第七章-發(fā)酵過程控制

研究菌體的培養(yǎng)規(guī)律、外界控制因素

對過程影響及如何優(yōu)化條件，達(dá)到最佳效果是發(fā)酵工程的重要任務(wù)。第七章發(fā)酵過程控制

發(fā)酵過程中的代謝變化與控制參數(shù)

溫度對發(fā)酵的影響及其控制

pH值對發(fā)酵的影響及其控制

溶解氧對發(fā)酵的影響及其控制

菌體濃度與基質(zhì)對發(fā)酵的影響及其控制CO2和呼吸商補(bǔ)料的控制泡沫對發(fā)酵的影響及其控制

對于產(chǎn)物形成而言，代謝變化就是反映發(fā)酵過程中的菌體生長、發(fā)酵參數(shù)的變化和產(chǎn)物形成速率三者之間的關(guān)系。

微生物的代謝產(chǎn)物，按其與菌體生長、繁殖的關(guān)系來說，又分為初級代謝產(chǎn)物（primatymetabolite)和次級代謝產(chǎn)物（secondarymetabolite)第一節(jié)發(fā)酵過程中的代謝變化與控制參數(shù)初級代謝產(chǎn)物一、菌體合成代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物（一）初級代謝產(chǎn)物；微生物產(chǎn)生、生長、和繁殖所必須的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、等。（二）次級代謝產(chǎn)物：由微生物產(chǎn)生，與微生物生長、繁殖無關(guān)的一類物質(zhì)，抗生素是其中一大類，還有生物堿和微生物毒素。代謝變化分菌體生長、產(chǎn)物合成、菌體自溶。一、初級代謝的變化

二、次級代謝的變化

三、發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)

初級代謝變化的根本原因在于菌體的代謝活動引起環(huán)境的變化，而環(huán)境的變化又反過來影響菌體的代謝。

在初級代謝中，菌體生長仍顯示適應(yīng)期、對數(shù)生長期、靜止期和衰亡期的特征。由于菌體的生理狀態(tài)與培養(yǎng)條件不同，各個(gè)時(shí)期時(shí)間長短也不盡相同，且與接種微生物的生理狀態(tài)有關(guān)。工業(yè)發(fā)酵中往往要接入處于對數(shù)生長期的菌體，以盡量縮短適應(yīng)期。

基質(zhì)濃度的變化一般隨發(fā)酵時(shí)間的延長而不斷下降。

溶解氧濃度亦隨發(fā)酵過程的變化而發(fā)生變化。

初級代謝產(chǎn)物由于沒有明顯的產(chǎn)物形成期，所以它是隨菌體生長在不斷地形成。次級代謝產(chǎn)物包括大多數(shù)的抗生素、生物堿和微生物毒素等物質(zhì)。屬非偶聯(lián)型，次級代謝產(chǎn)物的變化一般分為：

菌體生長階段產(chǎn)物合成階段菌體自溶階段

在這個(gè)過程中，碳源和氮源等進(jìn)行分解代謝，菌體進(jìn)行合成代謝。

碳源、氮源和磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)不斷被消耗，濃度明顯降低。

隨著新菌體不斷合成，菌體濃度明顯增加，攝氧速率也不斷增大，溶解氧濃度不斷下降。

pH值隨基質(zhì)代謝的變化，也發(fā)生一定的改變。

此期間，產(chǎn)物的產(chǎn)量逐漸增加，直至達(dá)到高峰，生產(chǎn)速率也達(dá)到最大，直至產(chǎn)物合成能力衰退。

此階段，產(chǎn)生菌的呼吸強(qiáng)度一般無顯著變化。

這個(gè)階段的代謝變化是以碳源和氮源的分解代謝和產(chǎn)物的合成代謝為主。此時(shí)，碳源、氮源和磷酸鹽等的濃度必須控制在一定范圍內(nèi)，并嚴(yán)格控制發(fā)酵條件。貯藏期：細(xì)胞積累脂肪和糖的過程，使細(xì)胞干重增加，開始形成產(chǎn)物。持續(xù)期：細(xì)胞干重不變，但繼續(xù)耗糖和分泌產(chǎn)物。

此階段，菌體衰老，細(xì)胞開始自溶，氮含量增加，pH之上升，產(chǎn)物合成能力衰退，生產(chǎn)速率下降。三、發(fā)酵過程主要控制參數(shù)

（一）物理參數(shù)溫度、壓力、攪拌轉(zhuǎn)數(shù)、攪拌功率、空氣流量、黏度、濁度。（二）化學(xué)參數(shù)

pH、基質(zhì)濃度、溶解氧濃度、氧化還原電位、產(chǎn)物濃度、廢氣中氧及CO2的濃度、（三）生物參數(shù)菌絲形態(tài)、菌體濃度

除上述外，還有跟蹤細(xì)胞生物活性的其它化學(xué)參數(shù)，如NAD-NADH體系、ATP-ADP-AMP體系、DNA、RNA、生物合成的關(guān)鍵酶等，需要時(shí)可查有關(guān)資料。

pH值：發(fā)酵液的pH值是發(fā)酵過程中各種生化反應(yīng)的綜合結(jié)果，它的高低與菌體生長和產(chǎn)物合成有著重要關(guān)系。

溫度：它的高低與發(fā)酵液中的酶反應(yīng)速度、氧在培養(yǎng)液中的溶解度和傳遞速率、菌體生長速率以及產(chǎn)物合成速率密切相關(guān)。

溶解氧濃度：利用溶解氧濃度的變化，可了解產(chǎn)生菌對氧利用的規(guī)律，反映發(fā)酵的異常情況，也可作為發(fā)酵中間控制的參數(shù)及設(shè)備供氧能力的指標(biāo)。

基質(zhì)含量：它是發(fā)酵液中糖、氮、磷等重要營養(yǎng)物質(zhì)的濃度。它的變化對產(chǎn)生菌的生長和產(chǎn)物的合成有著重要的影響，也是提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的重要控制指標(biāo)。壓力：發(fā)酵過程中罐內(nèi)維持一定的正壓可防止雜菌污染，保證純種培養(yǎng)，間接影響菌體代謝，一般維持（0.2~0.5）×105Pa。罐壓的高低還與氧和CO2在培養(yǎng)液中的溶解度有關(guān)

攪拌轉(zhuǎn)速：它的大小在一定程度上與發(fā)酵液中氧的傳遞速率和發(fā)酵液的均勻性有關(guān)。

在發(fā)酵的不同階段控制不同的轉(zhuǎn)數(shù)，以調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中的溶氧。它的大小與氧在發(fā)酵液中的傳遞速率和發(fā)酵液的均勻性有關(guān)。

攪拌功率：與氧的容量傳遞系數(shù)有關(guān)

空氣流量：每分鐘內(nèi)每單位體積發(fā)酵液通入空氣的體積，一般控制在0.5~1.0(m3/L·min)。

黏度：可作為細(xì)胞生長或細(xì)胞形態(tài)的一項(xiàng)標(biāo)志，也能反映發(fā)酵罐中菌絲分裂過程的情況

濁度：能及時(shí)反映單細(xì)胞生長狀況的參數(shù)。

料液流量：控制流體進(jìn)料的參數(shù)。

產(chǎn)物的濃度：衡量發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量高低或合成代謝正常與否的重要參數(shù)氧化還原電位：是影響微生物生長及其生化活性的因素之一。

廢氣中的氧含量：由廢氣中氧和CO2含量可算出產(chǎn)生菌的攝氧率、呼吸商和發(fā)酵罐的供氧能力。廢氣中的CO2的含量：計(jì)算產(chǎn)生菌呼吸商，了解產(chǎn)生菌呼吸代謝規(guī)律。菌體形態(tài)：一般都以菌絲形態(tài)作為衡量種子質(zhì)量、區(qū)分發(fā)酵階段、控制發(fā)酵過程的代謝變化和決定發(fā)酵周期的依據(jù)之一菌體濃度：是控制微生物發(fā)酵的重要指標(biāo)第二節(jié)溫度對發(fā)酵的影響1.對各種酶反應(yīng)速率影響2.改變菌體代謝產(chǎn)物的合成方向3.影響微生物代謝控制機(jī)制4.影響發(fā)酵液理化性質(zhì)5.影響發(fā)酵的動力學(xué)和產(chǎn)物的生物合成生物熱攪拌熱影響因素蒸發(fā)熱輻射熱一、溫度對發(fā)酵的影響二、影響發(fā)酵溫度變化的因素三、溫度的控制

影響各種酶的反應(yīng)速率和蛋白質(zhì)性質(zhì)?影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)?影響生物合成的方向。

–例如，四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌同時(shí)能產(chǎn)生金霉素。在低于30℃溫度下，該菌種合成金霉素能力較強(qiáng)。當(dāng)溫度提高，合成四環(huán)素的比例也提高。在溫度達(dá)35℃則只產(chǎn)生四環(huán)素而金霉素合成幾乎停止。發(fā)酵過程，微生物生長速率變化

dX/dt=μX-αXμ:比生長速率;α：比死亡速率當(dāng)處于生長狀態(tài)時(shí)，μ>>α,α可忽略。μ與α與溫度有關(guān)根據(jù)Arrenhnius公式μ=Ae-E/RTα=A’e-E’/RT通常E’大于E，所以α比μ對溫度變化更為敏感。例：青霉菌生產(chǎn)青霉素青霉菌生長活化能E=34kJ/mol;青霉素合成活化能=112kJ/mol

青霉素合成速率對溫度較敏感，溫度控制相當(dāng)重要。Q發(fā)酵=Q生物

+Q攪拌

–Q蒸發(fā)

–Q輻射發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。Q生物：生物熱是生產(chǎn)菌在生長繁殖時(shí)產(chǎn)生的大量熱量。培養(yǎng)基中碳水化合物，脂肪，蛋白質(zhì)等物質(zhì)被分解為CO2,NH3時(shí)釋放出的大量能量。

用途：合成高能化合物，供微生物生命代謝活動熱能散發(fā)影響生物熱的因素：生物熱隨菌株，培養(yǎng)基，發(fā)酵時(shí)期的不同而不同。生物熱的大小還與菌體的呼吸強(qiáng)度有對應(yīng)關(guān)系。一般而言，同一菌種，在同一條件下，培養(yǎng)基成分越豐富，營養(yǎng)被利用的速度越快，產(chǎn)生的生物熱就越大。生物熱的大小隨培養(yǎng)時(shí)間的不同而不同。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)抗生素高產(chǎn)量批號的生物熱高于低產(chǎn)量批號的生物熱。說明抗生素合成時(shí)微生物的新陳代謝十分旺盛。生物熱的大小與菌體的呼吸強(qiáng)度有對應(yīng)關(guān)系，呼吸強(qiáng)度越大，所產(chǎn)生的生物熱也越大。在四環(huán)素發(fā)酵中，還發(fā)現(xiàn)生物熱和菌的呼吸強(qiáng)度的變化有對應(yīng)關(guān)系，特別是在80小時(shí)以前。從此實(shí)驗(yàn)中還可看到，當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達(dá)到高峰時(shí)，糖的利用速度也最大。另外也有人提出，可從菌體的耗氧率來衡量生物熱的大小。Q攪拌：通風(fēng)發(fā)酵都有大功率攪拌,攪拌器轉(zhuǎn)動引起的液體之間及液體與設(shè)備之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量。Q攪拌=()3600PVP/V：通氣條件下單位體積發(fā)酵液所消耗的功率，kW/m33600：熱功當(dāng)量，kJ/(kW?h)Q蒸發(fā):通入發(fā)酵罐的空氣，其溫度和濕度隨季節(jié)及控制條件的不同而有所變化?？諝膺M(jìn)入發(fā)酵罐后，就和發(fā)酵液廣泛接觸進(jìn)行熱交換。同時(shí)必然會引起水分的蒸發(fā)；蒸發(fā)所需的熱量即為蒸發(fā)熱。?蒸發(fā)熱的計(jì)算：

Q蒸發(fā)=G（I2-I1）

G：空氣流量，按干重計(jì)算，kg/hI1

、I2

：進(jìn)出發(fā)酵罐的空氣的熱焓量，J/kg（干空氣）?輻射熱：由于發(fā)酵罐內(nèi)外溫度差，通過罐體向外輻射的熱量。?輻射熱可通過罐內(nèi)外的溫差求得，一般不超過發(fā)酵熱的5%。發(fā)酵熱的測定（1）通過測定一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水進(jìn)出口溫度，由下式求得這段時(shí)間內(nèi)的發(fā)酵熱。（2）通過罐溫的自動控制，先使罐溫達(dá)到恒定，再關(guān)閉自控裝置測得溫度隨時(shí)間上升的速率S，按下式可求得發(fā)酵熱：最適溫度是一種相對概念，是指在該溫度下最適于菌的生長或發(fā)酵產(chǎn)物的生成。最適發(fā)酵溫度隨著微生物菌種、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件和菌體生長階段的不同而不同。

最適發(fā)酵溫度的選擇:–在發(fā)酵的整個(gè)周期內(nèi)僅選一個(gè)最適培養(yǎng)溫度不一定好。–溫度的選擇要參考其它發(fā)酵條件。–溫度的選擇還應(yīng)考慮培養(yǎng)基成分和濃度

在菌體的生長階段，應(yīng)選擇最適生長溫度；在產(chǎn)物分泌階段，應(yīng)選擇最適生產(chǎn)溫度。

溫度的控制：工業(yè)生產(chǎn)上通常將冷卻水（或冷媒）通入發(fā)酵罐夾層或蛇形管或熱交換設(shè)備中，通過熱交換來降溫，以維持最適溫度。發(fā)酵罐：夾套（10M3以下）盤管（蛇管）（10M3以上）第三節(jié)pH對發(fā)酵影響及控制?

發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的pH值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動的綜合指標(biāo)，是一項(xiàng)重要的發(fā)酵參數(shù)。它對菌體的生長和產(chǎn)品的積累有很大的影響。因此，必須掌握發(fā)酵過程中pH的變化規(guī)律，及時(shí)監(jiān)測并加以控制，使它處于最佳的狀態(tài)。

盡管多數(shù)微生物能在3-4個(gè)pH單位的pH范圍內(nèi)生長，但是在發(fā)酵工藝中，為了達(dá)到高生長速率和最佳產(chǎn)物形成，必須使pH在很窄的范圍內(nèi)保持恒定。pH值對發(fā)酵的影響發(fā)酵過程中pH值的變化發(fā)酵pH值的確定及控制pH值對微生物的生長繁殖和產(chǎn)物合成的影響?pH影響酶的活性?pH影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)?pH影響培養(yǎng)基某些組分和中間代謝產(chǎn)物的離解?pH不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變影響酶的活性，當(dāng)pH值抑制菌體中某些酶的活性時(shí)，會阻礙菌體的新陳代謝；

H+或OH-在細(xì)胞內(nèi)改變了胞內(nèi)原有的中性狀態(tài)，影響到酶蛋白的解離度和電荷情況，從而改變酶的結(jié)構(gòu)和功能。

影響微生物原生質(zhì)膜所帶電荷的狀態(tài)。改變細(xì)胞膜的通透性，影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄。影響培養(yǎng)基中某些組分的解離，進(jìn)而影響到微生物對這些成分的吸收。

不同的pH值，往往引起菌體代謝過程的不同,使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。

pH值對產(chǎn)物的穩(wěn)定性也有影響發(fā)酵過程中，pH值的變化，取決于所使用的菌種、培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)條件的不同而發(fā)生變化。發(fā)酵過程中，隨著微生物對培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的利用及某些物質(zhì)的積累，發(fā)酵液的pH值會發(fā)生一定的變化。微生物的自溶，引起發(fā)酵液中氨基酸等的增加，會使pH值增加。發(fā)酵所用的碳源種類不同，pH值變化也不一樣。凡是發(fā)酵過程中，堿性物質(zhì)的消耗和酸性物質(zhì)的生成或釋放都會引起發(fā)酵液中pH值下降。引起pH值下降的主要原因培養(yǎng)基中C/N比例不當(dāng)，碳源過多，尤其是葡萄糖或中間補(bǔ)糖過多，加之溶解氧不足，致使大量有機(jī)酸積累，引起pH值下降。消泡油加的過多。生理酸性物質(zhì)的存在，氨被利用，使pH值下降。引起發(fā)酵液pH值上升的主要原因C/N比例不當(dāng)，氮源過多，氨基氮釋放，使pH值上升。生理堿性物質(zhì)的存在。中間補(bǔ)料中氨水或尿素等堿性物質(zhì)的加入過多，使pH值上升。

三、發(fā)酵pH值的確定和控制

原則：有利于菌體生長和產(chǎn)物的合成。一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。

大多數(shù)細(xì)菌生長的pH

值為6.3-7.5，霉菌和酵母菌為3-6，放線菌為7-8．微生物發(fā)酵的pH值隨菌種和產(chǎn)品的不同而不同。同一菌種，其生長得最適pH值可能與產(chǎn)物合成的最適pH值是不一樣的。

最適pH與菌株，培養(yǎng)基組成，發(fā)酵工藝有關(guān)。應(yīng)按發(fā)酵過程的不同階段分別控制不同的pH范圍。在確定發(fā)酵適宜的pH值時(shí)，應(yīng)考慮培養(yǎng)溫度對它的影響。μQPμQPμQPμQPpH值比生長速率比生產(chǎn)速率最適pH與微生物生長，產(chǎn)物形成之間相互關(guān)系有四種類型：最適pH與微生物生長，產(chǎn)物形成之間相互關(guān)系有四種類型：菌體比生長速率μ和產(chǎn)物比生產(chǎn)速率QP的最適pH在一個(gè)相似的較寬的范圍內(nèi)（比較容易控制）；

μ較寬，Qp范圍較窄，或μ較窄，Qp范圍較寬（難控制，應(yīng)嚴(yán)格控制）；

μ和Qp對pH都很敏感，其最適pH相同（應(yīng)嚴(yán)格控制）；更復(fù)雜，μ和Qp對pH都很敏感，并有各自的最適pH（難度最大）；pH值調(diào)節(jié)、控制的主要方法調(diào)節(jié)基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配方選擇合適的培養(yǎng)基，調(diào)節(jié)培養(yǎng)基原始的pH值，添加緩沖劑?？紤]發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎(chǔ)配方，使之有適當(dāng)?shù)谋壤?，使發(fā)酵過程pH

的變化在適合的范圍內(nèi)。在分批發(fā)酵中常用CaCO3作為緩沖劑來控制pH值的變化。補(bǔ)料控制補(bǔ)酸/補(bǔ)堿：硫酸銨、氨水可在發(fā)酵過程中加入弱酸或弱堿進(jìn)行pH制的調(diào)節(jié)，如果此法不能改善發(fā)酵情況，應(yīng)采用補(bǔ)料的方法。補(bǔ)加碳源或氮源補(bǔ)加生理酸性物質(zhì)[如（NH4)2SO2]或生理堿性物質(zhì)，可以調(diào)節(jié)pH值、補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)、增加培養(yǎng)液濃度和減少阻遏作用。當(dāng)發(fā)酵液的pH值較高及氨氮含量又較低的時(shí)候，可加入生理酸性銨鹽調(diào)節(jié)；當(dāng)發(fā)酵液的pH值和氨氮含量都很低時(shí)，可補(bǔ)加氨水（濃度20%左右）應(yīng)采用少量多次流加的方法進(jìn)行。第四節(jié)溶解氧對發(fā)酵的影響及控制溶解氧控制（供氧和需氧兩方面）1.供氧方面：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或通氣速率控制2.發(fā)酵液需氧方面：受菌體濃度、基質(zhì)的種類和濃度培養(yǎng)條件影響，可通過控制補(bǔ)料速度、補(bǔ)水，加表面活性劑、調(diào)溫來控制。溶解氧對發(fā)酵的影響供氧與微生物代謝的關(guān)系發(fā)酵過程溶解氧的變化溶解氧濃度的控制大多數(shù)發(fā)酵過程是好氧的，因此需要供氧。如果考慮呼吸的化學(xué)計(jì)量，則葡萄糖的氧化可由下式表示：

C6H12O6十6O2＝6H2O十6CO2

只有當(dāng)這兩種反應(yīng)物均溶于水后，才對菌體有用。氧在水中的溶解度比葡萄糖要小約6000倍左右(氧在水中的飽和度約為l0mg/L)。許多發(fā)酵的生產(chǎn)能力受到氧利用限制，因此氧成為影響發(fā)酵效率的重要因素。培養(yǎng)基的成分和濃度顯著影響耗氧：培養(yǎng)液營養(yǎng)豐富，菌體生長快耗氧量大；發(fā)酵醪濃度高，耗氧量大；發(fā)酵過程補(bǔ)料或補(bǔ)糖，微生物對氧的攝取量隨之增大。菌齡影響耗氧：菌體呼吸旺盛時(shí)，耗氧量大；發(fā)酵后期，耗氧量減少。影響耗氧的主要因素溶解氧對發(fā)酵的影響發(fā)酵條件影響耗氧：在最適宜的條件下發(fā)酵，耗氧量大。發(fā)酵過程中，有毒代謝產(chǎn)物如CO2、揮發(fā)性的有機(jī)酸和過量的氨的排出，有利于提高菌體的攝氧量。氧是一種難溶于水的氣體。在25℃，1×105Pa條件下，純氧在水中的溶解度為1.26mmol/L，空氣中的氧在純水中的溶解度更低（0.25mmol/L）。在28℃氧在發(fā)酵液中的溶解度只有0.22mmol/L，而發(fā)酵液中的大量微生物耗氧迅速（耗氧速率大于25~100mmol/L.h），因此，供氧對于好氧微生物來說是非常重要的。在對數(shù)生長期，即使發(fā)酵液被空氣飽和，若此時(shí)停止供氧，發(fā)酵液中溶氧可在幾分鐘之內(nèi)便耗盡。

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。

好氧微生物的生長和代謝活動都需要消耗氧氣，它們只有在氧分子存在的情況下才能完成生物氧化作用。液體中的微生物只能利用溶解氧，氣液界面處的微生物還能利用氣相中的氧。強(qiáng)化氣液界面也將有利于供氧。在微生物的培養(yǎng)過程中，應(yīng)保持供氧與耗氧的平衡，滿足微生物對氧的利用。（1）臨界氧發(fā)酵生產(chǎn)中用空氣飽和度百分?jǐn)?shù)來表示溶氧濃度。這只能在相似的條件下，在同樣的溫度、罐壓、通氣攪拌下進(jìn)行比較。這種方法能反映菌的生理代謝變化和對產(chǎn)物合成的影響。臨界氧：不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度，如對產(chǎn)物而言，便是不影響產(chǎn)物合成所允許的最低濃度。

臨界溶氧濃度：滿足微生物呼吸的最低氧濃度。在臨界氧濃度下，微生物的呼吸速率隨溶解氧濃度的降低而顯著下降。

當(dāng)不存在其他限制性因素時(shí)，溶解氧濃度高于臨界值時(shí)，細(xì)胞的比耗氧速率保持恒定

。如果溶解氧濃度低于臨界值，細(xì)胞的比耗氧速率，就會大大降低，細(xì)胞處于半?yún)挌鉅顟B(tài)。溶氧對發(fā)酵的影響只有使溶氧濃度高于其臨界值，才能維持菌體的最大比攝氧率，得到最大的菌體合成量。如果溶氧濃度低于臨界值，則菌體代謝受到干擾。但是，發(fā)酵工業(yè)的目標(biāo)是要得到菌體發(fā)酵的產(chǎn)物而不是菌體本身。因此，由氧饑餓而引起的細(xì)胞代謝干擾，可能對形成某些產(chǎn)物是有利的；同理，當(dāng)提供的氧濃度遠(yuǎn)大于臨界值時(shí)，雖對菌體形成無妨，但也許能刺激產(chǎn)物的形成；所以，某種產(chǎn)物形成的最佳條件可能不同于菌體生長的最佳通氣條件。最適氧濃度與菌體合成和產(chǎn)物的合成代謝的特性有關(guān)。根據(jù)需氧不同，可將初級代謝發(fā)酵分為：a.供氧充足條件下，產(chǎn)量最大；若供氧不足，合成受強(qiáng)烈抑制；如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等b.供氧充足條件下，可得最高產(chǎn)量；若供氧受限，產(chǎn)量受影響不明顯；如：異亮氨酸，賴氨酸，蘇氨酸等c.若供氧受限，細(xì)胞呼吸受抑制時(shí)，才獲得最大量產(chǎn)物；若供氧充足，產(chǎn)物形成反而受抑制；如：亮氨酸，纈氨酸，苯丙氨酸等但在實(shí)際生產(chǎn)過程中需注意：–溶解氧濃度過低（代謝異常，產(chǎn)量降低）–溶解氧濃度過高（代謝異常，菌體提前自溶）這就決定了大多數(shù)微生物深層培養(yǎng)需要適當(dāng)?shù)耐鈼l件，才能維持一定的生產(chǎn)水平。實(shí)際上，生物氧化中氧吸收的效率多數(shù)低于2%，通常情況下常常低于1%。也就是說，通入發(fā)酵罐約99%的無菌空氣被白白浪費(fèi)掉了。而且大量無用空氣還是引起過多泡沫的因素。所以通氣效率的改進(jìn)可減少空氣的使用量，從而減少泡沫的形成和雜菌污染的機(jī)會?！锖粑R界氧值可用尾氣O2含量變化和通氣量測定，也可用溶氧電極測定。各種微生物的臨界氧值：

細(xì)菌和酵母：3~10%放線菌：5~30%霉菌：10~15%★合成的臨界氧值：考察不同溶氧濃度對生產(chǎn)的影響，便可求得合成的臨界氧值。注意：

●實(shí)際上，呼吸臨界氧值不一定與產(chǎn)物合成臨界氧值相同。

●生物合成臨界氧濃度并不等于其最適氧濃度。

●在培養(yǎng)過程中并不是維持溶氧越高越好。過高的溶氧對生長可能不利。一般對于好氧微生物：CCr:＝0.003~0.05mmol/l（約是飽和濃度1～25%）例：酵母CCr:＝4.6*10-3mmol.L-1,1.8%產(chǎn)黃青霉CCr:＝2.2*10-2mmol.L-1,8.8%二、供氧與微生物代謝的關(guān)系呼吸強(qiáng)度：單位質(zhì)量的干菌體在單位時(shí)間內(nèi)所吸取的氧的量（QO2，

mmol/（g干菌體·h））。耗氧速率：單位體積培養(yǎng)液，在單位時(shí)間內(nèi)的吸氧量（r，mmolO2/h·L）。需氧方面溶氧的控制微生物的“需氧”可用耗氧速率或呼吸強(qiáng)度來表示式中，r——攝氧率，mmolO2/(L·h)；

QO2——呼吸強(qiáng)度，mmolO2/(g菌·h)；

X——菌濃，g/L。若發(fā)酵液中溶氧保持不變，即供氧=需氧，則使供需失去平衡的因子也會改變?nèi)苎鯘舛?。r取決于微生物的呼吸強(qiáng)度和單位體積菌體濃度。發(fā)酵過程中，供氧的多少應(yīng)根據(jù)不同的菌種、發(fā)酵條件和發(fā)酵階段等具體情況決定。耗氧速率發(fā)酵過程溶解氧的變化發(fā)酵前期，需氧量不斷增加，此時(shí)需氧量超過供氧量，使溶解氧明顯下降，攝氧率同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)高峰。發(fā)酵中后期，分批發(fā)酵溶解氧變化較小，如不補(bǔ)加基質(zhì)，發(fā)酵液的攝氧率與菌體的呼吸強(qiáng)度變化不大，供氧能力保持不變，溶解氧濃度變化也不大。生產(chǎn)后期，呼吸強(qiáng)度減弱，溶解氧濃度也會逐步上升。當(dāng)外界進(jìn)行補(bǔ)料時(shí)，則溶解氧濃度就會發(fā)生變化，如補(bǔ)糖后，發(fā)酵液的攝氧率就會增加，引起溶解氧濃度下降，經(jīng)過一段時(shí)間后又會逐步回升。引起溶解氧異常下降的主要原因污染好氣性雜菌。菌體代謝發(fā)生異常，需氧量增加，使溶解氧下降。某些設(shè)備或工藝控制發(fā)生故障或變化，可能引起溶解氧下降。如攪拌功率消耗變小或攪拌速度變慢；消泡劑加入過多影響供氧的工藝操作如停止攪拌、悶罐等。引起溶解氧異常升高的原因在供氧條件沒有發(fā)生變化的情況下，主要是耗氧發(fā)生改變所致，如菌體代謝出現(xiàn)異常、耗氧能力下降污染了烈性噬菌體，影響尤為突出。溶氧監(jiān)測的作用（1）從發(fā)酵液中的溶解氧濃度變化，可以了解微生物生長代謝是否異常（2）工藝控制是否合理（3）設(shè)備供氧能力是否充足。

供氧方面：氣相中的氧先溶解在培養(yǎng)液內(nèi)，然后傳遞到細(xì)胞內(nèi)呼吸酶的位置上才能被利用。這一系列過程需經(jīng)過各種阻力。即氣體中的氧通過氣膜阻力、氣液界面阻力、液膜阻力而擴(kuò)散到液體內(nèi)部?？諝庵械难跻后w中的溶氧微生物體內(nèi)的氧。

p

傳氧方向

液相主流氣相主流

ci

pi

c界面

在氧傳遞過程中液膜阻力是控制因素。

氣膜液膜溶解氧濃度的控制供氧方面

OTR=kLα(c*-cL)=(QO2)mcLc(X)Ko+cL

設(shè)法提高氧傳遞的推動力，如增加罐壓、采用富氧通氣操作。

提高液相體積氧傳遞系數(shù)kLα，如調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速或通氣速率，或改變發(fā)酵液的流動狀態(tài)等。單位接觸界面氧的傳遞速率影響KLa（溶氧系數(shù)）的因素

1、攪拌：（1）增加氣液接觸面積（打碎氣泡），增加氧傳遞面積。（2）使液體形成渦流，從而延長氣泡在液體中的停留時(shí)間。（3）增加液體的湍流程度，降低氣泡周圍的液膜阻力、液體主流中液體阻力、從而增加KLa值。（4）減少菌絲結(jié)團(tuán)，降低細(xì)胞壁表面的液膜阻力。改善細(xì)胞對氧和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，同時(shí)降低細(xì)胞周圍的“廢物”和“廢氣“的濃度，有利于微生物代謝。

2、空氣的流速

KLa隨空氣速度的增加而增大，但空氣速度過大，則可使葉輪發(fā)生過載需氧方面發(fā)酵液的需氧量受菌體濃度、基質(zhì)的種類和濃度以及培養(yǎng)條件等因素的影響。發(fā)酵液的攝氧速率隨菌體濃度的增加而按比例增加。氧的傳遞速率是隨菌體濃度的對數(shù)關(guān)系減少?？刂蒲a(bǔ)料速度，使微生物菌體濃度維持在最適范圍內(nèi)，是控制最適溶氧濃度的重要方法。調(diào)節(jié)溫度液化培養(yǎng)基中間補(bǔ)水添加表面活性劑3、培養(yǎng)液的物理性質(zhì)發(fā)酵液的表面張力、黏度、離子濃度等都會影響氣體的溶解度，還影響液體的湍動以及界面和液膜的阻力，因而影響傳遞效率。發(fā)酵液中菌絲濃度增大，表觀黏度增大，通氣效率下降。發(fā)酵過程中添加糖、花生餅粉等營養(yǎng)物質(zhì)、前體或無菌水、消泡劑等均可改變培養(yǎng)液的理化性質(zhì)。

4、空氣分布器對通氣效率的影響發(fā)酵罐中裝有多孔分布器和單孔分布器，在氣流速度很低時(shí)，多孔分布器有較高的通氣效率。但兩者的區(qū)別隨著氣流速度的增加而逐漸減少?？赡苁堑蜌饬鲿r(shí)多孔分布器可形成更大的傳遞面積，而當(dāng)通氣量增大時(shí)，單孔分布器能更大的增加發(fā)酵液的湍動程度。5、流加H2O2對提高供氧

傳統(tǒng)的方法是給發(fā)酵罐通入無菌空氣，達(dá)到供氧，近年來，加入氧載體、流加H2O2

與藻類共培養(yǎng)以及通過基因克隆轉(zhuǎn)入帶氧的基因等方法。采用H2O2

供氧的優(yōu)點(diǎn)：

H2O2與通氣供氧結(jié)合，控制流加濃度和流加方式可提高發(fā)酵體系的細(xì)胞密度；

H2O2可在過氧化酶的催化下分解放出氧氣，在反應(yīng)不是非常強(qiáng)烈的條件下，氧氣將直接以分子形式傳給細(xì)胞，不會形成氣液傳質(zhì)阻力，提高氧的傳質(zhì)速率；采用H2O2

供氧存在的問題：

對剪切力敏感及非常黏稠的發(fā)酵體系提供了一種供氧手段；

H2O2

供氧還可以改變菌體的代謝途徑，促使菌體利用更有效的代謝途徑來合成產(chǎn)物。

H2O2

供對細(xì)胞有害，H2O2本身在一定濃度對細(xì)胞有損害作用，更多的是由于H2O2在過氧化氫酶的催化作用下，可以分解形成一些自由基、超氧陰離子，羥基自由基、原子氧等，它們會阻礙ＤＮＡ、ＲＮＡ和蛋白質(zhì)的生物合成?？赏ㄟ^優(yōu)化H2O2的流加濃度、選擇流加方式等手段來解決?？刂迫苎醯墓に囀侄危?）改變通氣速率（增大通風(fēng)量）：增大KLa值。注意，過分增大通氣速率會產(chǎn)生副作用，如泡沫生成、罐溫增高等。（2）改變攪拌速度：轉(zhuǎn)速較低時(shí)，增大攪拌速度對提高溶氧濃度有明顯作用；當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，再增大攪拌速度起不到調(diào)節(jié)作用，反而打碎菌絲體，使菌體自溶并減少產(chǎn)量。（3）改變氣體組成中的氧分壓（4）改變罐壓：提高C*。不是十分有效（5）改變發(fā)酵液的理化性質(zhì)：如加消沫劑、補(bǔ)加無菌水、改變培養(yǎng)基的成分等（6）加入傳氧中間介質(zhì)：一般是不溶于培養(yǎng)液的液體，呈乳化狀態(tài)來提高氣液相之間的傳遞。傳氧中間介質(zhì)有：血紅蛋白、烴類碳?xì)浠衔铮河?、石蠟等）、含氟碳化物。本?jié)思考題

?1、臨界溶氧濃度？?2、發(fā)酵過程中，引起溶氧異常改變的可能原因？菌體濃度對發(fā)酵的影響及控制基質(zhì)對發(fā)酵的影響及其控制第五節(jié)菌體濃度與基質(zhì)對發(fā)酵的影響及其控制菌體濃度(cellconcentration)是指單位體積培養(yǎng)液中菌體的含量。菌體濃度的大小，在一定條件下不僅反映了菌體細(xì)胞的多少，而且反映了菌體細(xì)胞生理特性不完全相同的分化階段。一、菌體濃度對發(fā)酵的影響菌體濃度的大小與菌體生長速率密切相關(guān)，比生長速率大的菌體，菌濃增長迅速，反之就緩慢。菌濃的增長與營養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件密切相關(guān)。Ks：飽和常數(shù)，生長速率一半時(shí)的底物濃度生長速率取決于基質(zhì)濃度當(dāng)c(S)＞10KS時(shí)，μ≈μm。c(S)＜＜KS，菌體的比生長速率隨基質(zhì)濃度的增加而增加?；|(zhì)過濃，導(dǎo)致抑制會引起比生長速率下降。μc(S)=μmKs+c(S)菌濃的高低，對發(fā)酵產(chǎn)物的得率有著至關(guān)重要的影響，在適宜的比生長速率下，發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率與菌體濃度成正比例關(guān)系，即：

P=(QP)mc(X)但菌濃過高，可能會改變菌體的代謝途徑，對溶解氧的影響尤為突出。隨著菌體濃度的增加，培養(yǎng)液的攝氧率按比例增加，表觀黏度也隨之增加，流體的性質(zhì)亦發(fā)生改變，使氧的傳遞速率成對數(shù)減少。r=QO2c(X)當(dāng)OUR>OTR，溶解氧減少，并成為限制性因素時(shí)，隨之會給發(fā)酵帶來各種影響。如代謝途徑的改變，酵母生長停滯；抗生素發(fā)酵中，使產(chǎn)量下降等。攝氧率OUR=耗氧速率r

：指單位體積培養(yǎng)液在單位時(shí)間內(nèi)的吸氧量，發(fā)酵過程中取決于微生物的呼吸強(qiáng)度QO2和單位體積菌體濃度。確定基礎(chǔ)培養(yǎng)基的適當(dāng)比例，以避免菌體濃度過濃（或過?。?。通過中間補(bǔ)料控制菌體的生長，當(dāng)菌體生長緩慢，菌體濃度過低時(shí)，可補(bǔ)加部分磷酸鹽，以促進(jìn)其生長。可利用菌體代謝產(chǎn)生的CO2的量來控制生產(chǎn)過程的補(bǔ)糖。菌濃控制碳源對發(fā)酵的影響及其控制氮源的種類和濃度對發(fā)酵的影響及其控制磷酸鹽濃度對發(fā)酵的影響及其控制迅速利用碳源：能較快地參與代謝，合成菌體和產(chǎn)生能量，并產(chǎn)生分解產(chǎn)物，有利于菌體生長，但有的分解代謝產(chǎn)物對產(chǎn)物的合成可能產(chǎn)生阻遏作用。緩慢利用碳源：被菌體緩慢利用，有利于延長代謝產(chǎn)物的合成，特別有利于抗生素的分泌期，為許多微生物藥物發(fā)酵所利用。碳源濃度對菌體代謝、產(chǎn)物的形成及氧的傳遞都會產(chǎn)生影響。濃度過大，導(dǎo)致菌體異常繁殖。如產(chǎn)生阻遏作用的碳源用量過大，產(chǎn)物的合成會受到明顯的抑制。若僅僅提供維持量的碳源，菌體的生長和產(chǎn)物合成都會停止。碳源組成：在工業(yè)上，發(fā)酵培養(yǎng)基中常采用含迅速和緩慢利用的混合碳源發(fā)酵過程中控制碳源的濃度，可采用經(jīng)驗(yàn)法和動力學(xué)法，即通過中間補(bǔ)料的方法來控制。這主要是根據(jù)不同的代謝類型來確定補(bǔ)糖時(shí)間、補(bǔ)糖量和補(bǔ)糖方式。不同種類和不同濃度的氮源都會影響產(chǎn)物的合成方向和產(chǎn)量。快速利用氮源易被菌體利用，可促進(jìn)菌體生長，但對某些代謝產(chǎn)物的合成，尤其是對某些抗生素的合成產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，影響產(chǎn)量。氮源對發(fā)酵的影響和控制緩慢利用氮源對延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期，提高產(chǎn)物的產(chǎn)量是有益的，但不可一次全部投入。選擇適當(dāng)?shù)牡春瓦m當(dāng)?shù)臐舛取０l(fā)酵培養(yǎng)基選用含有快速利用和緩慢利用的混合氮源。發(fā)酵過程中補(bǔ)加氮源補(bǔ)加有機(jī)氮：根據(jù)產(chǎn)生菌的代謝情況，可在發(fā)酵過程中添加某些具有調(diào)節(jié)生長代謝作用的有機(jī)氮（如酵母粉、玉米漿、尿素等）。補(bǔ)加無機(jī)氮源：補(bǔ)加氨水或硫酸銨。有機(jī)氮磷是菌體生長繁殖和合成代謝產(chǎn)物所必需的成分。微生物生長良好所必需的磷酸鹽濃度0.32~300mmol/L，但對于次級代謝產(chǎn)物合成良好所允許的最高平均濃度僅為1.0mmol/L。3、磷酸鹽濃度的影響和控制磷酸鹽濃度的控制，一般是在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中采用適當(dāng)?shù)臐舛取Ｔ诎l(fā)酵過程中，有時(shí)會出現(xiàn)代謝緩慢的情況，可補(bǔ)加磷酸鹽改善。CO2對菌體生長和產(chǎn)物形成的影響排氣中CO2濃度與菌體量、pH值、排氣氧之間的關(guān)系呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系CO2濃度的控制第六節(jié)CO2和呼吸商CO2往往對菌體生長有直接的影響。?CO2是呼吸和分解代謝的終產(chǎn)物，也可作為重要的基質(zhì)。?CO2對生產(chǎn)過程具有抑制或刺激作用。?CO2影響代謝產(chǎn)物的合成。

當(dāng)排出的CO2濃度高于4%時(shí)，碳水化合物的代謝及微生物的呼吸速率下降；基質(zhì)的異化（或分解代謝）和ATP的生成也將受到阻礙，從而影響產(chǎn)物的合成。?CO2影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，從而影響膜的運(yùn)輸。一、CO2對菌體生長和產(chǎn)物形成的影響細(xì)胞膜脂質(zhì)相中濃度達(dá)臨界值時(shí)，使膜的流動性及表面電荷密度發(fā)生變化，導(dǎo)致許多基質(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)胞生長受抑制，形態(tài)改變。CO2影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，從而影響膜的運(yùn)輸菌體生長的檢測

補(bǔ)糖與排氣CO2、pH值變化的關(guān)系二、排氣中CO2濃度與菌體量、pH值、排氣氧之間的關(guān)系連續(xù)測定排氣氧和CO2濃度，可計(jì)算出發(fā)酵過程中二氧化碳的釋放率。CRR(carbondioxidereleaseradio二氧化碳釋放率)CRR=QCO2c(X)=F進(jìn)V[]C惰進(jìn)·CCO2出1-(CO2出+CCO2出)-CCO2進(jìn)fQCO2比二氧化碳釋放率，molCO2/(g菌·h)c(X)菌體干重，g/LF進(jìn)進(jìn)氣流量C惰進(jìn)、CCO2進(jìn)分別為排氣中惰性氣體、二氧化碳的體積百分?jǐn)?shù)CCO2出、CO2出分別為排氣中二氧化碳、氧的體積分?jǐn)?shù)V發(fā)酵液的體積，Lf=273273+t進(jìn)×P進(jìn)t進(jìn)進(jìn)氣溫度，℃P進(jìn)進(jìn)氣絕對壓強(qiáng)，Pa通過測定排氣中CO2濃度的變化，采用控制流加基質(zhì)的方法，來實(shí)現(xiàn)對菌體的生長速率和菌體量的控制。發(fā)酵液中補(bǔ)加葡萄糖，排氣中CO2濃度增加，pH值下降。其原因有二：其一是因?yàn)槠咸烟潜痪w利用產(chǎn)生CO2，其中溶解于培養(yǎng)液中的CO2使培養(yǎng)液的pH值下降。其二是因?yàn)槠咸烟潜焕玫倪^程中，產(chǎn)生有機(jī)酸，使pH值下降。2、補(bǔ)糖與排氣CO2，pH值變化的關(guān)系由于糖、CO2、pH值三者之間的相關(guān)性，所以測定CO2釋放率來控制補(bǔ)糖速率。發(fā)酵過程耗氧速率(oxygenuptakerate，簡稱OUR單位molO2/(h·L))OUR=QO2c(X)=F進(jìn)V[CO2進(jìn)-]C惰進(jìn)CO2出1-(CCO2出+CO2出)fQO2呼吸強(qiáng)度，molO2/(g·h)RQ=CRROUR三、呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系呼吸商可以反映菌體的代謝情況，是碳-能源代謝情況的指示值。在碳-能源限制及供氧充分的情況下，碳-能源趨于完全氧化。

菌體在不同的基質(zhì)中，RQ也不同。在抗生素發(fā)酵中，菌體在不同的階段其RQ值也不一樣。在實(shí)際生產(chǎn)中測得的RQ值明顯低于理論值，說明發(fā)酵過程中存在著不完全氧化的中間代謝物和葡萄糖以外的碳源。如發(fā)酵過程中加入消泡劑。四、CO2濃度的控制

CO2的溶解度隨壓力的增加而增加。

CO2濃度的控制應(yīng)隨它對發(fā)酵的影響而定。如果CO2對產(chǎn)物合成有抑制作用，則應(yīng)設(shè)法降低其濃度；若有促進(jìn)作用，則應(yīng)提高其濃度。改變攪拌和通氣速率的大小在發(fā)酵罐中不斷通入空氣，既可保持溶解氧在臨界點(diǎn)以上，又可隨廢氣排出所產(chǎn)生的CO2，使之低于產(chǎn)生抑制作用的濃度。

降低通風(fēng)量，有利于增加CO2在發(fā)酵液中的濃度；反之則會減小CO2濃度。

調(diào)節(jié)罐壓，將影響到CO2的濃度，同時(shí)對菌體代謝和其他參數(shù)也會產(chǎn)生影響補(bǔ)料分批培養(yǎng)（fed-batchculture，簡稱FBC）的作用補(bǔ)料的方式及控制第七節(jié)補(bǔ)料的控制可控制抑制性底物的濃度?？梢越獬驕p弱分解代謝物的阻遏?？梢允拱l(fā)酵過程最佳化。一、FBC的作用：已有研究結(jié)果表明，F(xiàn)BC對微生物發(fā)酵有下列幾個(gè)基本作用：二、補(bǔ)料的方式及控制

?補(bǔ)料的方式：?連續(xù)流加、不連續(xù)流加、多周期流加?快速流加、恒速流加、指數(shù)速率流加、變速流加?單組份流加、多組份流加?為改善發(fā)酵培養(yǎng)基的營養(yǎng)條件和去除部分發(fā)酵產(chǎn)物，F(xiàn)BC還采用“放料和補(bǔ)料”（withdrawandfill）方法。流加操作控制系統(tǒng)反饋控制無反饋控制依據(jù)控制指標(biāo)的不同直接方法間接方法間接法是以溶解氧、pH值、呼吸商、排氣中CO2分壓及代謝產(chǎn)物濃度等作為控制參數(shù)。選擇與過程直接相關(guān)的可檢參數(shù)作為控制指標(biāo)。對于通氣發(fā)酵，利用排氣中CO2含量作為FBC作為反饋控制參數(shù)。它是依靠精確測量CO2的逸出速度和葡萄糖的流動速度，達(dá)到控制菌體的比生長速率和菌濃。pH值也可用作糖的流加控制參數(shù)。泡沫的形成及其對發(fā)酵的影響泡沫的消除第八節(jié)泡沫對發(fā)酵的影響及其控制一、泡沫產(chǎn)生及其對發(fā)酵的影響1、通氣攪拌的強(qiáng)烈程度由外界引進(jìn)的氣流被機(jī)械地分散形成；通氣大、攪拌強(qiáng)烈可使泡沫增多，因此在發(fā)酵前期由于培養(yǎng)基營養(yǎng)成分消耗少，培養(yǎng)基成分豐富，易起泡。應(yīng)先開小通氣量，再逐步加大。攪拌轉(zhuǎn)速也如此。也可在基礎(chǔ)料中加入消泡劑。（一）發(fā)酵過程泡沫產(chǎn)生的原因2、培養(yǎng)基配比與原料組成

培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，黏度大，產(chǎn)生泡沫多而持久，前期難開攪拌。蛋白質(zhì)原料如蛋白胨、玉米漿、花生餅粉、黃豆餅干粉、酵母粉和糖蜜等是主要的發(fā)泡物質(zhì)。培養(yǎng)基中蛋白質(zhì)含量越多，發(fā)酵液的黏度也越大，越容易起泡，泡沫多而且持久穩(wěn)定。發(fā)酵液中糖、蛋白質(zhì)和代謝物等的存在起到加強(qiáng)或穩(wěn)定泡沫的作用。3、菌種、種子質(zhì)量和接種量菌種質(zhì)量好，生長速度快，可溶性氮源較快被利用，泡沫產(chǎn)生幾率也就少。菌種生長慢的可以加大接種量。4、滅菌質(zhì)量

糖蜜培養(yǎng)基的滅菌溫度從110度升高到130度，滅菌時(shí)間為半小時(shí)，發(fā)泡系數(shù)幾乎增加一倍。由發(fā)酵過程產(chǎn)生的氣體聚結(jié)生成的發(fā)酵泡沫（二）起泡的危害1、降低生產(chǎn)能力

在發(fā)酵罐中，為了容納泡沫，防止溢出而降低裝量。2、影響菌的呼吸如果氣泡穩(wěn)定，不破碎，那么隨著微生物的呼吸，氣泡中充滿二氧化碳，而且又不能與空氣中氧進(jìn)行交換，這樣就影響了菌的呼吸。3、引起染菌由于泡沫增多而引起逃液，于是在排氣管中粘上培養(yǎng)基，就會長菌。隨著時(shí)間延長，雜菌會長入發(fā)酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐頂進(jìn)一步滲到軸封，軸封處的潤滑油可起點(diǎn)消泡作用，從軸封處落下的泡沫往往引起雜菌污染。如果設(shè)備容積不能留有容納泡沫的余地，氣泡會引起原料流失，造成浪費(fèi)。4、引起原料浪費(fèi)5、消泡劑的加入有時(shí)會影響發(fā)酵或給提煉帶來麻煩使發(fā)酵罐的裝填系數(shù)減少造成大量逃液，導(dǎo)致產(chǎn)物的損失泡沫“頂罐”，從排氣管路或軸封逃出增加了染菌的機(jī)會影響通風(fēng)攪拌，妨礙了微生物的呼吸，造成發(fā)酵異常影響了微生物群體的效果，增加了微生物群體的非均一性發(fā)酵時(shí)起泡的方式發(fā)酵過程中，泡沫保持恒定。發(fā)酵早期，起泡后穩(wěn)定的下降，以后保持恒定。發(fā)酵前期，泡沫稍微降低后又開始回升。發(fā)酵開始起泡能力低，以后上升。綜合方式

調(diào)整培養(yǎng)基中的成