǔn)確測(cè)量CO2的釋放率CRR和葡萄糖的流淌速度，到達(dá)掌握菌體的比生長(zhǎng)速率和菌濃。pH值也已用作糖的流加掌握的參數(shù)。由于長(zhǎng)期缺乏牢靠的適時(shí)測(cè)定手段，無(wú)法掌握適時(shí)補(bǔ)料，所以直接法始終沒(méi)有用于發(fā)酵掌握。目前消滅了各種類型生物傳感器，可供底物和產(chǎn)物的在線分析。但其應(yīng)用仍舊存在一些問(wèn)題(如耐熱性差)，尚待解決。隨著一系列技術(shù)障礙的抑制，該法將會(huì)得到快速普及。反響掌握的FBC，常常是依據(jù)個(gè)別指標(biāo)來(lái)進(jìn)展，在很多狀況下，并不能奏效，尚需進(jìn)展多因子分析。為了改善發(fā)酵培育基的養(yǎng)分條件和去除局部發(fā)酵產(chǎn)物，F(xiàn)BC還可承受“放料和補(bǔ)料”(withdrawandfill)方法，(可供提煉)，同時(shí)補(bǔ)充一局部穎養(yǎng)分液，F(xiàn)BC方法，但要留意染菌等問(wèn)題。第八節(jié)泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及其掌握一、泡沫的形成及其對(duì)發(fā)酵的影響在大多數(shù)微生物發(fā)酵過(guò)程中，由于培育基中有蛋白類外表活性劑〔具有較高的外表張力〕存在，在通氣條件下，培育液中就形成了泡沫。泡沫是氣體被分散在少量液體中的膠體體系，氣液之間被一層液膜隔開(kāi)，彼此不如發(fā)酵前期的泡沫；另一種是發(fā)酵液中的泡沫，又稱流態(tài)泡沫(fluidfoam)，分散在發(fā)酵液中，比較穩(wěn)定，與液體之間無(wú)明顯的界限。發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生少量的泡沫是正常的。泡沫的多少一方面與發(fā)酵罐攪拌、通風(fēng)有關(guān)；另一方面，與培育基性質(zhì)有關(guān)。蛋白質(zhì)原料如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要的發(fā)泡劑。糊精含量多也引起泡沫的形成。發(fā)酵過(guò)程中，泡沫的形成有肯定的規(guī)律性。發(fā)酵時(shí)起泡的方式被認(rèn)為有五種：①整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，泡沫保持恒定的水平；②發(fā)酵早期，起泡后穩(wěn)定地下降，以后保持恒定；③發(fā)酵前期，泡沫略微降低后又開(kāi)頭上升；④發(fā)酵開(kāi)頭起泡力量低，以后上升；⑤以上類型的綜合方式。這些方式的消滅是與基質(zhì)的種類、通氣攪拌強(qiáng)度和滅菌條件等因素有關(guān)，其中基質(zhì)中的有機(jī)氮源(如黃豆餅粉等)是起泡的主要因素。當(dāng)發(fā)酵感染雜菌和噬菌體時(shí)，泡沫特別多。起泡會(huì)帶來(lái)很多不利因素，如發(fā)酵罐的裝料系數(shù)削減、液相體積氧傳遞系數(shù)減小等。泡沫過(guò)多時(shí)，影響更為嚴(yán)峻，造成大量逃液，發(fā)酵液從排氣管路或軸封逃出而增加染菌時(shí)機(jī)等，嚴(yán)峻時(shí)通氣攪拌也無(wú)法進(jìn)展，菌體呼吸受到阻礙，導(dǎo)致代謝特別或菌體自溶。所以，掌握泡沫乃是保證正常發(fā)酵的根本條件。二、泡沫的消退(如少加或緩加易起泡的原材料)或轉(zhuǎn)變某些物理化學(xué)參數(shù)(如pH值、溫度、通氣和攪拌)或者轉(zhuǎn)變發(fā)酵工藝(如承受分次投料)來(lái)掌握，以削減泡沫形成的時(shí)機(jī)。但這些方法的效果有肯定的限度；②承受機(jī)械消泡或消泡劑消泡這兩種方法來(lái)消退已形成的泡沫；③還可以承受菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來(lái)消退起泡的內(nèi)在因素，如用雜交方法選育出不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的土霉素生產(chǎn)菌株。對(duì)于已形成的泡沫，工業(yè)上可以承受機(jī)械消泡和化學(xué)消泡劑消泡或兩者同時(shí)使用消泡。⒈機(jī)械消泡這是一種物理消泡的方法，利用機(jī)械猛烈振動(dòng)或壓力變化而使泡沫裂開(kāi)。有罐內(nèi)消泡和罐外消泡兩種方法。前者是靠罐內(nèi)消泡漿轉(zhuǎn)動(dòng)打碎泡沫；后者是將泡沫引到罐外，通過(guò)噴嘴的加速作用或利用離心力來(lái)消退泡沫。該法的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)約輔料，削減染菌時(shí)機(jī)。但消泡效果不抱負(fù)，僅可作為消泡的關(guān)心方法。⒉消泡劑消泡××10-2N／m。作為生物工業(yè)抱負(fù)的消泡劑，應(yīng)具備以下條件：①應(yīng)當(dāng)在氣-液界面上具有足夠大的鋪展系數(shù)，才能快速發(fā)揮消泡作用。這就要求消泡劑有肯定的親水性；②應(yīng)當(dāng)在低濃度時(shí)具有消泡活性；③應(yīng)當(dāng)具有長(zhǎng)久的消泡或抑泡性能，以防止形成的泡沫；④應(yīng)當(dāng)對(duì)微生物、人類和動(dòng)物無(wú)毒性；⑤應(yīng)當(dāng)對(duì)產(chǎn)物的提取不產(chǎn)生任何影響；⑥不會(huì)在使用、運(yùn)輸中引起任何危害；⑦來(lái)源便利，本錢低；⑧應(yīng)當(dāng)對(duì)氧傳遞不產(chǎn)生影響；⑨能耐高溫滅菌。常用的消泡劑主要有自然油脂類，高碳醇、脂肪酸和酯類，聚醚類及硅酮類等4大類。其中以自然油酯類和聚醚類在生物發(fā)酵中最為常用。自然油脂類中有豆油、玉米油、棉籽油、菜籽油和豬油等。此類油不僅用作消泡劑，還可作為碳源和發(fā)酵掌握的手段，它們的消泡力量和對(duì)產(chǎn)物合成的影響各不一樣。例如：土霉素發(fā)酵，豆油、玉米油較好，而亞麻油則會(huì)產(chǎn)生不良的作用。此類油的質(zhì)量還會(huì)影響消泡效果，碘價(jià)(表示油分子構(gòu)造中含有不飽和鍵的多少)或酸價(jià)高的油脂，消泡力量差并產(chǎn)生不良的影響。所以，要掌握此類油的質(zhì)量，并要進(jìn)展發(fā)酵試驗(yàn)檢驗(yàn)。此類油的穎程度也有影響，油越穎，所含的自然抗氧化劑越多，形成過(guò)氧化物的時(shí)機(jī)少，酸價(jià)也低，消泡力量強(qiáng)，副作用也小。植物油與鐵離子接觸能與氧形成過(guò)氧化物，對(duì)四環(huán)素、卡那霉素的合成不利，故要留意此類油的貯存保管。聚醚類消泡劑的品種很多。它們是氧化丙烯或氧化丙烯和環(huán)氧乙烷與甘油聚合而成的聚合物。氧化丙烯與甘(簡(jiǎn)稱GP型)(簡(jiǎn)GPE型)，又稱泡敵。它們的分子構(gòu)造式如下：GP的親水性差，在發(fā)泡介質(zhì)中的溶解度小，所以，用于淡薄發(fā)酵液中要比用于黏稠發(fā)酵液中的效果好。其抑泡性能比消泡性能好，適宜用于根底培育基中，以抑制泡沫的產(chǎn)生。如用于鏈霉素的根底培育基中，抑泡效果60～80倍。應(yīng)結(jié)合具體產(chǎn)品發(fā)酵，試驗(yàn)上述各種消泡劑的消泡效果，以獲得良好的消泡作用。消泡劑多數(shù)是溶解度小、分散性不格外好的高(大)分子化合物，所以在使用時(shí)，要考慮如何降低它的黏度和提高它的分散性，來(lái)增加它們的消泡效果。使用的增效方法有：①加載體增效，即用惰性載體(如礦物油、植物油等)使消泡劑溶解分散，到達(dá)增效的目的；②消泡劑并用增效，取各種消泡劑的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)展互補(bǔ)，到達(dá)增效，如GPGPEl:1GP2(或分散劑)將消泡劑制成乳劑，以提高分散力量，增加消泡效力，一般只適用于親水性差的消泡劑。如用吐溫80制1～2倍。在生產(chǎn)過(guò)程中，消泡的效果除了與消泡劑種類、性質(zhì)、分子量大小、消泡劑親油親水基等親熱關(guān)系外，還和消泡劑使用時(shí)參加方法、使用濃度、溫度等有很大的關(guān)系。消泡劑的選擇和實(shí)際使用還有很多問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際加以留意和解決。第九節(jié)發(fā)酵終點(diǎn)的推斷微生物發(fā)酵終點(diǎn)的推斷，對(duì)提高產(chǎn)物的生產(chǎn)力量和經(jīng)濟(jì)效益是很重要的。生產(chǎn)力量〔或稱生產(chǎn)率、產(chǎn)率〕是指單位時(shí)間內(nèi)單位罐體積發(fā)酵液的產(chǎn)物積存量而言。式中，生產(chǎn)率單位一般為g／(L·h)或kg／(m3·h)，產(chǎn)物濃度單位為g／L或kg／m3，發(fā)酵時(shí)間單位為h。生產(chǎn)過(guò)程不能只單純追求高生產(chǎn)率，而不顧及產(chǎn)品的本錢，必需把二者結(jié)合起來(lái)，既要有高產(chǎn)量，又要降低本錢。發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)物形成，有的是隨菌體的生長(zhǎng)而生產(chǎn)，如初級(jí)代謝產(chǎn)物氨基酸等；有的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生與菌體生長(zhǎng)無(wú)明顯的關(guān)系，生長(zhǎng)階段不產(chǎn)生產(chǎn)物，直到穩(wěn)定期，才進(jìn)入產(chǎn)物生產(chǎn)期，如抗生素的合成就是如此。但是無(wú)論是初級(jí)代謝產(chǎn)物還是次級(jí)代謝產(chǎn)物發(fā)酵，到了衰亡期，菌體的產(chǎn)物分泌力量都要下降，產(chǎn)物的生產(chǎn)率相應(yīng)下降或停頓。有的產(chǎn)生菌在衰亡期，養(yǎng)分耗盡，菌體年輕而進(jìn)入自溶，釋放出體內(nèi)的分解酶會(huì)破壞已形成的產(chǎn)物。要確定一個(gè)合理的放罐時(shí)間，需要考慮以下幾個(gè)因素：一、經(jīng)濟(jì)因素發(fā)酵時(shí)間需要考慮經(jīng)濟(jì)因素，也就是，要以最低的成原來(lái)獲得最大生產(chǎn)率的時(shí)間為最適發(fā)酵時(shí)間。在實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)酵周期縮短，設(shè)備的利用率提高。但在生產(chǎn)率較小(或停頓)的狀況下，單位體積發(fā)酵液的產(chǎn)物產(chǎn)量增長(zhǎng)就有限，假設(shè)連續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，使平均生產(chǎn)率下降，而動(dòng)力消耗、治理費(fèi)用支出、設(shè)備消耗等費(fèi)用仍在增加，因而產(chǎn)物本錢增加。所以，需要從經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)確定一個(gè)合理時(shí)間。二、產(chǎn)品質(zhì)量因素發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)后續(xù)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響。假設(shè)發(fā)酵時(shí)間太短，勢(shì)必有過(guò)多的尚未代謝的養(yǎng)分物質(zhì)(如可溶性蛋白、脂肪等)殘留在發(fā)酵液中。這些物質(zhì)對(duì)下游操作提取、分別等工序都不利。假設(shè)發(fā)酵時(shí)間太長(zhǎng)，菌體會(huì)自溶，釋放出菌體蛋白或體內(nèi)的酶，又會(huì)顯著轉(zhuǎn)變發(fā)酵液的性質(zhì)，增加過(guò)濾工序的難度，這不僅使過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)，甚至使一些不穩(wěn)定的產(chǎn)物遭到破壞。全部這些影響，都可能使產(chǎn)物的質(zhì)量下降，產(chǎn)物中雜質(zhì)含量增加，故要考慮發(fā)酵周期長(zhǎng)短對(duì)提取工序的影響。三、特別因素在個(gè)別特別發(fā)酵狀況下，還要考慮個(gè)別因素。對(duì)老品種的發(fā)酵來(lái)說(shuō)，放罐時(shí)間都已把握，在正常狀況下，可依據(jù)作業(yè)打算，按時(shí)放罐。但在特別狀況下，如染菌、代謝特別(糖耗緩慢等)，就應(yīng)依據(jù)不同狀況，進(jìn)展適當(dāng)處理。為了能夠得到盡量多的產(chǎn)物，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)時(shí)實(shí)行措施(如轉(zhuǎn)變溫度或補(bǔ)充養(yǎng)分等)，并適當(dāng)提前或拖后放罐時(shí)間。本，承受生產(chǎn)率高而本錢又低的時(shí)間，作為放罐時(shí)間。不同的發(fā)酵類型，要求到達(dá)的目標(biāo)不同，因而對(duì)發(fā)酵終點(diǎn)的推斷標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)有所不同。一般對(duì)發(fā)酵和原材料成和發(fā)酵系數(shù)[kg產(chǎn)物／(罐容m3·發(fā)酵周期h))。下游技術(shù)本錢占的比重較大、產(chǎn)品價(jià)格較貴，除了高的生產(chǎn)率和發(fā)酵系數(shù)外，還要求高的產(chǎn)物濃度。因此，考慮放罐時(shí)間時(shí)，還應(yīng)考慮總生產(chǎn)率(放罐時(shí)產(chǎn)物濃度除以總發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)間)。這里總發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)間包括發(fā)酵周期和關(guān)心操作時(shí)間，因此要提高總生產(chǎn)率，則有必要縮短發(fā)酵周期，這就是要在產(chǎn)物生成速率較低時(shí)放罐。延長(zhǎng)發(fā)酵雖然略能提高產(chǎn)物濃度，但生產(chǎn)率下降，且耗電大，本錢提高，每噸冷卻水所得到的產(chǎn)物產(chǎn)量下跌。另外，放罐時(shí)間對(duì)下游工序有很大影響。放罐過(guò)早，會(huì)殘留過(guò)多的養(yǎng)分(如糖、脂肪、可溶性蛋白)對(duì)提取不(有些抗生素單位下跌)，擾亂提取作業(yè)打算。放罐接近時(shí)，加糖、補(bǔ)料或消泡劑都要慎重，因殘留物對(duì)提取有影響。補(bǔ)料可依據(jù)糖耗速率計(jì)算到放罐時(shí)允許的殘留量來(lái)掌握。一般推斷放罐的主要指標(biāo)有：產(chǎn)物濃度、氨基氮濃度、菌體形態(tài)、pH值、培育液的外觀、黏度等確定。染菌罐一般過(guò)濾速度較慢。放罐時(shí)間可依據(jù)作業(yè)打算進(jìn)展，但在特別發(fā)酵時(shí)，就應(yīng)當(dāng)機(jī)立斷，以免倒罐。品種發(fā)酵，更需摸索合理的放罐時(shí)間。不同發(fā)酵產(chǎn)品，發(fā)酵終點(diǎn)的推斷指標(biāo)略有出入?？傊?，發(fā)酵終點(diǎn)的推斷需綜合多方面的因素統(tǒng)籌考慮。第十節(jié)發(fā)酵過(guò)程檢測(cè)與自控發(fā)酵過(guò)程的根本任務(wù)是要對(duì)菌株所具有的內(nèi)在生產(chǎn)力量實(shí)現(xiàn)高效表達(dá)，從而以較低的能量和物料消耗生產(chǎn)更多的發(fā)酵產(chǎn)品。發(fā)酵動(dòng)力學(xué)為這種表達(dá)供給了局部理論依據(jù)，但要在實(shí)際發(fā)酵過(guò)程中實(shí)現(xiàn)，還必需解決一些工程學(xué)方面的問(wèn)題，即發(fā)酵參數(shù)等的檢測(cè)與自控問(wèn)題。檢測(cè)和自控技術(shù)在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)晚，但這種應(yīng)用一經(jīng)確立，就形成了快速進(jìn)展的勢(shì)頭，并且在某種程度上超過(guò)了其他產(chǎn)業(yè)。電子計(jì)算機(jī)的使用，為這一進(jìn)展注入了巨大的活力，使發(fā)酵工業(yè)面臨一場(chǎng)的變革。然而，由于發(fā)酵過(guò)程的反響特別簡(jiǎn)單，描述這一反響的數(shù)學(xué)模型尚欠完善，并且由于在線檢測(cè)過(guò)程關(guān)鍵變量傳感器的缺乏，使自控技術(shù)在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用目前仍受到很大的局限，需要各學(xué)科的專家共同作出進(jìn)一步的努力。發(fā)酵過(guò)程檢測(cè)是為了取得所給定發(fā)酵過(guò)程及其菌株的生理生化特征數(shù)據(jù)，以便對(duì)過(guò)程實(shí)施有效的掌握。檢測(cè)的具體目的包括：①了解過(guò)程變量的變化是否與預(yù)期的目標(biāo)值相符；②打算種子罐移種和發(fā)酵罐放罐的時(shí)間；③對(duì)不行測(cè)變量進(jìn)展間接估量；④對(duì)過(guò)程變量按給定值進(jìn)展手動(dòng)掌握或自動(dòng)掌握；⑤通過(guò)過(guò)程模型實(shí)施計(jì)算機(jī)掌握；⑥收集生疏和進(jìn)展過(guò)程(包括建立數(shù)學(xué)模型)所必需的數(shù)據(jù)。檢測(cè)的方法有物理測(cè)量(如溫度、壓力、體積、流量等)，物理化學(xué)測(cè)量(pH值、溶O2、溶CO2、氧化復(fù)原電位、氣相成分等)，化學(xué)測(cè)量(基質(zhì)、前體、產(chǎn)物等的濃度)，以及生物學(xué)和生物化學(xué)測(cè)量(生物量、細(xì)胞形態(tài)、酶活性、胞內(nèi)成分等)。這些測(cè)量可供給反映環(huán)境變化和細(xì)胞代謝生理變化的很多重要信息，作為爭(zhēng)論和掌握發(fā)酵7-2中。7-2發(fā)酵過(guò)程變量檢測(cè)系統(tǒng)一、發(fā)酵過(guò)程對(duì)傳感器的特別要求為了適應(yīng)自控的需要，發(fā)酵過(guò)程變量變化的信息，應(yīng)盡可能通過(guò)安裝在發(fā)酵罐內(nèi)的傳感器檢知，然后由變送器把非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，讓儀表顯示、記錄或傳送給電子計(jì)算機(jī)處理。用于發(fā)酵過(guò)程的傳感器，由于所面臨的過(guò)程及其檢測(cè)對(duì)象的特別性，故除了滿足常規(guī)要求，諸如：牢靠性、準(zhǔn)確性、準(zhǔn)確度、響應(yīng)時(shí)間、區(qū)分力量、靈敏度、測(cè)量范圍、特異性、可修理性等，還應(yīng)當(dāng)滿足一些特別要求。傳感器與發(fā)酵液直接接觸，因而首先面臨一個(gè)滅菌問(wèn)題。一般要求傳感器能與發(fā)酵液同時(shí)進(jìn)展高壓蒸汽滅菌，這對(duì)于大局部物理和物理化學(xué)傳感器來(lái)說(shuō)都沒(méi)有問(wèn)題，但有的〔如pH值和溶氧〕傳感器在滅菌后需要重校準(zhǔn)。不能耐受蒸汽滅菌的傳感器可在罐外用其他方法滅菌后無(wú)菌裝入。其次是在發(fā)酵過(guò)程中保持無(wú)菌的問(wèn)題，這就要求與外界大氣隔絕，承受的方法有蒸汽汽封、“O”形環(huán)密封、套管隔斷等。還有一個(gè)問(wèn)題是傳感器易被培育基和細(xì)胞沾污，這可以通過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)選用不易沾污的材料〔如聚四氟乙烯或拋光的不銹鋼〕，與發(fā)酵液的接觸面不存在簡(jiǎn)潔包藏污垢的死角，便于清洗的外形和構(gòu)造等來(lái)抑制。二、發(fā)酵過(guò)程的主要在線傳感器在線傳感器的缺乏，始終是制約發(fā)酵過(guò)程自控的主要因素。經(jīng)過(guò)各學(xué)科學(xué)者的共同努力，近十多年來(lái)在這方面已有很大的進(jìn)展?，F(xiàn)選擇一些常見(jiàn)的傳感器作一簡(jiǎn)介。⒈pH值一般承受可原位蒸汽滅菌的復(fù)合pH傳感器，其中包括一只玻璃電極和一只通過(guò)側(cè)面多孔塞與培育基連通的參比電極