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1、第六章第六章发酵过程控制发酵过程控制第一节第一节温度控制温度控制第二节第二节pH值控制值控制第三节第三节泡沫控制泡沫控制第四节第四节补料控制补料控制第五节第五节菌浓和基质对发酵的影响菌浓和基质对发酵的影响第六节第六节二氧化碳和呼吸商二氧化碳和呼吸商第七节第七节微生物发酵终点的判断微生物发酵终点的判断 薯辗乳访晰篇罗疹缝瘩檀媳美蔼访捉脊裂鲸疏催洱哑赌担民仑纤拌秃唯镀六章发酵过程控制六章发酵过程控制 重点重点：温度控制；发酵热；温度对发酵的影响；：温度控制；发酵热；温度对发酵的影响； pHpH值的控制；值的控制；pHpH值对菌生长和代谢产物形成的影响；值对菌生长和代谢产物形成的影响；影响影响pHp
2、H变化的因素；发酵过程中变化的因素；发酵过程中pHpH的调节及控制；的调节及控制；泡沫的控制；发酵过程中泡沫的变化；补料的控制；泡沫的控制；发酵过程中泡沫的变化；补料的控制；菌体浓度对发酵的影响与控制；基质对发酵的影响；菌体浓度对发酵的影响与控制；基质对发酵的影响；二氧化碳对菌体生长和发酵的影响；呼吸商与发酵二氧化碳对菌体生长和发酵的影响；呼吸商与发酵的关系；发酵终点的判断。的关系；发酵终点的判断。 指系干芦德桅岔姜盾直蝇彦谬泌狡埃苗柏鳃朵颇瞳唁看垒传础硼困投震五六章发酵过程控制六章发酵过程控制发酵过程的主要控制参数发酵过程的主要控制参数vpH值：值：显示发酵过程中各种生化反应的综合结果。显示
3、发酵过程中各种生化反应的综合结果。v温度：不同的菌种，不同产品，发酵不同阶段所维持的温度：不同的菌种，不同产品，发酵不同阶段所维持的温度亦不同。温度亦不同。v溶氧浓度（溶氧浓度（DO值，简称溶氧）：一般用绝对含量值，简称溶氧）：一般用绝对含量(mgL)来表示，有时也用在相同条件下氧在培养液中饱和度的来表示，有时也用在相同条件下氧在培养液中饱和度的百分数百分数()来表示。来表示。v基质含量：定时测定糖基质含量：定时测定糖(还原糖和总糖还原糖和总糖)、氮、氮(氨基氮或铵氨基氮或铵氮氮)等基质的浓度。等基质的浓度。藉平戌么路认垮予羌封霍韵汞酚根箱叁潍订肋鄂审浚锣伏绍狮了效齿迄仔六章发酵过程控制六章发
4、酵过程控制v空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积，空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积，也叫通风比。一般控制在也叫通风比。一般控制在0.51.0L(Lmin)。v压力：罐压一般维持在压力：罐压一般维持在0.020.05MPa。v搅拌转速：控制搅拌转速以调节溶氧。以每分钟的转数搅拌转速：控制搅拌转速以调节溶氧。以每分钟的转数表示。表示。v搅拌功率：常指每立方米发酵液所消耗的功率搅拌功率：常指每立方米发酵液所消耗的功率(kWm3)。v黏度：细胞生长或细胞形态的一项标志，也能反映发酵黏度：细胞生长或细胞形态的一项标志，也能反映发酵罐中菌丝分裂过程的情况，通常用表观黏度表示之。
5、罐中菌丝分裂过程的情况，通常用表观黏度表示之。卖悠株窍右牌工吵萄靖化灿凭哗拌车袁佬郸唐刊苇扭搁拄榨擎辜崖演眯矛六章发酵过程控制六章发酵过程控制v浊度：澄清培养液中低浓度非丝状菌的浊度：澄清培养液中低浓度非丝状菌的OD值与细胞浓值与细胞浓度成线性关系。一般采用分光光度计的波长度成线性关系。一般采用分光光度计的波长420660nm测量，要求吸光率测量，要求吸光率0.30.5。波长。波长600700nm间，一个间，一个吸光率单位大约相当于吸光率单位大约相当于1.5g细胞干重细胞干重L。浊度对氨基酸、。浊度对氨基酸、核苷酸等产品的生产是极其重要的。核苷酸等产品的生产是极其重要的。v(11)料液流量料液
6、流量v(12)产物的浓度：产物的浓度：v(13)氧化还原电位：限氧条件发酵用氧化还原电位参数控氧化还原电位：限氧条件发酵用氧化还原电位参数控制则较理想。制则较理想。v(14)废气中的氧含量：从废气中的氧和废气中的氧含量：从废气中的氧和CO2的含量可以算的含量可以算出产生菌的摄氧率、呼吸商和发酵罐的供氧能力。出产生菌的摄氧率、呼吸商和发酵罐的供氧能力。辆矛蓉草悬耶亏仔囱船啸杀蝇穗功则受潭浓赌呀冠药遇炯劈柯寄司瓜怨犁六章发酵过程控制六章发酵过程控制v(15)废气中的废气中的CO2含量：揭示产生菌的呼吸代谢规律。含量：揭示产生菌的呼吸代谢规律。v(16)菌丝形态：衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵
7、菌丝形态：衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵过程的代谢变化和决定发酵周期长短的依据之一。过程的代谢变化和决定发酵周期长短的依据之一。v(17)菌体浓度：是控制微生物发酵的重要参数之一，特别菌体浓度：是控制微生物发酵的重要参数之一，特别是对抗生素次级代谢产物的发酵。常根据菌浓来决定适合是对抗生素次级代谢产物的发酵。常根据菌浓来决定适合的补料量和供氧量。的补料量和供氧量。由以上参数计算得出的菌体生长比速、氧比消耗速率、由以上参数计算得出的菌体生长比速、氧比消耗速率、糖比消耗速率、氮比消耗速率和产物比生成速率也是控制糖比消耗速率、氮比消耗速率和产物比生成速率也是控制产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺
8、条件的主要依据，多产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺条件的主要依据，多用于发酵动力学的研究。用于发酵动力学的研究。病描歌祝炬谎孝检归六镍媒娇哦堰轮酉篷犬速佳容碴七浊涵淹弓疟留歌封六章发酵过程控制六章发酵过程控制第一节第一节 温度控制温度控制1 1 发酵热发酵热 伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热；发酵热的产生伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热；发酵热的产生引起发酵液温度变化。在发酵过程中，某些因素导致热的产引起发酵液温度变化。在发酵过程中，某些因素导致热的产生，另外一些因素又导致热量散失。生，另外一些因素又导致热量散失。 产热产热 散热散热 净热量堆积净热量堆积 发酵液的温度上升；发酵液的温度上
9、升； 相反，产热小于耗热，温度下降。相反，产热小于耗热，温度下降。 下面具体分析产热和散热的因素。下面具体分析产热和散热的因素。 哄染绿珐愁绳硷乖误骨览蜕呵缴屉坑谨坷陡酚贡并讯锈阵道砰圾撞钵佃考六章发酵过程控制六章发酵过程控制1) 1) 生物热生物热Q Q生物生物在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部养物质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如分用于合成高能化合物（如ATP）提供细胞合成）提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的形式散发出
10、来，这散发出来的热就叫生物热。形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。生的热多。俩逝瞒肯酸兜讳牵擒念师爸墒近番客需擎粕耿能绅颧屎趣眯涸赡唱巍瞧贾六章发酵过程控制六章发酵过程控制l生物热与发酵类型有关生物热与发酵类型有关微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多一摩尔葡萄糖彻底氧化成一摩尔葡萄糖彻底氧化成CO2和水和水好氧：产生好氧：产生287.2千焦耳热量，千焦耳热量，183千焦耳转变为高能化合物千焦耳转变为高能化合物104.2千焦以热的形式释放千焦以热的形式
11、释放厌氧：产生厌氧：产生22.6千焦耳热量，千焦耳热量，9.6千焦耳转变为高能化合物千焦耳转变为高能化合物13千焦以热的形式释放千焦以热的形式释放二个例子中转化为高能化合物分别为二个例子中转化为高能化合物分别为63.7和和42.6会姥雕炉肯饥蜡种夕警婶父荡赏朔联建器十电强撮岗柱党秆悲云冒盔更炉六章发酵过程控制六章发酵过程控制特点：特点：具有时间性；具有时间性；具有生物特异性；具有生物特异性；与营养有关；与营养有关；如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧缓慢，发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈，有可能染菌，此外培养基
12、营养越丰富，生烈，有可能染菌，此外培养基营养越丰富，生物热也越大。物热也越大。捕肆趣暂咱瓶鲜毖恒轿蚌脖动廖未炮饮烃在姜恢乔秦趣凋讼升诞缎肥巧愉六章发酵过程控制六章发酵过程控制2) 2) 搅拌热搅拌热Q Q搅拌搅拌在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设备之间的作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算：下式计算：Q搅拌搅拌P8604186.8（焦耳（焦耳/小时）小时）P搅拌轴功率搅拌轴功
13、率1千瓦时千瓦时8604186.8焦耳焦耳雏马停擒径杆歼钦徘紧钮烛颜亚留酿梭桔挫华氦辞厢严咱圆场筏字装繁肝六章发酵过程控制六章发酵过程控制散热的情况散热的情况： 蒸发热：空气经发酵液时，发酵液中有部分水汽化，变蒸发热：空气经发酵液时，发酵液中有部分水汽化，变成水蒸气，随空气一起排出罐外，这部分水汽化时带走的成水蒸气，随空气一起排出罐外，这部分水汽化时带走的热量用热量用Q Q蒸发蒸发表示，假设进出口气体温度相同，则由通气带走表示，假设进出口气体温度相同，则由通气带走的热量为：的热量为： Q Q蒸发蒸发=G=G（I I出出-I-I进进），），G G：空气流量；：空气流量；I I：气体热焓；：气体热
14、焓； 辐射热：通过罐体表面向环境中发射红外线而散失的热辐射热：通过罐体表面向环境中发射红外线而散失的热量。热量的大小决定于罐内外温度差大小、罐的表面积等。量。热量的大小决定于罐内外温度差大小、罐的表面积等。冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的5 5。发酵过程中，发酵液温度变化取决于上面几个因素发酵过程中，发酵液温度变化取决于上面几个因素： Q Q发酵发酵 = Q = Q生物生物 + Q + Q搅拌搅拌 - Q - Q蒸发蒸发 - Q - Q辐射辐射搪问近铃锤认栽抄土捻捉梧思妊鞋冤演巳耘儿凡筹酷词鸟琉伺那仟庭诀轧六章发酵过程控制六章发酵过程控制2
15、2 发酵热的测量及计算发酵热的测量及计算发酵热的测定可采用以下几种方法：发酵热的测定可采用以下几种方法：利用热交换原理利用热交换原理:测量冷却水进出口的水温，再测量冷却水进出口的水温，再从水表上得知每小时冷却水流量来计算发酵热。从水表上得知每小时冷却水流量来计算发酵热。 Q Q发酵发酵 = G*Cm = G*Cm（t t2 2 t t1 1）/V/VCmCm水的比热水的比热 G G冷却水流量冷却水流量利用温度变化率利用温度变化率S S（/h/h）：先使罐温恒定，再）：先使罐温恒定，再关闭自控装置，测量关闭自控装置，测量S S，根据，根据 Q Q发酵发酵 = = （M M1 1*C*C1 1 +
16、 M + M2 2*C*C2 2）S S揭驶亦嘎氛呻锅弧繁胞帅朗祷蓄色枪哗鸟鳖秋扫尸武掇墟冶赠脊吹底移台六章发酵过程控制六章发酵过程控制热力学方法：热力学方法： 根据盖斯定律：根据盖斯定律：“在恒压和横容条件下，一个反应不在恒压和横容条件下，一个反应不论是一步完成或几步完成，其反应热是相同的论是一步完成或几步完成，其反应热是相同的”。这实际。这实际上是热力学第一定律的必然推论，因为焓（上是热力学第一定律的必然推论，因为焓（H H）是状态函）是状态函数，过程的焓变与途径无关，只决定于过程的始态和终态。数，过程的焓变与途径无关，只决定于过程的始态和终态。发酵热可根据标准燃烧热或标准生成热来计算。发
17、酵热可根据标准燃烧热或标准生成热来计算。H（H）反应物）反应物（H）产物）产物 计算时，首先查出发酵所用的各种原料及产物的标准计算时，首先查出发酵所用的各种原料及产物的标准生成热或燃烧热，再根据实际发酵中，各原料的消耗及产生成热或燃烧热，再根据实际发酵中，各原料的消耗及产物的生成量，利用上述公式即可求出过程的焓变。物的生成量，利用上述公式即可求出过程的焓变。 茁寞潦桌前节兰巳窗磅呵嚼细挽恕锥咀蹬浮姑涡晴肉扬配箩卷兄北静瘫守六章发酵过程控制六章发酵过程控制3 3 温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响 任何微生物的生长温度均在一定范围内，可用最高温任何微生物的生长温度均在一定范围内，可用最
18、高温度、最适温度和最低生长温度进行描述；度、最适温度和最低生长温度进行描述； 温度影响微生物生长的机理温度影响微生物生长的机理 (1) (1)影响酶活性。影响酶活性。 (2) (2)影响细胞膜的流动性。影响细胞膜的流动性。 (3) (3)影响物质的溶解度。影响物质的溶解度。 珐桂都斧辙电匈泰栗蝴沤以沃荆丧首妖埔漫烁牧武帅蜕禄雾糟搀糕池粘敏六章发酵过程控制六章发酵过程控制v在微生物培养过程中，生长速率的变化可在微生物培养过程中，生长速率的变化可描述为：描述为： v上式表明：实际比生长速率是生长与死亡速上式表明：实际比生长速率是生长与死亡速率平衡的综合反映。率平衡的综合反映。罢燥俺汕涪鲁女裔续屏吼
19、尸这荤冤冀因太饿栏擅酋跪绩哑牺犬券与钥贼铆六章发酵过程控制六章发酵过程控制v、均与温度有关，其关系可由均与温度有关，其关系可由ArrchniusArrchnius公式来描述：公式来描述：睡洁凌碰趴琐鸿缨慷昭伎虽赫该癌借宜藩泡骚荫陆菱迎燥锗铸心纶莉虐邮六章发酵过程控制六章发酵过程控制不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对温度不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对温度的要求大致可分为四类：嗜冷菌适应于的要求大致可分为四类：嗜冷菌适应于0260C生长，嗜温生长，嗜温菌适应于菌适应于15430C生长，嗜热菌适应于生长，嗜热菌适应于37650C生长，嗜生长，嗜高温菌适应于高温菌适应于650C
20、以上生长以上生长著膘脐沛邱商雅赫狮卤掂恤深慎戈陪郑佳施片淮唱搅浓今杆啼唤串舵囤撵六章发酵过程控制六章发酵过程控制葡萄糖过量的培养基上温度对大肠杆菌生长比速的影响葡萄糖过量的培养基上温度对大肠杆菌生长比速的影响践念茬幼睦御倾平徽敲迁锥停垦疹纵思吓雁白舟漳崖颓邱仑爱垢趾长九赦六章发酵过程控制六章发酵过程控制v温度对微生物生长的影响具体表现在：温度对微生物生长的影响具体表现在：v(1)(1)有最适宜温度范围。有最适宜温度范围。 v(2)(2)高温使蛋白质凝固。耐热能力与高温使蛋白质凝固。耐热能力与pHpH值有关。值有关。T TV V最低最低最适最适最高最高境够瞻伦拧历帝磕积鸳灸试灿林甥棺锥拜词萌框雹
21、秃蠢毅兔轮键赔概亡肿六章发酵过程控制六章发酵过程控制微生物的生长温度与细胞膜的液晶温度范围相一致。液晶微生物的生长温度与细胞膜的液晶温度范围相一致。液晶状态是指某些有机物在发生固相到液相转变时的过渡状态状态是指某些有机物在发生固相到液相转变时的过渡状态称为液晶态。称为液晶态。酶在低温条件下的结构完整性和催化功能酶在低温条件下的结构完整性和催化功能不能低温合成蛋白质，一方面是由于其核糖体对低温的不不能低温合成蛋白质，一方面是由于其核糖体对低温的不适应，翻译过程中不能形成有效的起始复合物，另一方面适应，翻译过程中不能形成有效的起始复合物，另一方面是由于低温下细胞膜的破坏导致氨基酸等内容物的泄露。是
22、由于低温下细胞膜的破坏导致氨基酸等内容物的泄露。低温微生物可合成冷休克蛋白低温微生物可合成冷休克蛋白微生物受高温的伤害比低温的伤害大，低于最低温度，微微生物受高温的伤害比低温的伤害大，低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡。这就是菌种保藏生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡。这就是菌种保藏的原理。的原理。项瞩晴厚南诵捷须联索格辞豫慈供宋蕴棍嫉同留饮宇甚忧周袱诀陶衷绅惹六章发酵过程控制六章发酵过程控制4 4 温度对发酵的影响温度对发酵的影响v(1)(1)影响产物生成速度影响产物生成速度v(2)(2)影响发酵液性质影响发酵液性质v(3)(3)影响产物种类影响产物种类va.a.改变体内酶系
23、改变体内酶系中间产物种类中间产物种类产物种产物种类类; ;vb.b.使代谢比例失调；使代谢比例失调；v(4)(4)影响产物特性影响产物特性 写球荔么局美桩莫来念郸后淳告共秘惶夺归芒早恨疲照斌瞪诫荤珍惟淑植六章发酵过程控制六章发酵过程控制v影响合成方向：用米曲霉制曲时，如温度在低限时，得影响合成方向：用米曲霉制曲时，如温度在低限时，得到蛋白酶，此时到蛋白酶，此时-淀粉酶的合成受到抑制。金色链霉菌淀粉酶的合成受到抑制。金色链霉菌在低于在低于30C30C时合成链霉素，温度到达时合成链霉素，温度到达35C35C时，只产四环素时，只产四环素v影响产物生成量：黑曲霉生长最适温度影响产物生成量：黑曲霉生长最
24、适温度33-37C33-37C，积累柠，积累柠檬酸的最适温度在檬酸的最适温度在32C32Cv影响产物质量：凝结芽孢杆菌合成影响产物质量：凝结芽孢杆菌合成-淀粉酶时，发酵温淀粉酶时，发酵温度控制在度控制在5555时，合成的时，合成的-淀粉酶较耐高温，在淀粉酶较耐高温，在9090、60min60min条件下，其活性丧失仅条件下，其活性丧失仅1010左右，而发酵温度控制左右，而发酵温度控制在在3535时，合成的时，合成的-淀粉酶在相同条件下丧失淀粉酶在相同条件下丧失9090。初惨帮逸绦幽汹缉哭嗣饱何菲脱捌颈惜妻智拼靶田吁湛苦獭糙丹芍劫陈煽六章发酵过程控制六章发酵过程控制温度对菌的生长、产物合成的影响
25、可能是不同的温度对菌的生长、产物合成的影响可能是不同的120C300C靛清边袋聪居饺腔氯蠢肆幢找捌产崔优税嫉哄奇哉黑痰爪掂辜伸热醒输辕六章发酵过程控制六章发酵过程控制库戍腿址蹬嚣琳跃央馈惺雷误启犁筹宴氛昼谜出鸟拟睛南笋货进户夫药衅六章发酵过程控制六章发酵过程控制5 5 温度的控制温度的控制 由于微生物在生长和发酵过程中，对温度有由于微生物在生长和发酵过程中，对温度有以上要求，在生产上，为获得较高的生产率，针以上要求，在生产上，为获得较高的生产率，针对所用菌种的特性，在发酵周期的各阶段需要进对所用菌种的特性，在发酵周期的各阶段需要进行温度控制，提供该阶段微生物活动的最适温度。行温度控制，提供该阶
26、段微生物活动的最适温度。温度还影响基质溶解度，氧在发酵液中的溶温度还影响基质溶解度，氧在发酵液中的溶解度也影响菌对某些基质的分解吸收。因此对发解度也影响菌对某些基质的分解吸收。因此对发酵过程中的温度要严格控制。酵过程中的温度要严格控制。 践瘁玖晶捡增哉拨男绝驳霹栏惑欺塔超胖青税帝攀浊颁篆韭挑僵腊猾餐拟六章发酵过程控制六章发酵过程控制最适温度的选择最适温度的选择1 1）根据菌种及生长阶段选择）根据菌种及生长阶段选择微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。求的温度范围也不同。如黑曲霉生长温度为如黑曲霉生长温度为370C，谷氨酸
27、产生菌棒状杆菌的生长温度为谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30320C，青霉菌生长温度为青霉菌生长温度为300C。恩须靶骂写鲜湿贮拐由豪怀纤度恐侈瘩害鹊滔室判臭澜附已签溜绍子饯粮六章发酵过程控制六章发酵过程控制前期菌量少，取稍高的温度，使菌生长迅速；前期菌量少，取稍高的温度，使菌生长迅速；中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此温度要稍低一些，可以中期，从而提高产量，因此温度要稍低一些，可以推迟衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和推迟衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。核
28、酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。后期产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，后期产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。就又提高温度，刺激产物合成到放罐。串巾氧荆遗捂详出彬釜俗并潦笼腑钝臣窥刨镁震蚀结瘪农磐牙圃晨颗履袖六章发酵过程控制六章发酵过程控制如：如：四环素生长阶段四环素生长阶段280C，合成期，合成期260C后期再升温；后期再升温；黑曲霉生长黑曲霉生长370C，产糖化酶，产糖化酶32340C。但也有的菌种产物形成比生长温度高但也有的菌种产物形成比生长温度高谷氨酸产谷氨酸产生菌生长生菌生长30320C，产酸，产酸34370C。最适温度选择要根据
29、菌种与发酵阶段做试验。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。弓上喇旧旷娥择随恐镰揉翔惋叶俯颜兵殖痹疗酞厨枫榷奢磅锗丛紧沃寒讣六章发酵过程控制六章发酵过程控制例：例：林可霉素发酵的变温培养林可霉素发酵的变温培养问题的提出问题的提出接种后接种后10h10h左右已进入对数生长期，随后是左右已进入对数生长期，随后是10h10h左右的加速左右的加速生长期，在生长期，在40h40h左右对数生长期基本完成，在左右对数生长期基本完成，在50h50h左右转入左右转入生产期生产期主要问题：主要问题：如何维持适度的菌体浓度和延长分泌期？如何维持适度的菌体浓度和延长分泌期？适当降低培养温度可以延缓菌体的衰老和维持相
30、当适当降低培养温度可以延缓菌体的衰老和维持相当数量的有强生产能力的菌丝体存在数量的有强生产能力的菌丝体存在辟旋游损触佬球洽篙钦锄让腥爷象底译幼攒疆寨昔黑痔荤聚胚俯质端扔卜六章发酵过程控制六章发酵过程控制变温培养的正交设计变温培养的正交设计灶呻住粗凰萨锋炒缕遥男钡请韧卖那骋质装眉申缉被远禁状摔糖先赋垒雌六章发酵过程控制六章发酵过程控制结论：结论：前前60h60h按按3131控制，缩短了适应期使发酵提前控制，缩短了适应期使发酵提前转入生产阶段，同时菌丝体已有相当量的积累，为转入生产阶段，同时菌丝体已有相当量的积累，为大量分泌抗生素提供了物质基础大量分泌抗生素提供了物质基础6060小时后将罐温降至小
31、时后将罐温降至3O3O使与抗生素合成有关的酶使与抗生素合成有关的酶的活性增强，抗生素分泌量有所增加，同时因分泌的活性增强，抗生素分泌量有所增加，同时因分泌期的延长有利于进一步积累抗生素期的延长有利于进一步积累抗生素发酵进入后期罐温再回升至发酵进入后期罐温再回升至31 31 使生产菌在生命的使生产菌在生命的最后阶段最大限度的合成和排出次级代谢产物。最后阶段最大限度的合成和排出次级代谢产物。沾艳限够灾挎幅督用敌咏挺性烧旨誉索娥凉箩弯猾升桂辊激馁嫩瞄讯斑架六章发酵过程控制六章发酵过程控制2 2）根据培养条件选择）根据培养条件选择温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。温度选择还要根据培养条件综合
32、考虑，灵活选择。通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。些，溶氧浓度也可髙些。培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用快，会使菌过早自溶。用快，会使菌过早自溶。伺补峡役允伪佰李检姬逐莽烙距蓝帅窟栏整谗扁揣牙锐剑源痉曙札曳直羔六章发酵过程控制六章发酵过程控制3 3）根据菌生长情况）根据菌生长情况菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气
33、能满足，那么前期温度可髙些，以营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。利于菌的生长。总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。吴狭钒勇团被颓龚招脚纪摊白靳搭竹蒙籍坪什翟蔓改聪烷妓杨窘棕节喧滚六章发酵过程控制六章发酵过程控制利用温度控制提高产量的实例：热冲击处理技术提利用温度控制提高产量的实例：热冲击处理技术提高发酵甘油的产量高发酵甘油的产量实验：实验：正交条件正交条件A冲击温度（冲击温度（0C）40，45，50B开始时机（开始时机（h）8，16，3
34、0C冲击时间（分）冲击时间（分）15，30，60结果发酵结果发酵16小时，小时，450C冲击冲击30分钟最佳，发酵分钟最佳，发酵96小时后甘小时后甘油浓度提高油浓度提高32.6。（A）16h,450C,30min（B）12h,450C,30min啦霞椽呸询洪足周吗防囊稗病而咋景恢牛琼哭罐肉曝挤殊谍西旷董躬召屉六章发酵过程控制六章发酵过程控制第二节第二节 pH pH值的控制值的控制1 pH1 pH值对菌体生长和代谢产物形成的影响值对菌体生长和代谢产物形成的影响 pH pH表示溶液氢离子浓度的负对数，纯水的表示溶液氢离子浓度的负对数，纯水的HH+ + 浓度是浓度是10-7mol/L10-7mol/
35、L，因此，因此pHpH为为7 7，pHpH7 7呈呈碱性，碱性，pHpH7 7呈酸性，呈酸性，pHpH值差值差1 1时，其时，其HH+ + 浓浓度就相差度就相差1010倍。倍。 最高、最适、最低三基点，主要是影响微最高、最适、最低三基点，主要是影响微生物活动环境的离子强度、细胞膜的透性及生物活动环境的离子强度、细胞膜的透性及膜上的带电性和氧化膜上的带电性和氧化- -还原电位、酶活性。还原电位、酶活性。烯蒙辐厕劣绸跃惩眺悍阅滥掇咽羌剔枕酝大辨晌诺延醉辫竣轿仪霜涸弛帛六章发酵过程控制六章发酵过程控制v不同种类微生物，对不同种类微生物，对pHpH要求不同；要求不同；酵酵 母：母：pH 3.8pH 3
36、.86.06.0细细 菌：菌：pH 6.5pH 6.57.57.5霉霉 菌：菌：pH 4.0pH 4.05.85.8放线菌：放线菌：pH 6.5pH 6.58.08.0焉元累撅友巧巡跑数李逾妓障息认剩滥科润氯勒碉由葡欺药父寒堤饿蚜钙六章发酵过程控制六章发酵过程控制v同种微生物对同种微生物对pHpH变化的反映不同。变化的反映不同。v如，石油代蜡酵母如，石油代蜡酵母pH 3.5pH 3.55.0 5.0 生长良好，不易染菌；生长良好，不易染菌；pH 5.0pH 5.0时，易染细菌；时，易染细菌；pH 3.0pH 7.5时，稳定性下降，半衰期缩短，发酵单位也下降。时，稳定性下降，半衰期缩短，发酵单位
37、也下降。青霉素在碱性条件下发酵单位低，也与青霉素的稳青霉素在碱性条件下发酵单位低，也与青霉素的稳定性有关。定性有关。汇哗模鬼伶而阔饵咳锻席详库傅库体蔽墙极窿硷瓮倒槽固悼到迎孕隧校羚六章发酵过程控制六章发酵过程控制2影响影响pH值变化的因素值变化的因素v在发酵过程中，在发酵过程中，pH值的变化决定于所用的值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养条件。在产生菌菌种、培养基的成分和培养条件。在产生菌的代谢过程中，菌体本身具有一定的调整周的代谢过程中，菌体本身具有一定的调整周围环境围环境pH值，构建最适值，构建最适pH值的能力。值的能力。比喻鸟屎装儿谰森蓉左颇擎撬快磊泛馈龄刊撑序近碟唾艺范残皋旬涧
38、埋夷六章发酵过程控制六章发酵过程控制以产生利福霉素以产生利福霉素SV的地中海诺卡菌进行发酵研的地中海诺卡菌进行发酵研究，采用究，采用pH值为值为6.0、6.8、7.5三个出发值，结果三个出发值，结果发现：发现：vpH值在值在6.8、7.5时，最终发酵时，最终发酵pH值都达到值都达到7.5左右，左右，菌丝生长和发酵单位都达到正常水平；菌丝生长和发酵单位都达到正常水平；vpH值为值为6.0时，发酵中期时，发酵中期pH值只达值只达4.5，菌浓仅为，菌浓仅为20，发酵单位为零。，发酵单位为零。这说明菌体仅有一定的自调能力。这说明菌体仅有一定的自调能力。尊牌峪瓮呢脆臂溶碗振龙个详臃校赠胞址揽跳袖趟恳却赔
39、结浴栅售泉毖释六章发酵过程控制六章发酵过程控制1 1）基质代谢）基质代谢 （1）糖代谢）糖代谢特别是快速利用的糖，分解成小分子特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使酸、醇，使pH下降。糖缺乏，下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标上升，是补料的标志之一志之一（2）氮代谢）氮代谢当氨基酸中的当氨基酸中的-NH2被利用后被利用后pH会下会下降；尿素被分解成降；尿素被分解成NH3，pH上升，上升，NH3利用后利用后pH下下降，当碳源不足时氮源当碳源利用降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。上升。（3）生理酸碱性物质利用后）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降会上升或下降吮狮陕钙并便归藕多双硕雹傍齐
40、腾蛹卜未矣票鸣若址婿忱彰性咸递蹭先颂六章发酵过程控制六章发酵过程控制v如灰黄霉素发酵的如灰黄霉素发酵的pH值变化，就与所用碳源种类有值变化，就与所用碳源种类有密切关系，如以乳糖为碳源，乳糖被缓慢利用，丙密切关系，如以乳糖为碳源，乳糖被缓慢利用，丙酮酸堆积很少，酮酸堆积很少，pH值维持在值维持在67之间；如以葡萄糖之间；如以葡萄糖为碳源，丙酮酸迅速积累，使为碳源，丙酮酸迅速积累，使pH值下降到值下降到3.6，发，发酵单位很低。酵单位很低。佃数捉累匆涉犬查催伺艘滦戮驳民咖函纬穷蚤站杭驭选羌乾碳腺划裴翰倒六章发酵过程控制六章发酵过程控制2 2）产物形成）产物形成 某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液某
41、些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。变化。如有机酸类产生使如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。上升。 3 3）菌体自溶）菌体自溶，pH上升，发酵后期，上升，发酵后期，pH上升。上升。 抵锰框方硒侣罕瞧娄刹汗近景陨欢逆二堵悄射臣倦讶浆飘复批罪感车骤耙六章发酵过程控制六章发酵过程控制引起发酵液引起发酵液pHpH值变化的常见因素值变化的常见因素(1)(1)下降下降培养基中培养基中C/NC/N不当，有机酸积累；不当，有机酸积累；消沫油加得过多；消沫油加得过多；生理酸性物质过多；生理酸性物质过多；(2)(2)
42、上升上升C/NC/N比例不当，比例不当，N N过多，氨基氮释放；过多，氨基氮释放；生理碱性物质过多；生理碱性物质过多；中间补料时碱性物加入量过大；中间补料时碱性物加入量过大；冷坊胺些流滁釉碟央赢凹返坠胆磺瘟伙精攻尘棘宪遥总井堪域沫劈绘存孝六章发酵过程控制六章发酵过程控制发酵液的发酵液的pH值变化是菌体代谢反应的综合结果。值变化是菌体代谢反应的综合结果。从代谢曲线的从代谢曲线的pH值变化就可以推测发酵罐中的各种值变化就可以推测发酵罐中的各种生化反应的进展和生化反应的进展和pH值变化异常的可能原因。值变化异常的可能原因。在发酵过程中，要选择好发酵培养基的成分及其配在发酵过程中，要选择好发酵培养基的
43、成分及其配比，并控制好发酵工艺条件，使比，并控制好发酵工艺条件，使pH值稳定维持在最值稳定维持在最佳的范围内。佳的范围内。舵甩罚剃苏恤恼禁惶汰辟虑挤枪温缸奸矛进美霖戮避赛瓤螺编滓换旺了崩六章发酵过程控制六章发酵过程控制4 4 发酵过程中发酵过程中pHpH值的调节及控制值的调节及控制1）发酵发酵pH值的确定（范围，时间）值的确定（范围，时间）v一般是在一般是在58之间，如谷氨酸发酵的最适之间，如谷氨酸发酵的最适pH值为值为7.58.0。v随菌种和产品不同而不同。同一菌种，生长最适随菌种和产品不同而不同。同一菌种，生长最适pH值可能与产物合成的最适值可能与产物合成的最适pH值是不一样的。值是不一样
44、的。v按发酵过程的不同阶段分别控制不同的按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH，使产，使产量最大。量最大。痉擎扯让茁淌诞锯融缮灾跑削薛酚狱飘朱搀悠泰兽籽镰豫斤胸陵塌织空匪六章发酵过程控制六章发酵过程控制例例 pH对林可霉素发酵的影响对林可霉素发酵的影响 林林可可霉霉素素发发酵酵开开始始，葡葡萄萄糖糖转转化化为为有有机机酸酸类类中中间间产产物物，发发酵酵液液pHpH下下降降，待待有有机机酸酸被被生生产产菌菌利利用用，pHpH上上升升。若若不不及及时时补补糖糖、(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4或或酸酸，发发酵酵液液pHpH可可迅迅速速升升到到8.08.0以以上上，阻阻碍碍或或抑抑制制某
45、某些些酶酶系系，使使林林可可霉霉素素增增长长缓缓慢慢，甚甚至至停停止止。对对照照罐罐发发酵酵6666小小时时pHpH达达7.937.93，以以后后维维持持在在8.08.0以以上上至至115115小小时时，菌菌丝丝浓浓度度降降低低，NHNH2 2-N-N升高，发酵不再继续。升高，发酵不再继续。 发发酵酵1515小小时时左左右右，pHpH值值可可以以从从消消后后的的6.56.5左左右右下下降降到到5.35.3，调节这一段的，调节这一段的pHpH值至值至7.07.0左右，以后自控左右，以后自控pHpH，可提高发酵单位。，可提高发酵单位。缅引分慑谈晚怎史勉懂伐饵滩椽藻爱源陡耸掷蕾凑亿译讳枢坤菏启箕掠玄
46、六章发酵过程控制六章发酵过程控制pH7.0t不调不调pH调调pH效价效价pH关糟推痞晚唾召椽季谐擦万帚岁尔因犀胶贪滨顿再嫁您伪睡挖贼窑韦碎雨六章发酵过程控制六章发酵过程控制v黑曲霉黑曲霉pH23时合成柠檬酸，时合成柠檬酸，pH值接近中性时积累草酸。值接近中性时积累草酸。v谷氨酸生产菌在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条谷氨酸生产菌在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下形成谷氨酰胺。谷氨酸发酵在不同阶段对件下形成谷氨酰胺。谷氨酸发酵在不同阶段对pH值的要求不值的要求不同，发酵前期控制同，发酵前期控制pH7.5左右，发酵中期左右，发酵中期pH7.2左右，发酵后左右，发酵后期期pH7.0，
47、在将近放罐时，在将近放罐时，pH6.56.8为好。为好。v梭状芽孢杆菌丙酮丁醇发酵，梭状芽孢杆菌丙酮丁醇发酵，pH值在中性时，菌种生长良好，值在中性时，菌种生长良好，但产物产量很低，实际发酵最适但产物产量很低，实际发酵最适pH值为值为56。v链霉素产生菌生长最适链霉素产生菌生长最适pH值为值为6.27.0，合成最适，合成最适pH值为值为6.87.3。镇蓄获刊乎蓖垃萍告褒讳当飞肋愧概坍噬裔树弦语撬面绿漾西玫蛙瑞洛胃六章发酵过程控制六章发酵过程控制v最适最适pH值的确定：根据实验结果值的确定：根据实验结果不同的不同的pH值出发进行发酵，发酵过程中定时测值出发进行发酵，发酵过程中定时测定和调节定和调
48、节pH值以维持出发值以维持出发pH值，或者利用缓冲液值，或者利用缓冲液配制培养基来维持。定时观察菌体的生长情况，以配制培养基来维持。定时观察菌体的生长情况，以菌体生长达到最高值的菌体生长达到最高值的pH值为生长最适值为生长最适pH。同样的方法可测得产物合成的最适同样的方法可测得产物合成的最适pH值。但同值。但同一产物的最适一产物的最适pH值，还与所用的菌种、培养基组成值，还与所用的菌种、培养基组成和培养条件有关。和培养条件有关。确定发酵最适确定发酵最适pH值时，要考虑温度的影响。值时，要考虑温度的影响。宿魏颅烈博疯呀晴诌辐犯汝墒说差楼屋跌食毫敖余替可彬与彭菜炳散恋路六章发酵过程控制六章发酵过程
49、控制最佳最佳pHpH的确定的确定配制不同初始配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况的培养基，摇瓶考察发酵情况pH对产海藻酸裂解酶的影响对产海藻酸裂解酶的影响犬妆哆宠筐贼均蝉补凡蔗柠轻葬聘造演沧纬好檄棱园畅斟职焙鉴桑俏闻翻六章发酵过程控制六章发酵过程控制pH对海藻糖水解酶产生的影响对海藻糖水解酶产生的影响pH菌浓菌浓 pH酶活酶活斋卞游雕组快豁踩软勿荤沃江斟汝绕蘸坞绰甘仟抖酉薯直愈闪巡就跨徘旱六章发酵过程控制六章发酵过程控制pH对谷氨酰胺转氨酶活力的影响对谷氨酰胺转氨酶活力的影响羹摇补桓染翰且孙颅稳赞钨林凛痔园寅濒奢毋盂娇侈阮显磺曙荚腹俏演划六章发酵过程控制六章发酵过程控制在各种类型的发酵过
50、程中，实验所得的最适在各种类型的发酵过程中，实验所得的最适pH值、菌体值、菌体的比生长速率的比生长速率()和产物比生成速率和产物比生成速率(Qp)等等3个参数的相互个参数的相互关系有四种情况关系有四种情况(见图见图10-1)：和和Qp的最适的最适pH值都在一个相似的较宽的适宜范围内值都在一个相似的较宽的适宜范围内(a)，这种发酵过程易于控制；这种发酵过程易于控制；Qp(或或)的最适的最适pH值范围窄，而值范围窄，而(或或Qp)的范围较宽的范围较宽(b)；和和Qp对对pH值都很敏感，它们的最适值都很敏感，它们的最适pH值又是相同的值又是相同的(c)，第二、第三种情况的发酵第二、第三种情况的发酵p
51、H值应严格控制；值应严格控制；和和Qp有各自的最适有各自的最适pH值值(d)，应分别严格控制各自的最适，应分别严格控制各自的最适pH值，才能优化发酵过程。值，才能优化发酵过程。廓桔撵割茎呕际年众仪沸蘑晌誓埠臃匠正箭键剿辟唬龟挽牡象瞩蔷注殿惟六章发酵过程控制六章发酵过程控制督肢挠曼货插脉哇后珊芜滤梗俊凹岩所窿铂翰皆泽蟹拎锹喂肺叫研游邓座六章发酵过程控制六章发酵过程控制 在发酵过程中，发酵液的在发酵过程中，发酵液的pHpH随着微生物活动而随着微生物活动而不断变化，为提供菌体适宜的生长或产物积累的不断变化，为提供菌体适宜的生长或产物积累的pHpH值，需要对发酵生产过程各阶段的值，需要对发酵生产过程各
52、阶段的pHpH值实施控监控，值实施控监控，实际生产中，从以下几个方面进行：实际生产中，从以下几个方面进行： （一）调整培养基组分：适当调整（一）调整培养基组分：适当调整C/NC/N比，使盐类比，使盐类与碳源配比平衡，一般情况：与碳源配比平衡，一般情况：C/NC/N高时（真菌培养基）高时（真菌培养基），pHpH降低；降低；C/NC/N低时（一般细菌），经过发酵后，低时（一般细菌），经过发酵后，pHpH上升上升苍毖面骗人沾妥绳清垒胖降洒抵龟掺器泻各佛休射怒魏音尤笨滦缝哉驱语六章发酵过程控制六章发酵过程控制在生产上，主要的过程控制方法有：在生产上，主要的过程控制方法有： 添加添加CaCO3CaCO3
53、：当用：当用NH4+NH4+盐作为氮源时，可在培养基盐作为氮源时，可在培养基中加入中加入CaCO3CaCO3，用于中和，用于中和NH4+NH4+被吸收后剩余的酸被吸收后剩余的酸. . 氨水流加法：氨水可以中和发酵中产生的酸，且氨水流加法：氨水可以中和发酵中产生的酸，且NH4+NH4+可作为氮源，供给菌体营养可作为氮源，供给菌体营养. .通氨一般是使压缩通氨一般是使压缩氨气或工业用氨水氨气或工业用氨水( (浓度浓度2020左右左右) )，采用少量间歇，采用少量间歇添加或连续自动流加，可避免一次加入过多造成局添加或连续自动流加，可避免一次加入过多造成局部偏碱。氨极易和铜反应产生毒性物质，对发酵产部
54、偏碱。氨极易和铜反应产生毒性物质，对发酵产生影响，故需避免使用铜制的通氨设备。生影响，故需避免使用铜制的通氨设备。 昆深蚊线胖阳咱释扼搪榆曳两睬败喉晤夹鸣南炊犹秘侵瞪冷灰臻菲咎荒属六章发酵过程控制六章发酵过程控制尿素流加法：味精厂多用，尿素首先被菌体尿酶分解成氨，尿素流加法：味精厂多用，尿素首先被菌体尿酶分解成氨，氨进入发酵液，使氨进入发酵液，使pHpH上升，当上升，当NHNH4+4+被菌体作为氮源消耗并被菌体作为氮源消耗并形成有机酸时，发酵液形成有机酸时，发酵液pHpH下降，这时随着尿素的补加，氨下降，这时随着尿素的补加，氨进入发酵液，又使发酵液进入发酵液，又使发酵液pHpH上升及补充氮源，
55、如此循环，上升及补充氮源，如此循环，致至发酵液中碳源耗尽，完成发酵。致至发酵液中碳源耗尽，完成发酵。氨基酸发酵常用此法。这种方法既可以达到稳定氨基酸发酵常用此法。这种方法既可以达到稳定pH值的目的，又可以不断补充营养物质，特别是能产生阻遏值的目的，又可以不断补充营养物质，特别是能产生阻遏作用的物质。少量多次补加还可解除对产物合成的阻遏作作用的物质。少量多次补加还可解除对产物合成的阻遏作用，提高产物产量。也就是说，采用补料的方法，可以同用，提高产物产量。也就是说，采用补料的方法，可以同时实现时实现补充营养、延长发酵周期、调节补充营养、延长发酵周期、调节pH值和培养液的值和培养液的特性特性(如菌浓
56、等如菌浓等)等几个目的。等几个目的。激旦及状敬恨团悟滔鹤乖哦矣吉匹稿渠端孪狐虏建杭半裳碗揣书啮搁洋士六章发酵过程控制六章发酵过程控制pHpH的控制方法的控制方法 v常用方法常用方法 调调节节好好基基础础料料的的pHpH。基基础础料料中中若若含含有有玉玉米米浆浆，pHpH呈呈酸酸性性，必必须须调调节节pHpH。若若要要控控制制消消后后pHpH在在6.06.0，消前，消前pHpH往往要调到往往要调到6.5-6.86.5-6.8 在基础料中加入维持在基础料中加入维持pHpH的物质，如的物质，如CaCOCaCO3 3 ，或，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等 通过补
57、料调节通过补料调节pH pH 紫茬咕赖辜处匪肿囊娄记尚脚赵何底牛崇购瓶匆旗仲匹蛰嚎蕾柏诱礼抉甄六章发酵过程控制六章发酵过程控制 在在发发酵酵过过程程中中根根据据糖糖氮氮消消耗耗需需要要进进行行补补料料。在在补补料与调料与调pH没有矛盾时采用补料调没有矛盾时采用补料调pH，如，如 （1）调节补糖速率，调节空气流量来调节）调节补糖速率，调节空气流量来调节pH (2)当当NH2-N低低，pH低低时时补补氨氨水水；当当NH2-N低低，pH高时补高时补(NH4)2SO4当补料与调当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调发生矛盾时，加酸碱调pH 队谋看椒汁株翌奇絮芹轨而跋亦意址齐扇称舒虎胶煞抬总蓖嚎琶矩遏距炕六
58、章发酵过程控制六章发酵过程控制应急措施：应急措施：v改变搅拌转速或通气量，以改变溶解氧浓度，改变搅拌转速或通气量，以改变溶解氧浓度，控制有机酸的积累量及其代谢速度；控制有机酸的积累量及其代谢速度；v改变温度，以控制微生物代谢速度；改变温度，以控制微生物代谢速度；v改变罐压及通气量，降低改变罐压及通气量，降低COCO2 2的溶解量；的溶解量；v改变加油或加糖量等，调节有机酸的积累量；改变加油或加糖量等，调节有机酸的积累量；枫抚樊是格即迈婚侮什氏追汉蚕闺扣骚厨边玉败蛊准运黄醋俺柔旺削嘲飞六章发酵过程控制六章发酵过程控制 分别在分别在4 4种缓冲介质中，于种缓冲介质中，于pH 6pH 65050一一
59、9 95050测定天冬测定天冬酰胺酶酶活力酰胺酶酶活力1 1 甘氨酸介质甘氨酸介质pH 8.00pH 8.00时酶时酶活力最高；活力最高；2 2 硼酸在硼酸在pH 8pH 85050，酶反，酶反应最快应最快3 3 磷酸磷酸在在pH850，酶反，酶反应最快应最快4 Tris4 Tris在在pH850，酶反应，酶反应最快最快酶活酶活1 12 24 43 35 5、不同调、不同调pHpH方法的影响方法的影响天冬酰胺酶天冬酰胺酶骡桥新酮禹罚棺蝴举革熟仁燎辅尹橡马战鸵束盛瞬百怜田莆掷芜抄张哆棍六章发酵过程控制六章发酵过程控制 不同不同pHpH控制方式对目的突变株控制方式对目的突变株ISw330ISw33
60、0异亮氨酸异亮氨酸摇瓶发酵的影响，结果如图所示。摇瓶发酵的影响，结果如图所示。 “1 1”表示只表示只加加CaC0CaC03 3控制控制pHpH值，值，“2 2”表示只加尿素控制，表示只加尿素控制，“3 3”表示表示CaC0CaC03 3和尿素联合控制和尿素联合控制pHpH值值。异亮氨酸发酵异亮氨酸发酵崩迫生割蘸忿瓷琉芝兢澜荧补纲枪牺祥夺雹溺儒赔丢呸泰阔淮逆滤九哇贯六章发酵过程控制六章发酵过程控制例：例：pH对对L-异亮氨酸发酵的影响异亮氨酸发酵的影响菌株最适生长菌株最适生长pHpH控制在控制在6.86.87.07.06 6 发酵的不同阶段采取不同的发酵的不同阶段采取不同的pHpH值值貌恿虹喧
61、袍泪伪助讨有艳讨喝缸诗褒灭更复葵惶凄项只们税玩扬镁拆姆忌六章发酵过程控制六章发酵过程控制pH6pH69 9时，菌体生长旺盛，时，菌体生长旺盛，pH7pH71515时，对菌体的时，对菌体的产酸有利。因此，在发酵的产酸期产酸较高。采用产酸有利。因此，在发酵的产酸期产酸较高。采用阶段阶段pHpH控制模式进行发酵，在发酵中前期控制控制模式进行发酵，在发酵中前期控制pH6.9pH6.9，到，到48h48h后后pHpH值为值为7 71515，到，到80h80h后后pHpH值为值为7 72525。产率。产率222227g27g/L/L，产酸率提高，产酸率提高12122323。鞘辐坐托拂改长纤蛮撤榴硅琢闽狄沥
62、懂擦嗓佳吮钻耐问嫩孔鼎足飞遮妙巨六章发酵过程控制六章发酵过程控制貌根炙腥芍乒胰挂圈啃凋营犊荡瘁瘪峡嚼红莽悬兆腻议菲吧硫内猾陷稼贱六章发酵过程控制六章发酵过程控制例：克拉维酸发酵中例：克拉维酸发酵中pH变换控制变换控制问题：问题：在在pH低时菌体生长受抑制，在高低时菌体生长受抑制，在高pH时克时克拉维酸要分解拉维酸要分解 用用2.52.5升罐进行的不控制升罐进行的不控制pHpH的发酵发现，前期由的发酵发现，前期由于微生物产生的酸性副产物和有机酸使于微生物产生的酸性副产物和有机酸使pHpH降至降至6.56.5。在达到最高细胞浓度后，在达到最高细胞浓度后，pHpH开始从开始从6.56.5升至升至8.
63、38.3。CACA产产量达最高水平时，量达最高水平时，pHpH不再升高。在发酵终止时，不再升高。在发酵终止时，pHpH再再次升至次升至8.58.5。随着。随着pHpH升高，升高，CACA迅速分解。迅速分解。赔略橱红强税站侨旅般速柳墟碑帮未数膘嚎斯荡血仿她拿幅琴葫河屠蝇湘六章发酵过程控制六章发酵过程控制pH8.0时生长良好时生长良好产量低，产物降产量低，产物降解解pH7.0时的状时的状况况莆鸣弘冬疏峭慰退拨奢暑颧泰配锹俊阔赔义啼甫侯半幅霞活卯虫疑贡核啪六章发酵过程控制六章发酵过程控制研究不同研究不同pH对发酵的影响对发酵的影响分别配置分别配置pH为为6.0，7.0，8.0的培养基测定菌的生的培养
64、基测定菌的生长和产物合成长和产物合成pH6.0时，生长受时，生长受抑制，产物降解抑制，产物降解少少咀草夕壤谨霖齐谗再占持幕办猩挠络您律驮舵所轮绦法揪恨母胳碴升贡秧六章发酵过程控制六章发酵过程控制控制控制pH7.0pH7.0和和8.08.0时，最高细胞浓度接近相同时，最高细胞浓度接近相同( (约约1616PMV)PMV)，但控制，但控制pH6pH60 0时细胞生长受抑制。时细胞生长受抑制。在在2 25 5升生物反应器内，升生物反应器内，不控制不控制pHpH时时2 247g47g(mL(mLh )h )控制控制pH7.0pH7.0时的产率时的产率3 337g37g(mL(mLh) h) 最高最高控
65、制控制pH8.0pH8.0时，产率时，产率2 202g02g(mL(mLh) h) 在控制在控制pH6pH60 0时，时，CACA产生被抑制产生被抑制, ,但降解少但降解少因此对细胞生长和因此对细胞生长和CACA产生最好将产生最好将pHpH控制于控制于7.07.0，但，但在控制在控制pH7.0pH7.0时，仍出现时，仍出现CACA的迅速分解。的迅速分解。箩操桔仿虏拳躇茄如渤喉购娃钧园难催础磷顽调防嫂汰斧疚窜栖蚂亦旱粱六章发酵过程控制六章发酵过程控制 由于由于CACA生产的最适生产的最适pHpH和减少和减少CACA分解的分解的pHpH各不相各不相同，因此在分批发酵中应用了同，因此在分批发酵中应用
66、了pHpH变换策略，使发酵变换策略，使发酵pHpH由中性由中性pH7pH70 0变换为酸性变换为酸性pH6.0pH6.0。 在发酵前期，在细胞生长和产生在发酵前期，在细胞生长和产生CACA期间控制期间控制pH7.0pH7.0，4d4d后，当后，当CACA产量达最高值时，变换产量达最高值时，变换pHpH为为6.06.0，以减少，以减少CACA分解。最高分解。最高CACA浓度可保持浓度可保持24h24h。由于改。由于改变变pHpH，使，使CACA分解速率明显降低。分解速率明显降低。拴吧兄长敖擦弱容辗戊孝牢次跑抬闽闽烧不架笨渺拼爸返廷萝绵擞祭八鉴六章发酵过程控制六章发酵过程控制小小结结发酵过程发酵过
67、程pH会发生变化会发生变化基质代谢基质代谢产物形成产物形成菌体自溶菌体自溶携毅骇沁窄贤馁怎曼料轿埋利乙贮戎罢灼浇极扫晨尧订扇谣帮瓤挞患伐他六章发酵过程控制六章发酵过程控制pHpH影响酶的活性影响酶的活性pH值影响微生物细胞膜所带电荷的值影响微生物细胞膜所带电荷的改变改变pH值影响培养基某些成分和中间代值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离谢物的解离pH影响代谢方向影响代谢方向pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响在微生物培养的不同阶段有不同的影响 拇曼任瓢世迅垃扒嘘佑凑瓢锗汤埃载楷休挪卯毅苦桌宰绑们栋饮山傍蔚弟六章发酵过程控制六章发酵过程控制pHpH的的控控制制方方式式Y基础培养基调节基础培养
68、基调节pHY在基础料中加入维持在基础料中加入维持pH的物质的物质Y通过补料调节通过补料调节pHY当补料与调当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调发生矛盾时，加酸碱调pHY选择合适的选择合适的pH调节剂调节剂Y发酵的不同阶段采取不同的发酵的不同阶段采取不同的pH值值栏壹悸役肩势遏坟萎江判恋吼胺墩枯畦烘蜜恨膀辞锰乡瞪盾印出修巴拒络六章发酵过程控制六章发酵过程控制第三节第三节 泡沫的控制泡沫的控制1 1 泡沫的产生、性质及变化泡沫的产生、性质及变化 形成条件：形成条件：气气- -液两相共存；液两相共存；表面张力大的物质存在；表面张力大的物质存在；荆亚墒串余瘁浚挽哺村跨握寺燥入慌烂碧赡瘁舰偷悠碾缘廓匿聚汉
69、秃暮农六章发酵过程控制六章发酵过程控制发酵过程中泡沫有两种类型：发酵过程中泡沫有两种类型：v一种是发酵液液面上的泡沫，气相所占的比例一种是发酵液液面上的泡沫，气相所占的比例特别大，与液体有较明显的界限，如发酵前期特别大，与液体有较明显的界限，如发酵前期的泡沫；的泡沫；v另一种是发酵液中的泡沫，又称流态泡沫另一种是发酵液中的泡沫，又称流态泡沫(fluidfoam)，分散在发酵液中，比较稳定，分散在发酵液中，比较稳定，与液体之间无明显的界限。与液体之间无明显的界限。挎氦赘丰等滥坝撕循阅坎裔叭仿绅鼎眠旬低修卞砖箭儒忍聊景滩易敝差被六章发酵过程控制六章发酵过程控制实质：气溶胶构成的胶体系统，其分散相是
70、空实质：气溶胶构成的胶体系统，其分散相是空气和代谢气，连续相是发酵液，泡沫间隔着气和代谢气，连续相是发酵液，泡沫间隔着一层液膜而被彼此分开不相连通。一层液膜而被彼此分开不相连通。豪恿擞的礁竭搁荆刑尾离炭洲涸练堑蒜妖郴抱鸡豹啸知羹钨柴姨芍骏贺诈六章发酵过程控制六章发酵过程控制泡沫是热力学不稳定体系泡沫是热力学不稳定体系热力学第二定律指出：自发过程，总是从自热力学第二定律指出：自发过程，总是从自由能较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡由能较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡过程中自由能变化如下：过程中自由能变化如下：G=AG自由能的变化自由能的变化A表面积的变化表面积的变化比表面能比表面能尸紫
71、张找玲衣唾啮吮绞慢碉涯窖育袖碟菱菜额卜杜孜蹋餐京何揉篆苏鄙伤六章发酵过程控制六章发酵过程控制 起泡时，液体表面积增加，起泡时，液体表面积增加，AA为正值，因而为正值，因而GG为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。另一方面，泡沫的气液界面非常大。另一方面，泡沫的气液界面非常大。 例如：半径例如：半径1cm1cm厚厚0.001cm0.001cm的一个气泡，内外两的一个气泡，内外两面的气液界面达面的气液界面达25cm25cm2 2；可是，当其破灭为一个液；可是，当其破灭为一个液滴后，表面积只有滴后，表面积只有0.2cm0.2cm2 2, ,相差上百倍。相差上
72、百倍。 泡沫破灭、合并的过程中，自由能减小的数值泡沫破灭、合并的过程中，自由能减小的数值很大。因此泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成很大。因此泡沫的热力学不稳定体系，终归会变成具有较小表面积的无泡状态。具有较小表面积的无泡状态。赢龟鹅讯把糠需揖示寥茹螺借跳钨羡蠕娘圾液僧崇衬业荒藻状驯素虑橱虑六章发酵过程控制六章发酵过程控制发酵过程泡沫产生的原因发酵过程泡沫产生的原因（1）通气搅拌的强烈程度）通气搅拌的强烈程度发酵前期培养基成分丰富，易起泡。发酵前期培养基成分丰富，易起泡。采用较小通气量及搅拌转速，再逐步加大。采用较小通气量及搅拌转速，再逐步加大。也可在基础料中加入消泡剂。也可在基础料中加入消泡
73、剂。丸瑟海变掳咸射弃有膳甩膳铱碘盟枫诉翱丸止讲侯聊披毕淖花锑蹈锅伊埂六章发酵过程控制六章发酵过程控制（2）培养基配比与原料组成）培养基配比与原料组成前期培养基营养丰富粘度大，产泡沫多而持久。前期培养基营养丰富粘度大，产泡沫多而持久。例：在例：在50L罐中投料罐中投料10L，成分为淀粉水解糖、豆，成分为淀粉水解糖、豆饼水解液、玉米浆等，搅拌饼水解液、玉米浆等，搅拌900rpm，通气，泡，通气，泡沫生成量为培养基的沫生成量为培养基的2倍。如培养基适当稀一些，倍。如培养基适当稀一些，接种量大一些，生长速度快些，前期就容易搅拌接种量大一些，生长速度快些，前期就容易搅拌开。开。 专消痰腑颇毖享窒喜数遮邻
74、樟废牛傀展蚜戎喉荒滨贝涌绘滇斯裁杀奥便纫六章发酵过程控制六章发酵过程控制（3）菌种、种子质量和接种量）菌种、种子质量和接种量菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被菌种质量好，生长速度快，可溶性氮源较快被利用，泡沫产生几率也就少。菌种生长慢的可利用，泡沫产生几率也就少。菌种生长慢的可以加大接种量以加大接种量（4）灭菌质量）灭菌质量培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生培养基灭菌质量不好，糖氮被破坏，抑制微生物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加物生长，使种子菌丝自溶，产生大量泡沫，加消泡剂也无效。消泡剂也无效。抓埔众拥震嗽且奇麦戈逾坚吠松契献涡札陕踞吟勿蒲犀腔盈念苫王较运剩六章发酵过程控制
75、六章发酵过程控制泡沫的形成一般有以下几种规律：泡沫的形成一般有以下几种规律：v整个发酵过程中，泡沫保持恒定的水平；整个发酵过程中，泡沫保持恒定的水平；v发酵早期，起泡后稳定地下降，以后保持恒定；发酵早期，起泡后稳定地下降，以后保持恒定；v发酵前期，泡沫稍微降低后又开始回升；发酵前期，泡沫稍微降低后又开始回升；v发酵开始起泡能力低，以后上升；发酵开始起泡能力低，以后上升；搏烯蓉椽囊整仗脆俗押败躇臆规瘪纹哄咸外摹鹅升余胶线锌绕比憋过灸策六章发酵过程控制六章发酵过程控制泡沫体系的三阶段变化泡沫体系的三阶段变化 (1)气泡大小分布的变化气泡大小分布的变化液膜包裹的一个气泡，就像一个吹鼓了的气球。液膜包
76、裹的一个气泡，就像一个吹鼓了的气球。由于气球膜有收缩力，所以气球中压力大于气球外由于气球膜有收缩力，所以气球中压力大于气球外的压力；同样气泡膜有表面张力，气泡中压力大于的压力；同样气泡膜有表面张力，气泡中压力大于气泡外的压力。气泡大小的再分布，就是由气泡膜气泡外的压力。气泡大小的再分布，就是由气泡膜内气体的压力变化引起的。气泡中气体压力的大小，内气体的压力变化引起的。气泡中气体压力的大小，依赖气泡膜的曲率半径依赖气泡膜的曲率半径 我檀宿政筹闯蔼辈畸置彩像堂刘卵呻望姑之乾挽龟活励悉膛楞冉勿镁梗胖六章发酵过程控制六章发酵过程控制（2）气泡液膜变薄）气泡液膜变薄取一杯泡沫，放置一段时间，就会在杯底取
77、一杯泡沫，放置一段时间，就会在杯底部出现一些液体，而逐渐形成液相及液面上的部出现一些液体，而逐渐形成液相及液面上的泡沫相这样具有界面的两层。底部出现的液体泡沫相这样具有界面的两层。底部出现的液体一部分是泡沫破灭形成的，一部分是气泡膜变一部分是泡沫破灭形成的，一部分是气泡膜变薄，排出液体形成的。薄，排出液体形成的。泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因蒸泡沫生成初期，泡沫液还比较厚，以后因蒸发排液而变薄，泡沫液会受重力的影响向下排发排液而变薄，泡沫液会受重力的影响向下排液，泡沫液随时间延续而变薄。液，泡沫液随时间延续而变薄。 肪陇裔府撅煞服企窒瓷泄劲诀全杉逾会屈灸搏姓柏裁磋慧惧冤硒炙塌勃抹六章发酵
78、过程控制六章发酵过程控制（3）泡沫破灭）泡沫破灭泡沫由于排液，液量过少，表面张力降低，液泡沫由于排液，液量过少，表面张力降低，液膜会急剧变薄，最后液膜会变得十分脆弱，以至分膜会急剧变薄，最后液膜会变得十分脆弱，以至分子的热运动都可以引起气泡破裂。因此只要泡沫液子的热运动都可以引起气泡破裂。因此只要泡沫液变薄到一定程度，泡沫即瞬间破灭。变薄到一定程度，泡沫即瞬间破灭。泡沫层内部的小气泡破灭后，虽一时还不能导泡沫层内部的小气泡破灭后，虽一时还不能导致气液分离，只是合并成大气泡，但排液过程使泡致气液分离，只是合并成大气泡，但排液过程使泡膜液量大幅度减少，使合并成的大气泡快速地破灭，膜液量大幅度减少，
79、使合并成的大气泡快速地破灭，最后泡沫体系崩溃，气液分离。最后泡沫体系崩溃，气液分离。争盅抠淖痢雀龟正旭癣毡喜脏磅霜变产虱镭距酬击眯吮你荡何佃堕清芹永六章发酵过程控制六章发酵过程控制影响泡沫稳定性的因素影响泡沫稳定性的因素引起危害，需要消除的，只是稳定的泡沫。泡引起危害，需要消除的，只是稳定的泡沫。泡沫的稳定性受液体、气体许多性质的影响。不同沫的稳定性受液体、气体许多性质的影响。不同介质的泡沫，稳定程度相差很多，影响泡沫稳定介质的泡沫，稳定程度相差很多，影响泡沫稳定性的因素十分复杂，概括国内外研究者的说法，性的因素十分复杂，概括国内外研究者的说法，主要因素一下几种主要因素一下几种瞩芳淀频冒援玉倘
80、嘴奎诛林萧周败惩御重计扁跌酞啤咏脖玩棍经论枚样蛤六章发酵过程控制六章发酵过程控制1 1）泡径大小）泡径大小大泡易于破灭，寿命较长的的都是小泡。大泡易于破灭，寿命较长的的都是小泡。因为：因为：泡越小，合并成大气泡的历程就越长；泡越小，合并成大气泡的历程就越长；小气泡的泡膜中所含液量相对比较大，所以较能小气泡的泡膜中所含液量相对比较大，所以较能经受液体流失所造成的稳定性的损失；经受液体流失所造成的稳定性的损失；气泡越小，上升速度越慢，给表面活性剂的吸附气泡越小，上升速度越慢，给表面活性剂的吸附提供充足的时间，增加了稳定性。提供充足的时间，增加了稳定性。乘葫袁醋秀绚戳半班祁恿裹祁滇皂页甜矮硒窥舶昭忱
81、矮肉赴九租富鲸灼漱六章发酵过程控制六章发酵过程控制2 2）溶液所含助泡物的类型和浓度）溶液所含助泡物的类型和浓度（1）降低表面张力）降低表面张力降低表面张力会降低相邻气泡间的压差。压降低表面张力会降低相邻气泡间的压差。压差小，小泡并入大泡的速度就慢，泡沫的稳定性差小，小泡并入大泡的速度就慢，泡沫的稳定性就好。就好。（2）增加泡沫弹性）增加泡沫弹性助泡的表面活性剂，吸附在气液界面上，使助泡的表面活性剂，吸附在气液界面上，使表面层的组分与液相组分产生差别，因而使泡沫表面层的组分与液相组分产生差别，因而使泡沫液具有弹性。液具有弹性。 逸蓟剪报悔五厘臃校泊轻锌壹蕴凭洲鸣适颁襄虱予筛纪凯胡咎堪玄坤自柠六
82、章发酵过程控制六章发酵过程控制（3）助泡剂浓度）助泡剂浓度溶液中助泡剂浓度增加，气液界面上的吸附量就溶液中助泡剂浓度增加，气液界面上的吸附量就增加，液膜弹性随之增加，泡沫稳定性增高。增加，液膜弹性随之增加，泡沫稳定性增高。到达临界胶束浓度后，气液界面上的定向排列到达临界胶束浓度后，气液界面上的定向排列“饱和饱和”，弹性不会再增加。，弹性不会再增加。瑟固彩躬估铺效腾稚彩病激菩散肩通洒匆榜历盈挞曾剧豁苍抹暂谐哉械舷六章发酵过程控制六章发酵过程控制3）起泡液的粘度）起泡液的粘度某些溶液，如蛋白质溶液，虽然表面张力不高，某些溶液，如蛋白质溶液，虽然表面张力不高，但因粘度很高，所产生的泡沫非常稳定。因为
83、粘稠但因粘度很高，所产生的泡沫非常稳定。因为粘稠的液膜，有助于吸收外力的冲击，起到缓冲的作用，的液膜，有助于吸收外力的冲击，起到缓冲的作用，使泡沫能持久一些。液体粘度对泡沫稳定性的影响使泡沫能持久一些。液体粘度对泡沫稳定性的影响比表面张力的影响还要大。比表面张力的影响还要大。峭洋直乾艾捧换帝刁滔顺窃巴惋镇滇镜郎澄犀根拍泞窖布励媒衅咏游羚矾六章发酵过程控制六章发酵过程控制4）其它）其它* *温度温度 表面张力最低值时的浓度随温度变化。表面张力最低值时的浓度随温度变化。*pH *pH 影响助泡剂的溶解度和表层的吸附状态影响助泡剂的溶解度和表层的吸附状态* *表面电荷表面电荷 离子型表面活性剂，由于
84、离子间静离子型表面活性剂，由于离子间静电的排斥，阻碍着离子彼此接近，减少排液速度，电的排斥，阻碍着离子彼此接近，减少排液速度，延缓泡沫变薄过程，使泡沫稳定。延缓泡沫变薄过程，使泡沫稳定。醉浓意呸池虹食剥荡屋脸伐溃烹冉侍文苦鹿拭舞氧宝歪惑痉籽屉氏署垫彪六章发酵过程控制六章发酵过程控制2泡沫对发酵的影响泡沫对发酵的影响1 1）降低生产能力）降低生产能力在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降低在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降低装量装量2 2）引起原料浪费）引起原料浪费如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡会引起原料流失，造成浪费。会引起原料流失，造成浪
85、费。 造坠锌尿魄裔净奥或缅丈玫寿包琼福苔椎蔡饮鞠酥耍僚媒苹箍盐缄却荚虹六章发酵过程控制六章发酵过程控制3 3） 影响菌的呼吸影响菌的呼吸如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼吸，气泡中充满二氧化碳，而且又不能与空气中氧进吸，气泡中充满二氧化碳，而且又不能与空气中氧进行交换，这样就影响了菌的呼吸。行交换，这样就影响了菌的呼吸。4 4） 引起染菌引起染菌由于泡沫增多而引起逃液，于是在排气管中粘上由于泡沫增多而引起逃液，于是在排气管中粘上培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入发酵培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进
86、一步渗到轴封，轴罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到轴封，轴封处的润滑油可起点消泡作用，从轴封处落下的泡沫封处的润滑油可起点消泡作用，从轴封处落下的泡沫往往引起杂菌污染。往往引起杂菌污染。凤旨缄豁仔舅析泡钝眉锅吓赶约疫身给匡伯斥扮汇峙颓国扁饼煤弊稠摇挚六章发酵过程控制六章发酵过程控制3 3 泡沫的控制泡沫的控制泡沫的控制，可以采用三种途径：泡沫的控制，可以采用三种途径： 调整培养基中的成分调整培养基中的成分( (如少加或缓加易起泡的原如少加或缓加易起泡的原材料材料) )或改变某些物理化学参数或改变某些物理化学参数( (如如pHpH值、温度、值、温度、通气和搅拌通气和搅拌) )或者改变发酵工艺
87、或者改变发酵工艺( (如采用分次投料如采用分次投料) )来控制，以减少泡沫形成的机会。但这些方法的来控制，以减少泡沫形成的机会。但这些方法的效果有一定的限度。效果有一定的限度。诱鬼赔牵澎合扫另涡蝉腮畏莲贤不孝宵衅恩佑荆斗獭甥岛裁芝贴淆咳袁止六章发酵过程控制六章发酵过程控制 采用机械消泡或消泡剂消泡这两种方法来消除已采用机械消泡或消泡剂消泡这两种方法来消除已形成的泡沫：通过化学方法，降低泡沫液膜的表面形成的泡沫：通过化学方法，降低泡沫液膜的表面张力，使泡沫破灭；利用物理方法，使泡沫液膜的张力，使泡沫破灭；利用物理方法，使泡沫液膜的局部受力，打破液膜原来受力平衡而破裂。局部受力，打破液膜原来受力平
88、衡而破裂。赘剔亥曙裳咆弦派骂疥顾茬候潜潘啥馋菏积霜鹊褪默逗蛮吱喜庇跟科镣槐六章发酵过程控制六章发酵过程控制 采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素菌种，来消除起泡的内在因素如：杂交选育不产流态泡沫的土霉素生产菌株如：杂交选育不产流态泡沫的土霉素生产菌株 对于已形成的泡沫，工业上可以采用机械消泡对于已形成的泡沫，工业上可以采用机械消泡和化学消泡剂消泡或两者同时使用消泡。和化学消泡剂消泡或两者同时使用消泡。泳膨憨滴刀盯腾弓炭拓脑馏愉沽冉虱宰瞥燃奥型种阿沿谈爽毋柿虞滓译宇六章发酵过程控制六章发酵过程控制化学消泡化学消泡 这是利用外界
89、加入消泡剂，使泡沫破裂的方这是利用外界加入消泡剂，使泡沫破裂的方法。消泡剂都是表面活性剂，具有较低的表面张力，法。消泡剂都是表面活性剂，具有较低的表面张力，或者是降低泡沫液膜的机械强度，或者是降低液膜或者是降低泡沫液膜的机械强度，或者是降低液膜的表面黏度，或者兼有两者的作用，达到破裂泡沫的表面黏度，或者兼有两者的作用，达到破裂泡沫的目的。如聚氧乙烯氧丙烯甘油的目的。如聚氧乙烯氧丙烯甘油(GPE)的表面张力的表面张力仅为仅为3.310-2Nm，而青霉素发酵液的表面张力，而青霉素发酵液的表面张力为为(6.06.8)10-2Nm。 皮抄播徘济希邱荫愚闪扔看缘贱际蘑乾作糟胚袒夏暂微檄舜兑袱属葛妥大六章
90、发酵过程控制六章发酵过程控制1）消泡剂的作用机理）消泡剂的作用机理为了弄清消泡剂如何发挥作用，为了合理、有为了弄清消泡剂如何发挥作用，为了合理、有效地使用消泡剂，需要了解消泡剂的作用机制及一效地使用消泡剂，需要了解消泡剂的作用机制及一般性质。般性质。分别介绍在消泡剂发展历史上有重要地位的罗分别介绍在消泡剂发展历史上有重要地位的罗氏假说以及其它几种消泡剂的作用机理。氏假说以及其它几种消泡剂的作用机理。议撂阴毡贷衫汀缓录钒谓姚喳迹冕窄饿寞富扼感炒郁惠曲可砾粗阅契泅松六章发酵过程控制六章发酵过程控制铺展系数铺展系数S S：S=S=F FFAFAA AF F起泡介质的表面张力起泡介质的表面张力FAFA
91、消泡剂与起泡介质的界面张力消泡剂与起泡介质的界面张力A A消泡剂的表面张力消泡剂的表面张力以铺展系数以铺展系数S S值的正负判断消泡剂是否能够在泡沫上扩展。值的正负判断消泡剂是否能够在泡沫上扩展。AFAF毕讹卯膊导止皋盯枢劣枷投喧诡谈技修菲吞短映猾嘴竟冈辊炉狄矽庇苑卖六章发酵过程控制六章发酵过程控制浸入系数浸入系数E：E=以浸入系数以浸入系数E值的正负判断消泡剂能否进入泡值的正负判断消泡剂能否进入泡沫表面。沫表面。AFAF总琳妈坏狞色港国屈缺逼燕霓呻淋妻颓纯离纤骸肯蘑籍栓狰燃邑谚鳖敌象六章发酵过程控制六章发酵过程控制美国胶体化学家罗斯（美国胶体化学家罗斯（Ross,S.）提出假说：）提出假说：
92、在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶状在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶状态的溶质，当浸入系数与铺展系数均为正值时即是态的溶质，当浸入系数与铺展系数均为正值时即是消泡剂。消泡剂。罗斯认为，消泡剂的分子团，即一小滴，一接触泡罗斯认为，消泡剂的分子团，即一小滴，一接触泡沫，首先便是浸入，之后在泡沫上扩展，局部变薄沫，首先便是浸入，之后在泡沫上扩展，局部变薄而破裂。当浸入系数和铺展系数均为负值时，小滴而破裂。当浸入系数和铺展系数均为负值时，小滴既不浸入也不扩展；当浸入系数大于零，铺展系数既不浸入也不扩展；当浸入系数大于零，铺展系数为负数时小滴成棱镜状，不铺展；只有二者均为正为负数时小滴成棱镜状
93、，不铺展；只有二者均为正值时才可能是消泡剂，这种假说为消泡剂作用机理值时才可能是消泡剂，这种假说为消泡剂作用机理奠定了基础。奠定了基础。俐快镊澎钒寓袄缎轿沉粟笔乓棉吸肩秆残裳申骗嗡撅切且幂朗缝柱糊硫泊六章发酵过程控制六章发酵过程控制2）与稳泡因素有关的几种消泡机理）与稳泡因素有关的几种消泡机理a、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致、消泡剂可使泡沫液局部表面张力降低，因而导致泡沫破灭泡沫破灭希勒（希勒（Shearer,L.T）和艾克斯）和艾克斯(Akers,W.W.)在油体系中研究聚硅氧烷油的消泡过程。他们对在油体系中研究聚硅氧烷油的消泡过程。他们对泡沫体系以泡沫体系以1/1000秒的速
94、度连续拍照，照片放大秒的速度连续拍照，照片放大100倍倍寻舷哼翼揖现抑炽拯捕绵介焦赔恨结吃瘸报锅梳烯授掌矣碧蓄捅校二幢懦六章发酵过程控制六章发酵过程控制由图可以看出，硅油微粒到达泡沫表面使泡沫破灭，气泡合由图可以看出，硅油微粒到达泡沫表面使泡沫破灭，气泡合并，气液迅速分离。并，气液迅速分离。研究发现：低浓度的，表面张力比起泡液低的物质，如果与研究发现：低浓度的，表面张力比起泡液低的物质，如果与起泡液成为均相，则促进起泡；如果呈饱和状态，而且被均起泡液成为均相，则促进起泡；如果呈饱和状态，而且被均匀分散在起泡液中，就可能有消泡作用。附着了消泡剂小滴匀分散在起泡液中，就可能有消泡作用。附着了消泡剂
95、小滴的泡沫能够迅速破灭，与局部降低表面张力有关。的泡沫能够迅速破灭，与局部降低表面张力有关。砖镁煮黍汰齐痈翠籍彦闰痈猩竣愿型地凑窜笼野瓦葫恢运她巾仟阜靡倪滞六章发酵过程控制六章发酵过程控制日本高野信之提出类似的观点：在起泡液中分散的消泡剂颗日本高野信之提出类似的观点：在起泡液中分散的消泡剂颗粒，随着泡沫液变薄，露到表面，因消泡剂表面张力比泡沫粒，随着泡沫液变薄，露到表面，因消泡剂表面张力比泡沫液低，该处受到周围的拉伸、牵引。不断变薄，最后破灭。液低，该处受到周围的拉伸、牵引。不断变薄，最后破灭。把高级醇或植物油洒在泡沫上，当其附着到泡沫上，即溶入泡把高级醇或植物油洒在泡沫上，当其附着到泡沫上，
96、即溶入泡沫液，会显著降低该处的表面张力。因为这些物质一般对水的沫液，会显著降低该处的表面张力。因为这些物质一般对水的溶解度较小，表面张力降低只限于局部，而泡沫周围的表面张溶解度较小，表面张力降低只限于局部，而泡沫周围的表面张力几乎没有发生变化。表面张力降低的部分，被强烈地向四周力几乎没有发生变化。表面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后破裂。牵引、延展，最后破裂。僵始嫡青甜姨刀最淀刺祁道阿襟钓么负桨箕谅尧幌斋坐观酷葡孕挚含镐澎六章发酵过程控制六章发酵过程控制b、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭、消泡剂能破坏膜弹性而导致气泡破灭稳泡因素中谈到，因泡膜表面吸附表面活性剂具有斯弹稳泡因素中
97、谈到，因泡膜表面吸附表面活性剂具有斯弹性，当受到外部压力时有自愈作用。消泡剂能破坏泡膜的这性，当受到外部压力时有自愈作用。消泡剂能破坏泡膜的这种弹性。离子型表面活性剂水溶液产生的泡沫，是因为表面种弹性。离子型表面活性剂水溶液产生的泡沫，是因为表面活性剂定向排列形成双电层，借助排斥作用阻碍泡沫合并而活性剂定向排列形成双电层，借助排斥作用阻碍泡沫合并而使泡沫稳定。使泡沫稳定。这种性质的泡沫，只需向体系中加入一种离子电荷相反的这种性质的泡沫，只需向体系中加入一种离子电荷相反的表面活性剂，甚至本身也是助泡剂，就可降低泡沫稳定性。表面活性剂，甚至本身也是助泡剂，就可降低泡沫稳定性。这是因为两种表面活性剂
98、彼此干扰，妨碍在气液界面上定向这是因为两种表面活性剂彼此干扰，妨碍在气液界面上定向排列，破坏了膜弹性，因而产生消泡作用。排列，破坏了膜弹性，因而产生消泡作用。巨厚宇钳跨仍跑旷泵裳烹摄绢符探董峦导椰橙倍柬勇掷彰筹常褐霸莽绍哩六章发酵过程控制六章发酵过程控制C、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭、消泡剂能促使液膜排液，因而导致气泡破灭 泡沫液厚泡沫弹性好，自愈效应强；泡膜排液速率反映泡沫液厚泡沫弹性好，自愈效应强；泡膜排液速率反映泡沫的稳定性。起泡体系的粘度越高，排液速度越低，如蛋泡沫的稳定性。起泡体系的粘度越高，排液速度越低，如蛋白质溶液，肽链之间能够形成氢键；有些表面活性剂能与水白质溶液，
99、肽链之间能够形成氢键；有些表面活性剂能与水分子形成氢键，能减少泡沫中的排液，起到稳泡作用。分子形成氢键，能减少泡沫中的排液，起到稳泡作用。加入不产生氢键的表面活性剂，取代产生氢键的表面活加入不产生氢键的表面活性剂，取代产生氢键的表面活性剂，就可以使排液加快。性剂，就可以使排液加快。峭厂末摈旱媒蔑玄因奥妇彩刚唤娶掀隙盖霍佯及乞披嘲托歌权一儡淫墟桓六章发酵过程控制六章发酵过程控制d表面活性剂吸附层与泡膜上两吸附层当中的泡膜表面活性剂吸附层与泡膜上两吸附层当中的泡膜液之间亲和力的强弱；液之间亲和力的强弱；表面活性剂的表面活性剂的HLB值反映这种亲和性，高值反映这种亲和性，高HLB的表面活性的表面活性
100、剂，亲水性强，易于使吸附层之间的水随着迁移，是稳泡剂；剂，亲水性强，易于使吸附层之间的水随着迁移，是稳泡剂；低低HLB值的表面活性剂，亲水性弱，不易使吸附层之间的水值的表面活性剂，亲水性弱，不易使吸附层之间的水随着迁移，往往是消泡剂。随着迁移，往往是消泡剂。亲水性弱的低亲水性弱的低HLB值的表面活性剂取代了亲水性强的高值的表面活性剂取代了亲水性强的高HLB值的表面活性剂，能使泡膜吸附层之间的水不随吸附层值的表面活性剂，能使泡膜吸附层之间的水不随吸附层迁移，从而促进泡膜排液，起到消泡作用迁移，从而促进泡膜排液，起到消泡作用括墓汕厅北饱统臃毛片校箱绝宗濒弊揖撂骂趴戏躺表哦哇骡侗疗浑逾困债六章发酵过
101、程控制六章发酵过程控制破泡剂与抑泡剂的区别破泡剂与抑泡剂的区别（1）消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂）消泡剂可分为破泡剂和抑泡剂破泡剂：是加到已形成的泡沫中，使泡沫破灭的添破泡剂：是加到已形成的泡沫中，使泡沫破灭的添加剂。如低级醇、天然油脂。一般来说，破泡剂都是加剂。如低级醇、天然油脂。一般来说，破泡剂都是其分子的亲液端与起泡液亲和性较强，在起泡液中分其分子的亲液端与起泡液亲和性较强，在起泡液中分散较快的物质。这类消泡剂随着时间的延续，迅速降散较快的物质。这类消泡剂随着时间的延续，迅速降低效率，并且当温度上升时，因溶解度增加，消泡效低效率，并且当温度上升时，因溶解度增加，消泡效率会下降。率会下降。抑
102、泡剂：是发泡前预先添加而阻止发泡的添加剂。抑泡剂：是发泡前预先添加而阻止发泡的添加剂。聚醚及有机硅等属于抑泡剂。一般是分子与气泡液亲聚醚及有机硅等属于抑泡剂。一般是分子与气泡液亲和性很弱的难溶或不溶的液体和性很弱的难溶或不溶的液体邓渡蜕限品阶悸嗽块匀晾泪鹰哆震凿甲回色陆鸯带羊躇蠢架堆添蔽沏含体六章发酵过程控制六章发酵过程控制（2）作用机理上的区别）作用机理上的区别破泡剂的破泡机理大致有二种。破泡剂的破泡机理大致有二种。第一，吸附助泡剂，加入电解质，瓦解双电层，及使助泡第一，吸附助泡剂，加入电解质，瓦解双电层，及使助泡物被增溶等机理，这样就破坏助泡物的稳泡作用。在这些物被增溶等机理，这样就破坏助
103、泡物的稳泡作用。在这些过程中消泡剂发挥一次消泡作用就被消耗。同时消耗掉相过程中消泡剂发挥一次消泡作用就被消耗。同时消耗掉相应的助泡物。应的助泡物。第二，低级醇等溶解性较大的消泡剂，加到气泡液中局部第二，低级醇等溶解性较大的消泡剂，加到气泡液中局部降低表面张力，发挥破泡作用，同时本身不断破为碎块，降低表面张力，发挥破泡作用，同时本身不断破为碎块，陆续溶解而失去破泡作用。破泡过程中，破泡剂不断失效、陆续溶解而失去破泡作用。破泡过程中，破泡剂不断失效、消耗，而助泡剂却不受影响消耗，而助泡剂却不受影响价诲博曰假芹肝癣址刨呕脐椅虐崎便称榷锹遥立秸炸侵稍廷乾筏蚕邑喷鸵六章发酵过程控制六章发酵过程控制抑泡机
104、理：一般认为抑泡剂分子在气液界面上优先被吸附，抑泡机理：一般认为抑泡剂分子在气液界面上优先被吸附，它比助泡剂的表面活性更强，更易吸附到泡膜上，但是由它比助泡剂的表面活性更强，更易吸附到泡膜上，但是由于本身不赋予泡膜弹性，所以不具备稳泡作用。这样当液于本身不赋予泡膜弹性，所以不具备稳泡作用。这样当液体中产生泡沫时，抑泡剂首先占据泡膜，抑制了助泡剂的体中产生泡沫时，抑泡剂首先占据泡膜，抑制了助泡剂的作用，抑制了气泡。作用，抑制了气泡。（3）破泡剂与抑泡剂的相互关系）破泡剂与抑泡剂的相互关系溶解度大的破泡剂，消泡作用只发挥一次；溶解度小的溶解度大的破泡剂，消泡作用只发挥一次；溶解度小的破泡剂，消泡作
105、用可持续一段时间。如果溶解度进一步降破泡剂，消泡作用可持续一段时间。如果溶解度进一步降低，即成为抑泡剂。另一方面，破泡剂大量使用，比有抑低，即成为抑泡剂。另一方面，破泡剂大量使用，比有抑泡作用，抑泡剂大量使用也比有破泡作用。泡作用，抑泡剂大量使用也比有破泡作用。企蓬亿临狙兑筑殃狱摹保袋钢订没冕混唉砰耍串师洲厂施酥稿囊沃冉晾川六章发酵过程控制六章发酵过程控制1 1）消泡剂选用依据：）消泡剂选用依据：v表面活性剂，具有较低的表面张力（内聚力弱），表面活性剂，具有较低的表面张力（内聚力弱），消泡效果明显。消泡效果明显。v对气对气- -液界面的散布系数必须足够大，才能迅速消液界面的散布系数必须足够大，
106、才能迅速消泡；泡；v无毒害性，且不影响发酵菌体；无毒害性，且不影响发酵菌体；不会在使用、运不会在使用、运输中引起任何危害；输中引起任何危害；v不干扰各种测量仪表的使用；不干扰各种测量仪表的使用；v在水中的溶解度较小，以保持持久的消泡性能；在水中的溶解度较小，以保持持久的消泡性能；蓖汞诅公幌郁喀霸茅燎酋抡纪积镀顷敝拔励绸邑诲掩点痞新鱼卯搬已酶蒸六章发酵过程控制六章发酵过程控制应该在低浓度时具有消泡活性；应该在低浓度时具有消泡活性；应该对产物的提取不产生任何影响；应该对产物的提取不产生任何影响；应该对氧传递不产生影响；应该对氧传递不产生影响；能耐高温灭菌。能耐高温灭菌。来源方便，使用成本低；来源方
107、便，使用成本低；垣翼庇嫡白掐儒提截联嵌泳搀洛持举汕袖屠盛愿揪缎呕职扶佯坚冈桶睬蒙六章发酵过程控制六章发酵过程控制常用的一些消泡剂：常用的一些消泡剂：v天然油脂：天然油脂：v高碳醇、脂肪酸和酯类：十八醇是常用的一种，它可以单高碳醇、脂肪酸和酯类：十八醇是常用的一种，它可以单独或与载体一起使用。独或与载体一起使用。 v聚醚类；聚醚类；v硅酮类；主要是聚二甲基硅氧烷及衍生物，无色液体，不硅酮类；主要是聚二甲基硅氧烷及衍生物，无色液体，不溶于水，表面张力低达溶于水，表面张力低达21dyn/cm（泡敌为（泡敌为33，向日葵油，向日葵油40，青霉素发酵液，青霉素发酵液60-68dyn/cm）。纯聚二甲基硅
108、氧烷的消）。纯聚二甲基硅氧烷的消泡能力低，常加分散剂来提高消泡活性，或乳化剂成乳状液。泡能力低，常加分散剂来提高消泡活性，或乳化剂成乳状液。适用于微碱性发酵，对于微酸性发酵较差。适用于微碱性发酵，对于微酸性发酵较差。 跟敬轧正涨防抑吨讲西克戊喘贸认盅西闯悼钧赋灼墅修堪畜芍辫吩搓面可六章发酵过程控制六章发酵过程控制（1）天然油脂）天然油脂最早消泡剂，来源容易，价格低，使用简单，一般来说最早消泡剂，来源容易，价格低，使用简单，一般来说没有明显副作用，如豆油、菜油、鱼油等。没有明显副作用，如豆油、菜油、鱼油等。有些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前体，鱼有些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前
109、体，鱼油是螺旋霉素的前体。油是螺旋霉素的前体。分子中无亲水基团，在发酵液中难铺展，所以消泡活性分子中无亲水基团，在发酵液中难铺展，所以消泡活性差，用量大，一般为发酵液的差，用量大，一般为发酵液的0.1-0.2%近年来出于对环境保护的重视，天然产物消泡剂的地位近年来出于对环境保护的重视，天然产物消泡剂的地位又有些提高，而且还在研究新的天然消泡剂又有些提高，而且还在研究新的天然消泡剂 逻曲曼愧须坛昧淡拣猩帅页伊百肛峦性筑狂非挽柴荫伙利罗扎闻心抄诸系六章发酵过程控制六章发酵过程控制v油的种类：土霉素发酵，豆油、玉米油较好，而亚油的种类：土霉素发酵，豆油、玉米油较好，而亚麻油则会产生不良的作用。麻油则
110、会产生不良的作用。v油的质量、新鲜程度：油新鲜，消泡能力强，副作油的质量、新鲜程度：油新鲜，消泡能力强，副作用也小；用也小；v植物油与铁离子接触能与氧形成过氧化物，对四环植物油与铁离子接触能与氧形成过氧化物，对四环素、卡那霉素的合成不利，故要注意此类油的贮存素、卡那霉素的合成不利，故要注意此类油的贮存保管。保管。蕉盔慨退是梭阿剑舶犯淀篷现贰夕流梆跑侣梁浮孜后侩拨搽稍逞艘淀真速六章发酵过程控制六章发酵过程控制a a 酒糟榨出液酒糟榨出液 罗伯茨（罗伯茨（Roberts R.T.Roberts R.T.）发现：全麦芽浸出浆桶中最后倒出）发现：全麦芽浸出浆桶中最后倒出的沉积物能破灭泡沫。于是联想到，
111、是否可以由制作全麦芽的沉积物能破灭泡沫。于是联想到，是否可以由制作全麦芽浸出浆以后的酒糟压榨出有效的消泡剂？浸出浆以后的酒糟压榨出有效的消泡剂？经试验，由酒糟中压榨出大约经试验，由酒糟中压榨出大约40%40%液体，在液体，在50500 0C C真空蒸馏，浓真空蒸馏，浓缩缩1919倍，得到可用于麦芽汁发酵过程的消泡剂。效果很好，倍，得到可用于麦芽汁发酵过程的消泡剂。效果很好，没有副作用。没有副作用。经分析证明，酒糟榨出液中存在经分析证明，酒糟榨出液中存在C8C18C8C18的全部脂肪酸，存在的全部脂肪酸，存在极性类脂物，尤其是卵磷脂等物，这些物质的协同作用下的极性类脂物，尤其是卵磷脂等物，这些物
112、质的协同作用下的消泡作用比这些物质单独消泡作用强得多。消泡作用比这些物质单独消泡作用强得多。珠爷免柒迢杯肖趋非咒综禾巍著管酵脚畔岸悸拿叉您梯沾捎销染萌客哇漏六章发酵过程控制六章发酵过程控制b啤酒花油啤酒花油研究年发现向啤酒添加研究年发现向啤酒添加15ppm啤酒花油啤酒花油是减轻气泡溢出损失的有效措施。紧分析啤是减轻气泡溢出损失的有效措施。紧分析啤酒花油具含有消泡活性的物质有：石竹烯、酒花油具含有消泡活性的物质有：石竹烯、荷兰芹萜烯、香叶烯和蒎烯等荷兰芹萜烯、香叶烯和蒎烯等。钦腥茅喳簇岗怯枕季注瓣嗣畏柏杨润育耳岛恶秽脸汀望伦度伤踌由矢忱春六章发酵过程控制六章发酵过程控制（2）聚醚类消泡剂）聚醚类
113、消泡剂我国常用甘油三羟基聚醚。六十年代发明此类消泡剂，美国我国常用甘油三羟基聚醚。六十年代发明此类消泡剂，美国道康宁化学公司首先投产。道康宁化学公司首先投产。它是以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙烷与环氧丙烷它是以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成的。只在甘油分子上加成聚合的混合物进行加成聚合而制成的。只在甘油分子上加成聚合环氧丙烷的产物叫聚氧丙烯甘油定名为环氧丙烷的产物叫聚氧丙烯甘油定名为GP型消泡剂；型消泡剂；在在GP型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫链端
114、是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫GPE型消泡剂型消泡剂（泡敌）。按照环氧乙烷加成量为（泡敌）。按照环氧乙烷加成量为10%，20%，50%分分别称为别称为GPE10，GPE20，GPE50。掷藤俊胜董汤轿砷磨垂食菏勇层肾嘻瓢蛊滑铺原合丸屡象庭格乳澈踏怔栏六章发酵过程控制六章发酵过程控制vGP：亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，适用于：亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，适用于稀薄发酵液。其抑泡性能比消泡性能好，适宜用于稀薄发酵液。其抑泡性能比消泡性能好，适宜用于基础培养基中抑制泡沫的产生。如用于链霉素的基基础培养基中抑制泡沫的产生。如用于链霉素的基础培养基中，抑泡效果明显，可全部代替食用油，础培
115、养基中，抑泡效果明显，可全部代替食用油，也未发现不良影响，消泡效力一般相当于豆油的也未发现不良影响，消泡效力一般相当于豆油的6080倍。倍。捐媳悍门罗接砧汰余早跺外铺肌烙披挞迭缀嫡苛普魔芽谱蹈边齿癌入瘴佐六章发酵过程控制六章发酵过程控制vGPE：亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡能：亲水性好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，作用快，溶解度大，所以消泡活性维持时力强，作用快，溶解度大，所以消泡活性维持时间短，适用于黏稠发酵液。用于四环类抗生素发间短，适用于黏稠发酵液。用于四环类抗生素发酵中消泡效果很好，用量为酵中消泡效果很好，用量为0.030.035，消泡能力一般相当于豆油的消泡能力一般相当于豆
116、油的1020倍。倍。茨婿慑囤怕绢恫肺三溜阑驭瘴拄柿撒拒镰壶孙姥提脊妙袁氟悲棚络之魏粘六章发酵过程控制六章发酵过程控制GPES型消泡剂：新的聚醚类消泡剂，在型消泡剂：新的聚醚类消泡剂，在GPE型消型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端是疏泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端是疏水链，当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构水链，当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面，因而表面活性的分子易于平卧状聚集在气液界面，因而表面活性强，消泡效率高。强，消泡效率高。褪卵亭灌毁吏品吾爱籽哆掖蹿市终伯茄镇消瞅有适洼憾凹弟黄报聘垃句啼六章发酵过程控制六章发酵过程控制v其他的消
117、泡剂，如：聚乙二醇等高碳醇消泡剂多适用于其他的消泡剂，如：聚乙二醇等高碳醇消泡剂多适用于霉菌发酵，硅酮类较适用于微碱性的细菌发酵。所以，霉菌发酵，硅酮类较适用于微碱性的细菌发酵。所以，应结合具体产品发酵，试验上述各种消泡剂的消泡效果，应结合具体产品发酵，试验上述各种消泡剂的消泡效果，以获得良好的消泡作用。以获得良好的消泡作用。v值得注意的是：消泡剂有选择性。消泡剂用多了有毒性，值得注意的是：消泡剂有选择性。消泡剂用多了有毒性，而且还影响通气和气体分散，因此要少量地加。而且还影响通气和气体分散，因此要少量地加。v消泡的效果消泡的效果 消泡剂：种类、性质、分子量大小、消泡剂亲油亲水基消泡剂：种类、
118、性质、分子量大小、消泡剂亲油亲水基 使用方法：加入方法、使用浓度、温度等使用方法：加入方法、使用浓度、温度等 殴讥霍婴搏蔬浊绿臼泥郎冶民辉汽帽销油酱斋廓撇湍抄嚣硒袱华拉粕橇锚六章发酵过程控制六章发酵过程控制 消泡剂的使用有以下几种形式：消泡剂的使用有以下几种形式： 消泡剂消泡剂 + + 载体：惰性载体载体：惰性载体( (如矿物油、植物油等如矿物油、植物油等) ) 复合消泡剂：如复合消泡剂：如GPGP和和GPEGPE以以l:1l:1混合使用于土霉素发混合使用于土霉素发酵，结果比单独使用酵，结果比单独使用GPGP的效力提高的效力提高2 2倍；倍； 消泡剂消泡剂 + + 乳化剂：适用于亲水性差的消泡
119、剂。如用乳化剂：适用于亲水性差的消泡剂。如用吐温吐温8080制成的乳剂，用于庆大霉素发酵，效力提高制成的乳剂，用于庆大霉素发酵，效力提高1 12 2倍。倍。韧婴毗诞钠嚎疫莲委乌分宙孰渤上魔韧呛忙请熊理吸圭颂适球预沫挎狰芒六章发酵过程控制六章发酵过程控制v使用要考虑的因素：使用要考虑的因素：v(1)(1)种类的选择：种类的选择： 不影响发酵和提取，能力持久。不影响发酵和提取，能力持久。v(2)(2)用量的选择：用量的选择：0.003-0.025%0.003-0.025%v(3)(3)方法的选择：方法的选择： 应用之前作比较性试验，找出消沫剂对应用之前作比较性试验，找出消沫剂对微生物生理特征影响最
120、小、消沫效率最大的微生物生理特征影响最小、消沫效率最大的条件；成本。条件；成本。哟膛嘲蠕泣性动粥凭牟穴描圃蚊蜀殷灯罩厚室漾淤猜恿躲汾辆缝铁性栏扁六章发酵过程控制六章发酵过程控制机械消泡机械消泡 化学消泡最显著的缺点是影响氧气的溶化学消泡最显著的缺点是影响氧气的溶解，使其减少解，使其减少1/31/31/51/5，这对微生物供氧极，这对微生物供氧极为不利；机械消泡能克服这一缺点，但其应为不利；机械消泡能克服这一缺点，但其应用效果不如化学消泡迅速可靠，不能从根本用效果不如化学消泡迅速可靠，不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素。上消除引起稳定泡沫的因素。 消泡装置设计依据：消泡装置设计依据：动力小；动力
121、小；结构简结构简单；单；易清洁；易清洁；运行可靠；运行可靠；维护费用低；维护费用低；殆黎盖楞庶紧敷檀嗜符朔令腑芽鲍蒂圆毛宅佃嘉炙旨蕊观育报绑米农屁试六章发酵过程控制六章发酵过程控制机械消泡机械消泡v物理学原理；可在罐内或罐外进行。物理学原理；可在罐内或罐外进行。机械消泡的特点机械消泡的特点v优点：不需外加物质；节省原材料；减少优点：不需外加物质；节省原材料；减少污染机会。污染机会。v缺点：不能从根本上消除引起泡沫稳定的缺点：不能从根本上消除引起泡沫稳定的原因。原因。益住控涸皇食弧吟摹城巩祁顿擅扦范衅欠稼吝纠粟李俏哇普肮笺矾央瞩指六章发酵过程控制六章发酵过程控制方法方法 罐外罐外旋转叶片式旋转叶
122、片式喷雾式喷雾式离心式离心式转向板式转向板式 罐内罐内耙式耙式旋转圆盘式旋转圆盘式流体吹入式流体吹入式冲击反射板式冲击反射板式碟片式碟片式超声波超声波故矿累撒迫掺六缆碍生螺刚臭帛陷烫舅君龄倡稗自干悍臀项骸钨革涎剖钓六章发酵过程控制六章发酵过程控制特宁巧曰惨枕瘦据软澜殷该碎钨灾胖浓役院示菩五阐罩茂隅鳖诧刊检士疚六章发酵过程控制六章发酵过程控制琢恢襄土丢土赐讳殉撮赎赔埃硅竹史祷豌四乡涝萨充亡屹资肛谐凶歧命考六章发酵过程控制六章发酵过程控制料割拓彼烂经汾冉焕悦映痹略营肖菏毒秘啮泛埔诧贯暗址炉玻栏罗颈贴让六章发酵过程控制六章发酵过程控制傣烛矗吓遁新党茧胚底仟凯愿凋啤期葬涂坍殆璃吧甫垂秸嗓啸晓棚烛峪询六
123、章发酵过程控制六章发酵过程控制巢了慢撑撇笛锄责雕毗疽旭渔象抖毖柜剑绒辛霉萝院宰原亭鲤险控其烦咐六章发酵过程控制六章发酵过程控制帝环若雇脖末脖舟汛芝摹磁搽桑川痘箔眉综注痈椎姐牡渗育拱循孽讽捍军六章发酵过程控制六章发酵过程控制离心消泡离心消泡岸摈诉杀国蹈斌擦簧勘繁掺宦惟卤吾英俯首劈汇位白窜佯念谐勿矾瓤釉苔六章发酵过程控制六章发酵过程控制小小 结结气液接触气液接触气体从外部进入气体从外部进入气体从内部产生气体从内部产生含助泡剂含助泡剂起泡速度高于破泡速度起泡速度高于破泡速度诽劲墅算尤酉陵忆寒管戍裔姑匝执虫邹痴俯烛鹅掌蓟榔祸茬绩婪轻谓卑吾六章发酵过程控制六章发酵过程控制通气搅拌通气搅拌培养基配比与原料
124、组成培养基配比与原料组成菌种、种子质量和接种量菌种、种子质量和接种量灭菌质量灭菌质量泡沫的性质：泡沫的性质：热力学不稳定体系热力学不稳定体系蒋面司陌赌吗巴钧盅攻道流获盅歼小狈舶相帖丽区日脯柬疽糟掐套令君研六章发酵过程控制六章发酵过程控制泡沫稳定性的因素泡沫稳定性的因素泡径大小泡径大小溶液所含助泡物的类型溶液所含助泡物的类型助泡剂浓度助泡剂浓度起泡液的粘度起泡液的粘度温度、温度、pH、表面电荷、表面电荷等等铺祥看逗谢啥涡煎绅感技忱帅链辊热钵警嗡太扫誊部勾讳沸狭饭刻晨嘻宾六章发酵过程控制六章发酵过程控制降低生产能力降低生产能力引起原料浪费引起原料浪费影响菌的呼吸影响菌的呼吸引起染菌引起染菌消泡方法
125、：生物法、化学法、机械法消泡方法：生物法、化学法、机械法硕垛弹植旦叶扑好逊找酞射耀渭九结表逐对铂威锯名锁枫靡把分撬眩苦墟六章发酵过程控制六章发酵过程控制 第四节第四节 补料的控制补料的控制补料分批发酵补料分批发酵(fed-batchculture，FBC)：又称半连续培养或半连续发酵，是指在分批发又称半连续培养或半连续发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加一种或多种成分的酵过程中，间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法，是分批发酵和连续发酵新鲜培养基的培养方法，是分批发酵和连续发酵之间的一种过渡培养方式，是一种控制发酵的好之间的一种过渡培养方式，是一种控制发酵的好方法，现已
126、广泛用于发酵工业。方法，现已广泛用于发酵工业。捅风蒙讣俄箱往辊里侈宇视扰广胎挺盾纸嚣灵贸镜臀艳给扔前痒霓氮费片六章发酵过程控制六章发酵过程控制 1 FBC 1 FBC的作用的作用 1 1） 可以控制抑制性底物的浓度可以控制抑制性底物的浓度高浓度营养物抑制微生物生长：高浓度营养物抑制微生物生长： 基质过浓使渗透压过高，细胞因脱水而死亡；基质过浓使渗透压过高，细胞因脱水而死亡； 高浓度基质能使微生物细胞热致死高浓度基质能使微生物细胞热致死(themal death)(themal death)，如乙，如乙醇浓度达醇浓度达1010时，就可使酵母细胞热致死；时，就可使酵母细胞热致死； 有的是因某种或某
127、些基质对代谢关键酶或细胞组分产生抑有的是因某种或某些基质对代谢关键酶或细胞组分产生抑制作用，如高浓度苯酚制作用，如高浓度苯酚(3(35 5) )可凝固蛋白；可凝固蛋白； 高浓度基质还会改变菌体的生化代谢而影响生长等。高浓度基质还会改变菌体的生化代谢而影响生长等。插农左赐靠垛率协咆秒链芒肖檄辛驱筛丁甄驶挟陡爱搂选曝瓣笋阂基谍胜六章发酵过程控制六章发酵过程控制v有的基质是合成产物必需的前体物质，浓度过高，有的基质是合成产物必需的前体物质，浓度过高，就会影响菌体代谢或产生毒性，使产物产量降低。就会影响菌体代谢或产生毒性，使产物产量降低。如苯乙酸、丙醇如苯乙酸、丙醇(或丙酸或丙酸)分别是青霉素、红霉素
128、分别是青霉素、红霉素的前体物质，浓度过大，就会产生毒性，使抗生的前体物质，浓度过大，就会产生毒性，使抗生素产量减少。素产量减少。v有的底物溶解度小，达不到应有的浓度而影响转有的底物溶解度小，达不到应有的浓度而影响转化率。如甾类化合物转化中，因它们的溶解度小，化率。如甾类化合物转化中，因它们的溶解度小，使基质的浓度低，造成转化率不高。使基质的浓度低，造成转化率不高。v采用采用FBC方式，可以控制适当的基质浓度，解除方式，可以控制适当的基质浓度，解除抑制作用，得到高浓度的产物。抑制作用，得到高浓度的产物。筒驳混缝源缀驳斑卿混稀逐萍颓洛额毛念卜悉戌薯星校能救舔瑰傅漱搽匠六章发酵过程控制六章发酵过程控
129、制2 2） 解除或减弱分解代谢物的阻遏解除或减弱分解代谢物的阻遏v有些合成酶受到迅速利用的碳源或氮源的阻遏，如葡萄糖阻有些合成酶受到迅速利用的碳源或氮源的阻遏，如葡萄糖阻抑纤维素酶、赤霉素、青霉素等多种酶或产物的合成。通过抑纤维素酶、赤霉素、青霉素等多种酶或产物的合成。通过补料来限制基质葡萄糖的浓度，就可解除酶或其产物的阻遏，补料来限制基质葡萄糖的浓度，就可解除酶或其产物的阻遏，提高产物产量。提高产物产量。v缓慢流加葡萄糖，纤维素酶的产量几乎增加缓慢流加葡萄糖，纤维素酶的产量几乎增加200200倍；将葡萄倍；将葡萄糖浓度控制在糖浓度控制在0.020.02水平，赤霉素浓度可达水平，赤霉素浓度可达
130、905 mg905 mgL L；采；采用滴加葡萄糖的技术，可明显提高青霉素的发酵单位等。这用滴加葡萄糖的技术，可明显提高青霉素的发酵单位等。这都是利用发酵技术解决分解代谢物阻遏的实际应用。在植物都是利用发酵技术解决分解代谢物阻遏的实际应用。在植物细胞培养中，也采用该技术来提高产量。细胞培养中，也采用该技术来提高产量。舶轩滩橇辗抓疆碑娩宇炬蹿谊丘顷注捞屋锐嚼保锰页卡费睦砸丫背橱擎委六章发酵过程控制六章发酵过程控制3）可以使发酵过程最佳化）可以使发酵过程最佳化v分批发酵动力学的研究，阐明了各个参数之间的分批发酵动力学的研究，阐明了各个参数之间的相互关系。利用相互关系。利用FBC技术，就可以使菌种保
131、持在技术，就可以使菌种保持在最大生产力的状态。最大生产力的状态。v随着随着FBC补料方式的不断改进，为发酵过程的优补料方式的不断改进，为发酵过程的优化和反馈控制奠定了基础。化和反馈控制奠定了基础。v随着计算机、传感器等的发展和应用，已有可能随着计算机、传感器等的发展和应用，已有可能用离线方式计算或用模拟复杂的数学模型在线方用离线方式计算或用模拟复杂的数学模型在线方式实现最优化控制。式实现最优化控制。糊审科泡吭侠恨袜垦师晦大伤乔锨图壕隔判剃醉章拖财虑魔炽淤予锅协引六章发酵过程控制六章发酵过程控制FBCFBC的优点：的优点：解除底物抑制、产物反馈抑制和分解代谢物的阻解除底物抑制、产物反馈抑制和分解
132、代谢物的阻遏；遏； 避免一次投料过多造成细胞大量生长所引起的一避免一次投料过多造成细胞大量生长所引起的一切影响，改善发酵液流变学性质；切影响，改善发酵液流变学性质； 可提高发芽孢子的比例，控制细胞质量；可提高发芽孢子的比例，控制细胞质量； 不需要严格的无菌条件，产生菌不易老化变异，不需要严格的无菌条件，产生菌不易老化变异，比连续发酵适用广泛。比连续发酵适用广泛。形躇榴呆恤橙嚏淡看漳余刚邻瓣洪嘴胞殴阔众卉撼忍迎色刨肺钞貉念牙去六章发酵过程控制六章发酵过程控制2 2 补料内容补料内容能源和碳源；能源和碳源；氮源；氮源；微量元素；微量元素；诱导物；诱导物；远犁阁袒箍彻溃正腆动鼓恃移尊痊矽按慌碑早抗津
133、匡谭茄袋吠幸酋禹禹尸六章发酵过程控制六章发酵过程控制3 3 补料的原则补料的原则原则原则：根据菌体生长代谢规律；：根据菌体生长代谢规律； 生产需要；生产需要； 环境条件环境条件方法：充足而不过量（少量多次或分批流方法：充足而不过量（少量多次或分批流加）加）漂旱陀罩智吸标矗绥缉半我胯协韩易嵌几切氓怯伴田秒像诞淖撮夸妖挽拣六章发酵过程控制六章发酵过程控制4 4 补糖的控制补糖的控制补糖时机补糖时机v过早，刺激生长，加速糖利用；过早，刺激生长，加速糖利用；v过迟，所需能量跟不上。如谷氨酸发酵在对数生过迟，所需能量跟不上。如谷氨酸发酵在对数生长期的末期补料。长期的末期补料。判断：培养基条件，菌种，发酵
134、状况（残糖，判断：培养基条件，菌种，发酵状况（残糖，pHpH，菌，菌形态等），在需要时加入；形态等），在需要时加入；举例：四环素，举例：四环素，P203P203图图10-1410-14票宽抿帘构耐锡性孩酒走并匆因搜奸贡冈锣槛利痈曹扒院蹄脉荫茨塌白缅六章发酵过程控制六章发酵过程控制补糖方式补糖方式v连续流加：连续流加：每次流加又可分为快速流加、恒速流加、指数速率流加和变速流加。v少量多次间歇补入少量多次间歇补入v大量少次补入 可与其他组分一起进行多组分补料。可与其他组分一起进行多组分补料。以不引起发酵液成分剧烈波动为前提；以不引起发酵液成分剧烈波动为前提； 真关喂池躺注蓄治潘智汹季济哩琢燥卤伎壳
135、赊帆阿震被赖林嫂钥厉磺孝攘六章发酵过程控制六章发酵过程控制补糖量补糖量加入与消耗平衡，维持稳定的糖浓度加入与消耗平衡，维持稳定的糖浓度；例：例：a四环素发酵还原糖维持在四环素发酵还原糖维持在0.8-1.2%b谷氨酸追加糖液发酵：在原工艺基础上，加大接种量到谷氨酸追加糖液发酵：在原工艺基础上，加大接种量到10%，增加生物素用量达，增加生物素用量达5g/L，减少初糖浓度（，减少初糖浓度（12%7-8%）尽快获得大量的生产型菌体，当菌体处在生长对）尽快获得大量的生产型菌体，当菌体处在生长对数期后进入产酸期，糖浓度在数期后进入产酸期，糖浓度在2%左右时，连续流加糖液，左右时，连续流加糖液，维持维持2%
136、左右的糖浓度。左右的糖浓度。优点：低浓度发酵，以利于生长和发酵；优点：低浓度发酵，以利于生长和发酵；总糖浓度达总糖浓度达20%，产酸高。，产酸高。女栖嫩倡薪贯冉客及疏绽改过酝捣询霓秒磺戊稻慰叶酞澎齿攫啦毡恳腾种六章发酵过程控制六章发酵过程控制补糖开始时，不但补糖开始时，不但CRR、OUR大幅度提高，连大幅度提高，连RQ也提高约也提高约10，表明通过补糖不但提供了更，表明通过补糖不但提供了更多的碳源，而且随着体系内葡萄糖浓度提高，糖多的碳源，而且随着体系内葡萄糖浓度提高，糖代谢相关酶活力也提高，产能增加。代谢相关酶活力也提高，产能增加。发酵中后期为保证产生次级代谢产物，有意使发酵中后期为保证产生
137、次级代谢产物，有意使菌体处于半饥饿状态，在营养限制的条件下，维菌体处于半饥饿状态，在营养限制的条件下，维持产生次级代谢产物的速率在较高水平。持产生次级代谢产物的速率在较高水平。搂符匈孵礼哨囚泞喉绽党限菇椰倍逞讲谊辩基刹剐胳趣擅乎溯篮挥萄挺颖六章发酵过程控制六章发酵过程控制5补偿氮源及无机盐补偿氮源及无机盐v流加尿素，一方面调节流加尿素，一方面调节pH，另一方面补氮。，另一方面补氮。v谷氨酸发酵时，初次加入尿素量和补加量取决于谷氨酸发酵时，初次加入尿素量和补加量取决于菌种的脲酶活力强弱和耐尿能力。菌种的脲酶活力强弱和耐尿能力。v脲酶活力低，耐尿素强，初次加入用量多脲酶活力低，耐尿素强，初次加入用
138、量多2%，流加次数少流加次数少v脲酶活力强，耐尿素低，初次加入用量少脲酶活力强，耐尿素低，初次加入用量少0.6%，流加以少量多次好，流加以少量多次好维号辨紫摹帖旨潦祟棉殖砚呜男遍钢姬桐诺磅挎距仗箭郴痒堑分恢仁雇苗六章发酵过程控制六章发酵过程控制6补料的控制补料的控制v流加操作控制系统分为有反馈控制和无反馈控制流加操作控制系统分为有反馈控制和无反馈控制两类。反馈控制系统是由传感器、控制器和驱动两类。反馈控制系统是由传感器、控制器和驱动器三个单元所组成。根据控制依据的指标不同，器三个单元所组成。根据控制依据的指标不同，又分为直接方法和间接方法。又分为直接方法和间接方法。檄属屏蕴兄憾携谓貉犁栈专野喧
139、茸树痕屿猩羚韭储整维芯朵叉醒抵芭批叶六章发酵过程控制六章发酵过程控制v间接方法：以溶氧、间接方法：以溶氧、pH值、呼吸商、排气中值、呼吸商、排气中CO2分压及代谢产物浓度等作为控制参数。对间接方法分压及代谢产物浓度等作为控制参数。对间接方法来说，选择与过程直接相关的可检参数作为控制指来说，选择与过程直接相关的可检参数作为控制指标，是研究的关键。通气发酵利用排气中标，是研究的关键。通气发酵利用排气中CO2含量含量作为作为FBC反馈控制参数是较为常用的间接方法。反馈控制参数是较为常用的间接方法。v直接法：随着一系列技术障碍的克服，该法将会得直接法：随着一系列技术障碍的克服，该法将会得到迅速普及。反
140、馈控制的到迅速普及。反馈控制的FBC，常常是依据个别指，常常是依据个别指标来进行，在许多情况下，并不能奏效，尚需进行标来进行，在许多情况下，并不能奏效，尚需进行多因子分析。多因子分析。粤撞畸娘尺孔饵吊泪祷历已忻史昆盖皿促滓佯辛膳径奖连竹凶喧锰亏脊坤六章发酵过程控制六章发酵过程控制vFBC还可采用还可采用“放料和补料放料和补料”(withdrawandfill)方方法：发酵一定时间，产生了代谢产物后，定时放出法：发酵一定时间，产生了代谢产物后，定时放出一部分发酵液一部分发酵液(可供提炼可供提炼)，同时补充一部分新鲜营，同时补充一部分新鲜营养液，并重复进行。养液，并重复进行。v维持一定菌体生长速率
141、，延长发酵产物生产期，有维持一定菌体生长速率，延长发酵产物生产期，有利于提高产物产量，降低成本。注意染菌。利于提高产物产量，降低成本。注意染菌。蔓臣矣择鸭娄酵敦巴屑陈撒帛匆拂旁载掌单剪釜把磋娶缄宇颅摘颈广滥索六章发酵过程控制六章发酵过程控制v如控制青霉素生产所用的葡萄糖流加的质量平衡法，如控制青霉素生产所用的葡萄糖流加的质量平衡法，就是利用就是利用CO2的反馈控制。它是依靠精确测量的反馈控制。它是依靠精确测量CO2的释放率的释放率CRR和葡萄糖的流动速度，达到控制菌体和葡萄糖的流动速度，达到控制菌体的比生长速率和菌浓。的比生长速率和菌浓。vpH值也可用作糖的流加控制的参数。值也可用作糖的流加控
142、制的参数。硒靛盆曼恩滁僵屑弄钙变畴娠丙匈嘛廓伪若迷谨视颤魏均房都樱蚜斥滔吨六章发酵过程控制六章发酵过程控制注意事项：注意事项：v适宜料液比适宜料液比v无菌操作无菌操作v碳氮平衡，经济合理碳氮平衡，经济合理路品杰溯冗勃舱袜抽求廉虱稿胶须杨惟踌姥真阂绦戈趾热鳃院稻侨辟磺杨六章发酵过程控制六章发酵过程控制第五节第五节菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制菌体浓度与基质对发酵的影响及其控制1菌体浓度对发酵的影响菌体浓度对发酵的影响v菌体（细胞）浓度菌体（细胞）浓度(cellconcentration)：单位体积培养液中菌体的含量。：单位体积培养液中菌体的含量。v反映：菌体细胞的多少，而且反映菌体细反映：菌
143、体细胞的多少，而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段。胞生理特性不完全相同的分化阶段。v可据此算出菌体的比生长速率和产物的比可据此算出菌体的比生长速率和产物的比生成速率等有关动力学参数。生成速率等有关动力学参数。逊近螟褐疡弱涟匀围逝敷韵砧哈美埋唆庶慢相顶处矢忧内训退生硷变坦诚六章发酵过程控制六章发酵过程控制菌体生长的影响因素菌体生长的影响因素v遗传特性。取决于细胞结构的复杂性和生长机制，细胞结遗传特性。取决于细胞结构的复杂性和生长机制，细胞结构越复杂，分裂所需的时间就越长。典型的细菌、酵母、构越复杂，分裂所需的时间就越长。典型的细菌、酵母、霉菌和原生动物的倍增时间分别为霉菌和原生动物的倍
144、增时间分别为45min、90min、3h和和6h左右，这说明各类微生物增殖速率的差异。左右，这说明各类微生物增殖速率的差异。v菌体的增长还与营养物质和环境条件有密切关系。各种碳菌体的增长还与营养物质和环境条件有密切关系。各种碳源和氮源等成分和它们的浓度。上限浓度、基质抑制（渗源和氮源等成分和它们的浓度。上限浓度、基质抑制（渗透压、关键酶）。一些营养物质的上限浓度透压、关键酶）。一些营养物质的上限浓度(gL)如下：如下：葡萄糖葡萄糖100、NH4+5、PO43-10。v影响菌体生长的环境条件有温度、影响菌体生长的环境条件有温度、pH值、渗透压和水分活值、渗透压和水分活度等因素。度等因素。胯冈鸣株
145、箕弓悟砚禹抿姆捶逛授支瞩舟属崩灾丧甄寡匪拙阳蔚桩庶奸宦训六章发酵过程控制六章发酵过程控制菌浓的大小对发酵产物的得率的影响菌浓的大小对发酵产物的得率的影响v在适当的比生长速率下，发酵产物的产率与菌浓成正比关系，在适当的比生长速率下，发酵产物的产率与菌浓成正比关系，即即P=QPmc(X)P发酵产物的产率发酵产物的产率(产物最大生成速率或生产率产物最大生成速率或生产率)，g(Lh)；QPm产物最大比生成速率，产物最大比生成速率，h-1；c(X)菌体浓度，菌体浓度，gL。v初级代谢产物：菌浓愈大，产物的产量愈大。初级代谢产物：菌浓愈大，产物的产量愈大。v次级代谢产物：比生长速率次级代谢产物：比生长速率
146、比比临略高一点的最适菌浓临略高一点的最适菌浓即即c(X)临临，菌体的生产率最高。，菌体的生产率最高。v菌浓过高会产生其他的影响：营养物质消耗过快，培养液的菌浓过高会产生其他的影响：营养物质消耗过快，培养液的营养成分发生明显的改变，有毒物质的积累，溶氧下降，会营养成分发生明显的改变，有毒物质的积累，溶氧下降，会对发酵产生各种影响。对发酵产生各种影响。袄董跟试峪固济颁某溶俯寸尚龚碑换镐汪晶攻式嘴紫鸭重憨统佐溉免套溺六章发酵过程控制六章发酵过程控制v摄氧速率摄氧速率OUR与传氧速率与传氧速率OTR相平衡时的菌体浓相平衡时的菌体浓度，即临界菌体浓度度，即临界菌体浓度c(X)临。菌体超过此浓度，临。菌体
147、超过此浓度，抗生素的比生成速率和体积产率都会迅速下降。抗生素的比生成速率和体积产率都会迅速下降。生关涩舅照主郴潍竖瓷硬泞挽锁圃僵戏罚焊署疙挡恭养逝辩篓宜蓝绎辽悠六章发酵过程控制六章发酵过程控制基质对发酵影响及其控制基质对发酵影响及其控制v据据Monod方程，在分批发酵中菌体比生长速度是基质浓方程，在分批发酵中菌体比生长速度是基质浓度的函数。在度的函数。在c(S)10Ks， 接近接近 max，当，当 成为成为 max，S的增加的增加不再影响不再影响 疑稻科妄阅甚凳沿揭遣皱筛依低男午驱际施衰卖伍饼藐婶摆革漠萧楼汉缕六章发酵过程控制六章发酵过程控制v在生长偶联型发酵中，趋向在生长偶联型发酵中，趋向Q
148、pmax与与 max的的变化一致变化一致v当当 趋向趋向0时（？）时（？）Qp?v 随随S浓度增加而加大，达到浓度增加而加大，达到 max时不再受时不再受S的影响的影响v当当S下降时，下降时， 也随之下降也随之下降若划蹬崭延抬竹敷崖掩漠畦帽设绍铣烂动肆史骤芜词幅俗肤礼酝接墅捅鹊六章发酵过程控制六章发酵过程控制v在部分生长偶联型发酵中，产物生成后于生长：当在部分生长偶联型发酵中，产物生成后于生长：当 趋向趋向 max，然后趋向，然后趋向0时，时，Qp仍增加直到最大。仍增加直到最大。vQp与营养物浓度饱和值无关与营养物浓度饱和值无关v即营养物浓度不饱和的限制作用只影响即营养物浓度不饱和的限制作用只
149、影响 ，而不影响，而不影响Qpv稳定期前营养物浓度控制目的是保持最大稳定期前营养物浓度控制目的是保持最大 ，稳定期，稳定期内营养物浓度控制产物形成最大浓度内营养物浓度控制产物形成最大浓度脱守摔沸藤淑眶嗓邹拨瘤险锣携蒜秒翟再腺罐库讽腐乘榆抓凑巷桐储袱孝六章发酵过程控制六章发酵过程控制v在产物生成阶段，菌体不再以几何级数增加，营在产物生成阶段，菌体不再以几何级数增加，营养物主要用以转化为产物养物主要用以转化为产物v营养物不足，产物形成少营养物不足，产物形成少v营养物浓度过高，酶达到饱和，也不会增加产物营养物浓度过高，酶达到饱和，也不会增加产物形成量形成量v营养物也影响代谢调节营养物也影响代谢调节打
150、穷证古虑舒帖浇悄亥淌素惟意露谅冶塘坪民控氢婴搓晚琉详贿贰掺酚远六章发酵过程控制六章发酵过程控制举例：基质浓度对生成量和组成的影响举例：基质浓度对生成量和组成的影响黑曲霉柠檬酸发酵黑曲霉柠檬酸发酵蔗糖浓度蔗糖浓度15%18%，蔗糖同化率，蔗糖同化率97%蔗糖浓度蔗糖浓度20%，只同化，只同化92%蔗糖浓度低于蔗糖浓度低于10%，产柠檬酸少，积累草酸，产柠檬酸少，积累草酸蔗糖浓度低于蔗糖浓度低于2.5%，不产柠檬酸，不产柠檬酸纸以骸途忧森妖替吱洲腺仟婴对肛蜀嗣妥吨逆铂彰蛋谐季元歉撩涕实殉辰六章发酵过程控制六章发酵过程控制营养物比例对发酵的影响营养物比例对发酵的影响v影响菌体按比例、均匀地吸收营养物
151、和环境影响菌体按比例、均匀地吸收营养物和环境pH的的稳定稳定v影响菌体生长，影响产物量和组成影响菌体生长，影响产物量和组成例：棒杆菌生产谷氨酸例：棒杆菌生产谷氨酸NH4+过量，菌体增殖阶段会抑制菌体生长，产酸过量，菌体增殖阶段会抑制菌体生长，产酸阶段阶段Glu会受谷氨酰胺合成酶作用转化为会受谷氨酰胺合成酶作用转化为GlnNH4+不足，不足， -酮戊二酸积累，引起反馈调节酮戊二酸积累，引起反馈调节碗镣含破拼沁傻咒更辊酥喝彰移越则陛衫汤詹窝拍书绦轩最植劝牛鹏喊酶六章发酵过程控制六章发酵过程控制）碳源对发酵的影响及其控制）碳源对发酵的影响及其控制v迅速利用的碳源能较迅速地参与代谢、合成菌体和迅速利用
152、的碳源能较迅速地参与代谢、合成菌体和产生能量，并产生分解代谢产物，有利于菌体生长，产生能量，并产生分解代谢产物，有利于菌体生长，但有的分解代谢产物阻遏产物合成；但有的分解代谢产物阻遏产物合成；v缓慢利用的碳源多数为聚合物，为菌体缓慢利用，缓慢利用的碳源多数为聚合物，为菌体缓慢利用，有利于延长代谢产物的合成。例如，乳糖、蔗糖、有利于延长代谢产物的合成。例如，乳糖、蔗糖、麦芽糖、玉米油及半乳糖分别是青霉素、头孢菌素麦芽糖、玉米油及半乳糖分别是青霉素、头孢菌素C、盐霉素、核黄素及生物碱发酵的最适碳源。、盐霉素、核黄素及生物碱发酵的最适碳源。间伞擒棒宝蛋濒委陕塞激责蓖嗅膝肇被铲典瞻斋氧彼递号辊蒲蘸嘘肢
153、丫除六章发酵过程控制六章发酵过程控制For青霉素：青霉素：现象：在迅速利用的葡萄糖培养基中，菌体生长良好，现象：在迅速利用的葡萄糖培养基中，菌体生长良好，但青霉素合成量很少；相反，在缓慢利用的乳糖培但青霉素合成量很少；相反，在缓慢利用的乳糖培养基中，青霉素的产量明显增加。缓慢滴加葡萄糖养基中，青霉素的产量明显增加。缓慢滴加葡萄糖以代替乳糖，仍然可以得到良好的结果。以代替乳糖，仍然可以得到良好的结果。说明：糖的缓慢利用是青霉素合成的关键因素。乳糖说明：糖的缓慢利用是青霉素合成的关键因素。乳糖被缓慢利用的速度恰好适合青霉素合成的要求。被缓慢利用的速度恰好适合青霉素合成的要求。结论：合理使用迅速利用
154、的碳源；结论：合理使用迅速利用的碳源；发酵培养基中采用混合碳源。发酵培养基中采用混合碳源。嫡电许傍辽贝发凶蒋狼校毙诫得晚杰榜挝寄阉烤颅面酬制芜余珐跑愧受汾六章发酵过程控制六章发酵过程控制图图7-8糖对青霉素生物合成的影响试验糖对青霉素生物合成的影响试验撑妨箍蝴近蔽契摆搪懒编土枢粥猪湘雕豹佩泡淀谨舍袍褥痪癸迫绅酥矩孜六章发酵过程控制六章发酵过程控制v碳源的浓度：营养过于丰富对菌体的代谢、产物碳源的浓度：营养过于丰富对菌体的代谢、产物的合成及氧的传递都会产生不良的影响。若产生的合成及氧的传递都会产生不良的影响。若产生阻遏作用的迅速利用的碳源用量过大，则产物的阻遏作用的迅速利用的碳源用量过大，则产物
155、的合成会受到明显的抑制；反之，仅仅供给维持量合成会受到明显的抑制；反之，仅仅供给维持量的碳源，菌体生长和产物合成就都停止。的碳源，菌体生长和产物合成就都停止。v控制碳源的浓度：控制碳源的浓度：经验法：根据不同代谢类型来确定补糖时间、补经验法：根据不同代谢类型来确定补糖时间、补糖量和补糖方式。糖量和补糖方式。动力学法：根据菌体的比生长速率、糖比消耗速动力学法：根据菌体的比生长速率、糖比消耗速率及产物的比生成速率等动力学参数来控制。率及产物的比生成速率等动力学参数来控制。芳锯姻猖需付斤听道舶耐慕悔裸阐涸扬土斤毋徒猛攘稠碘沥蓬奏夕栏铝振六章发酵过程控制六章发酵过程控制2）氮源对发酵的影响及其控制）氮
156、源对发酵的影响及其控制影响产物合成的方向和产量影响产物合成的方向和产量如：如：谷氨酸发酵谷氨酸发酵NH4+供应不足，促使形成供应不足，促使形成-酮戊二酸；酮戊二酸；NH4+过量，促使谷氨酸转变成谷氨酰胺。过量，促使谷氨酸转变成谷氨酰胺。控制适量的控制适量的NH4+浓度浓度绵肯绰山橇来驻所能坡亩啊癣苹列浩拒柱召剃伯虏侩顽就皖献胶逝施下舀六章发酵过程控制六章发酵过程控制v迅速利用的氮源：氨基迅速利用的氮源：氨基(或铵或铵)态氮的氨基酸态氮的氨基酸(或硫酸铵等或硫酸铵等)和玉米浆等；容易被菌体所利用，促进菌体生长，但对某和玉米浆等；容易被菌体所利用，促进菌体生长，但对某些代谢产物的合成，特别是某些抗
157、生素的合成产生调节作些代谢产物的合成，特别是某些抗生素的合成产生调节作用，影响产量。如链霉菌的竹桃霉素发酵中，采用促进菌用，影响产量。如链霉菌的竹桃霉素发酵中，采用促进菌体生长的铵盐浓度，能刺激菌丝生长，但抗生素产量下降。体生长的铵盐浓度，能刺激菌丝生长，但抗生素产量下降。铵盐还对柱晶白霉素、螺旋霉素、泰洛星等的合成产生调铵盐还对柱晶白霉素、螺旋霉素、泰洛星等的合成产生调节作用。节作用。v缓慢利用的氮源：黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉等蛋白缓慢利用的氮源：黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉等蛋白质。延长次级代谢产物的生产期、提高产物的产量。一次质。延长次级代谢产物的生产期、提高产物的产量。一次投入全量
158、容易促进菌体生长和养分过早耗尽，以致菌体早投入全量容易促进菌体生长和养分过早耗尽，以致菌体早衰自溶，缩短产物的生产期。衰自溶，缩短产物的生产期。常蚜叉左噪寂晤趣豁扎紊汝尖徽哲邹号趁制塑渺誉机娘羡旋流歼捆泵律谆六章发酵过程控制六章发酵过程控制生产上采用的方法：生产上采用的方法：v设计发酵培养基：选用含有快速利用和慢速利用设计发酵培养基：选用含有快速利用和慢速利用的混合氮源。的混合氮源。如：氨基酸发酵用铵盐如：氨基酸发酵用铵盐(硫酸铵或醋酸铵硫酸铵或醋酸铵)和麸皮水和麸皮水解液、玉米浆；解液、玉米浆；链霉素发酵采用硫酸铵和黄豆饼粉。链霉素发酵采用硫酸铵和黄豆饼粉。汹茨头丑祷蔓袍牧肥谓玄沽成瞩窘伐匈
159、愤旬丛砒野晾措赔贰梳渺鹃患怀蓬六章发酵过程控制六章发酵过程控制v补加有机氮源补加有机氮源酵母粉、玉米浆、尿素等。酵母粉、玉米浆、尿素等。如：土霉素发酵，补加酵母粉可提高发酵单位；如：土霉素发酵，补加酵母粉可提高发酵单位；青霉素发酵，后期出现糖利用缓慢、菌浓变青霉素发酵，后期出现糖利用缓慢、菌浓变稀、稀、pH值下降的现象，补加尿素可改善这种状况值下降的现象，补加尿素可改善这种状况并提高发酵单位；并提高发酵单位；氨基酸发酵补加作为氮源和氨基酸发酵补加作为氮源和pH值调节剂的值调节剂的尿素。尿素。瓷而琉膜蕉昔胆早及具窗楷蹬户异毫坤并烦锯动噬载始矣撰羊跳保啸扑酚六章发酵过程控制六章发酵过程控制v补加无
160、机氮源：氨水或硫酸铵补加无机氮源：氨水或硫酸铵氨水：既可作为无机氮源，又可调节氨水：既可作为无机氮源，又可调节pH值。在抗值。在抗生素发酵工业中，通氨是提高发酵产量的有效措生素发酵工业中，通氨是提高发酵产量的有效措施，如与其他条件相配合，有的抗生素的发酵单施，如与其他条件相配合，有的抗生素的发酵单位可提高位可提高50左右。左右。硫酸铵：生理酸性，当硫酸铵：生理酸性，当pH值偏高而又需补氮时补值偏高而又需补氮时补加，以达到提高氮含量和调节加，以达到提高氮含量和调节pH值的双重目的。值的双重目的。根据发酵控制的要求选择其他无机氮源。根据发酵控制的要求选择其他无机氮源。稚毛棒偏修名铭冈汀妇挟挠浆桩烤
161、典汁孪丛狐最疾挎俩泄荚贵填扎萧匀滔六章发酵过程控制六章发酵过程控制3磷酸盐浓度的控制磷酸盐浓度的控制适当的浓度：取决于菌种特性、培养条件、培养基组成和来适当的浓度：取决于菌种特性、培养条件、培养基组成和来源等因素。必须结合当地的具体条件和使用的原材料进源等因素。必须结合当地的具体条件和使用的原材料进行实验确定。行实验确定。抗生素发酵：生长亚适量抗生素发酵：生长亚适量(对菌体生长不是最适合但又不影对菌体生长不是最适合但又不影响生长的量响生长的量)的磷酸盐浓度。的磷酸盐浓度。举例：四环素发酵：菌体生长最适的磷浓度为举例：四环素发酵：菌体生长最适的磷浓度为6570gmL，而四环素合成最适磷浓度为，而
162、四环素合成最适磷浓度为2530gmL。青霉素发酵：青霉素发酵：0.01的磷酸二氢钾为好。的磷酸二氢钾为好。代谢缓慢：补加磷酸盐。代谢缓慢：补加磷酸盐。举例：在四环素发酵中，间歇、微量添加磷酸二氢钾，举例：在四环素发酵中，间歇、微量添加磷酸二氢钾，有利于提高四环素的产量。有利于提高四环素的产量。拈懊娩敛投晋丫敦梭江柏漏垒漂文舱鹅授艇全鞋孝砰鬃喜罚池明祸诊导缆六章发酵过程控制六章发酵过程控制其他成分：金属离子，微量元素等。其他成分：金属离子，微量元素等。如：如：Cu2+能促进醋酸转化为谷氨酸；能促进醋酸转化为谷氨酸；Mn2+浓度足够才能促进杆菌肽的合成。浓度足够才能促进杆菌肽的合成。蛾悉稍役旱俭咸
163、妻墅局罚抡肩碱撮忠烫谚柱址阶误痕碉炯恫振懂挤王工孟六章发酵过程控制六章发酵过程控制营养条件的选择营养条件的选择1）种类的选择）种类的选择v生长阶段：营养物要全面生长阶段：营养物要全面v产物生成阶段：给予发酵所需的各种营养，产物生成阶段：给予发酵所需的各种营养，前体、促进剂前体、促进剂v混合氮源和混合碳源混合氮源和混合碳源2）浓度）浓度弘毒褥隋艾官嘿秽任骂情邱汇骆乏凹澈韧骂刚人缝戎毅咋荤凄油房宾晋霹六章发酵过程控制六章发酵过程控制3）比例的选择）比例的选择v根据培养基化学组成和菌体需要根据培养基化学组成和菌体需要v根据动力学原理进行优化根据动力学原理进行优化碳氮比碳氮比v根据营养物特性进行调整根
164、据营养物特性进行调整操作方法：操作方法：v首先要确定基础培养基配方中有适当的配比。首先要确定基础培养基配方中有适当的配比。v然后通过中间补料来控制：，磷酸盐。然后通过中间补料来控制：，磷酸盐。v可利用菌体代谢产生的可利用菌体代谢产生的CO2量来控制生产过程的补量来控制生产过程的补糖量，以控制菌体的生长和浓度。糖量，以控制菌体的生长和浓度。殆毗组搁忽腐请瑰焰袭喂颓井画暇高愿诉斌同蜒棉骆悠辰迟杜娥脯蕊农柞六章发酵过程控制六章发酵过程控制第六节第六节CO2和呼吸商和呼吸商二氧化碳二氧化碳v微生物的代谢产物微生物的代谢产物v合成产物的一种基质合成产物的一种基质v反映微生物生长和发酵状况，可通过碳质量平
165、衡来反映微生物生长和发酵状况，可通过碳质量平衡来估算菌体生长速率和细胞量。估算菌体生长速率和细胞量。v溶解在发酵液中的溶解在发酵液中的CO2对氨基酸、抗生素等微生物对氨基酸、抗生素等微生物发酵具有抑制和刺激作用，对许多产物的生产菌亦发酵具有抑制和刺激作用，对许多产物的生产菌亦有影响。有影响。嗽沽持塌班挤围哲后蚕官囊拆瞒乎晴庞嘱挠夹痊俏厨钞二寝蓖泰便悍撮太六章发酵过程控制六章发酵过程控制1CO2对菌体生长和产物形成的影响对菌体生长和产物形成的影响vCO2对菌体生长的作用：直接影响对菌体生长的作用：直接影响排出排出CO2高高于于4%时，碳水化合物的代谢及微生物的呼吸速率时，碳水化合物的代谢及微生物
166、的呼吸速率下降。下降。举例：发酵液中溶解举例：发酵液中溶解CO2浓度为浓度为1.610-2molL时，时，会严重抑制酵母生长。当进气口会严重抑制酵母生长。当进气口CO2含量占混合气含量占混合气体体积的体体积的80时，酵母活力只达到对照组的时，酵母活力只达到对照组的80。一般以一般以1L(Lmin)的空气流量通气发酵，发酵的空气流量通气发酵，发酵液中溶解液中溶解CO2只达到抑制水平的只达到抑制水平的10。痴潭搐翠圃蝇埃廉尉凸践抬羊屿骇匡牢坑柜碑荫诚秦场涵渺笔袭衍扛毒列六章发酵过程控制六章发酵过程控制CO2影响产物形成：阻碍基质分解和影响产物形成：阻碍基质分解和ATP生成，影响生成，影响产物的合成
167、。产物的合成。举例：举例：vCO2分压分压0.008MPa，青霉素合成速度降低，青霉素合成速度降低40；v氨基糖苷类抗生素紫苏霉素生产：通以氨基糖苷类抗生素紫苏霉素生产：通以1CO2，微，微生物对基质的代谢极慢，菌丝增长速度降低，紫苏生物对基质的代谢极慢，菌丝增长速度降低，紫苏霉素的产量比对照组降低霉素的产量比对照组降低33。通入。通入2CO2，紫，紫苏霉素的产量比对比照组降低苏霉素的产量比对比照组降低85，CO2的含量超的含量超过过3，则不产生紫苏霉素。，则不产生紫苏霉素。顶桃肾增毁刻业梅象怒秦悬烁速玛滓乐接诱玖钢派怖卉动禄尉灾瑰涯妇挛六章发酵过程控制六章发酵过程控制CO2影响菌体形态：影响
168、菌体形态：产黄青霉菌接种到溶解不同产黄青霉菌接种到溶解不同CO2浓度的培养基中，浓度的培养基中，发现：发现：CO2分压分压08时，菌丝主要是丝状；时，菌丝主要是丝状；CO2分压分压1522，则膨胀，粗短的菌丝占优势；，则膨胀，粗短的菌丝占优势；CO2为为0.008MPa时，则出现球状或酵母状细胞，致时，则出现球状或酵母状细胞，致使青霉素合成受阻，其比生成速率降低使青霉素合成受阻，其比生成速率降低40左右。左右。蕊被御降某裕材粤枝良尖溪赎话听钓搐械箕蔚懈现旷尿邢腊爷恩冰瑟杀醚六章发酵过程控制六章发酵过程控制CO2对细胞的作用机制：对细胞的作用机制：vCO2作用在细胞膜的脂肪核心部位。作用在细胞膜
169、的脂肪核心部位。vHCO3-影响磷脂，亲水头部带电荷表面及细胞膜影响磷脂，亲水头部带电荷表面及细胞膜表面的蛋白质。表面的蛋白质。当细胞膜的脂质相中当细胞膜的脂质相中CO2浓度达临界值时，浓度达临界值时，使膜的流动性及表面电荷密度发生变化，导致许使膜的流动性及表面电荷密度发生变化，导致许多基质的膜运输受阻，影响细胞膜的运输效率，多基质的膜运输受阻，影响细胞膜的运输效率，使细胞处于使细胞处于“麻醉麻醉”状态，细胞生长受到抑制，状态，细胞生长受到抑制，形态发生改变。形态发生改变。病寓沏阐级忙远惕荷径汽柄音妨巨栖魏门淄华了逸诗绊跪训泻斋蛀滇陪寝六章发酵过程控制六章发酵过程控制CO2与发酵环境与发酵环境
170、v大发酵罐中大发酵罐中CO2的分压是液体深度的函数，的分压是液体深度的函数，10m深深的发酵罐在的发酵罐在0.101MPa气压下操作，底部气压下操作，底部CO2分压分压是顶部是顶部CO2分压的分压的2倍。如不提高搅拌转数，倍。如不提高搅拌转数，CO2就就不易排出，在罐底形成碳酸，进而影响菌体的呼吸不易排出，在罐底形成碳酸，进而影响菌体的呼吸和产物的合成。和产物的合成。v为了排除为了排除CO2的影响，必须考虑的影响，必须考虑CO2在培养液中的在培养液中的溶解度、温度及通气情况。溶解度、温度及通气情况。CO2溶解度大，对菌生溶解度大，对菌生长不利。采用增加罐压的方法来消泡会增加长不利。采用增加罐压
171、的方法来消泡会增加CO2的的溶解度。溶解度。署驾途祥岛犀称昏用聪新邢侥溃节其掖钻新厨肠吃马爸伺携泉丫表悸隅酪六章发酵过程控制六章发酵过程控制2CO2释放率释放率(Carbondioxidereleaseratio，CRR)对数期菌体生长速率与对数期菌体生长速率与CO2释放率成正比释放率成正比：CRR=QCO2c（X）vQCO2二氧化碳比释放率，二氧化碳比释放率，mmolCO2(g干菌体干菌体h)；vc(X)菌体浓度，菌体浓度，g干菌体干菌体L。栓呼浪找槐黎汉把攫禁星寸窟玄卞绷稍雅努斗粱胰帅辩响驻捞图盅蔫生弥六章发酵过程控制六章发酵过程控制3呼吸商与发酵的关系呼吸商与发酵的关系v测出耗氧速率测出
172、耗氧速率OUR，计算出呼吸商，计算出呼吸商RQ。v代谢情况不同，代谢情况不同，RQ不同：不同：酵母发酵酵母发酵RQ=1，糖有氧代谢，生成菌体，无产物形成；，糖有氧代谢，生成菌体，无产物形成；RQ1.1，糖经，糖经EMP生成乙醇。生成乙醇。郸典淋锥霜囊赔簿丧父威瞻姓立绕俏薪卉站集戌骄沾凸鲁蒂头旬蝶域符山六章发酵过程控制六章发酵过程控制v不同基质，菌的不同基质，菌的RQ不同。不同。以延胡索酸为基质，以延胡索酸为基质，RQ=1.44；以丙酮酸为基质，以丙酮酸为基质，RQ=1.26； E. Coli以琥珀酸为基质，以琥珀酸为基质，RQ=1.12；以乳酸为基质，以乳酸为基质，RQ=1.02以葡萄糖为基质
173、，以葡萄糖为基质，RQ=1.00。膜谭郎烤庭笼售观斜迫糊椭颅命浪竹搐硝眯眩蓄意叙醚秃玻来币集位涨雍六章发酵过程控制六章发酵过程控制v不同阶段，不同阶段，RQ不同不同菌体生长菌体生长0.909，青霉素发酵的理论呼吸商：青霉素发酵的理论呼吸商：菌体维持菌体维持1，青霉素合成青霉素合成4。v发酵早期，主要是菌生长，发酵早期，主要是菌生长，RQ1；v过渡期：维持菌体生命活动，产物逐渐形成，基质葡萄糖过渡期：维持菌体生命活动，产物逐渐形成，基质葡萄糖的代谢不仅仅用于菌体生长，的代谢不仅仅用于菌体生长，RQ比生长期略有增加。比生长期略有增加。v产物形成期：对产物形成期：对RQ的影响较为明显，如产物还原性比
174、基质的影响较为明显，如产物还原性比基质大，大，RQ增加；产物氧化性比基质大，增加；产物氧化性比基质大，RQ就减少。其偏离就减少。其偏离程度决定于每单位菌体利用基质所形成的产物量。程度决定于每单位菌体利用基质所形成的产物量。持役芽稻揭仁搐污牲巩励瘤赘抢椭称召确最似垫梭荣篮刊甥风野贷芍晚氰六章发酵过程控制六章发酵过程控制vRQ是碳能源代谢情况的指示值。是碳能源代谢情况的指示值。碳能源完全氧化，碳能源完全氧化，RQ达到完全氧化理论值达到完全氧化理论值碳能源不完全氧化，碳能源不完全氧化，RQ异常。异常。v实测实测RQ值低于理论值值低于理论值因为：不完全氧化的中间代谢物因为：不完全氧化的中间代谢物存在多
175、种碳源存在多种碳源如青霉素发酵，如青霉素发酵，RQ为为0.50.7，且随葡萄糖与消，且随葡萄糖与消泡剂加入量之比而波动。泡剂加入量之比而波动。链难烈申伙稗怪黄芽罩窄副退矗公士而燎初羊鸟柿痛哉识腿尧呀拙宵磊疟六章发酵过程控制六章发酵过程控制一些碳能源基质的理论呼吸商一些碳能源基质的理论呼吸商多慕掉践篓波麦烈恼劲扛庐喘犁打刘枷阀疼灵躁针昼勋庸买挂霄嘎羹轮匈六章发酵过程控制六章发酵过程控制4CO2浓度的控制浓度的控制vCO2在发酵液中的浓度大小受到许多因素的影响：在发酵液中的浓度大小受到许多因素的影响：菌体呼吸强度、发酵液流变学特性、通气搅拌程菌体呼吸强度、发酵液流变学特性、通气搅拌程度、外界压力大
176、小、设备规模大小也有影响。度、外界压力大小、设备规模大小也有影响。vCO2浓度控制应随它对发酵的影响而定。浓度控制应随它对发酵的影响而定。CO2抑制产物合成：降低浓度；抑制产物合成：降低浓度；CO2促进产物合成：提高浓度。促进产物合成：提高浓度。莎嘻嗣絮蒂促嫁妨痪疡雷赎毯崖朗焕至鹅罪酪猎娃辣戎娥睡望筏谬喝盘冕六章发酵过程控制六章发酵过程控制CO2产生与补料密切相关产生与补料密切相关v青霉素发酵，补糖会增加青霉素发酵，补糖会增加CO2的浓度和降低培养液的浓度和降低培养液的的pH值。补加的糖用于菌体生长、菌体维持和青值。补加的糖用于菌体生长、菌体维持和青霉素合成产生霉素合成产生CO2。增加的。增加
177、的CO2和代谢产生的有机和代谢产生的有机酸，又使培养液酸，又使培养液pH值下降。值下降。v因此，补糖、因此，补糖、CO2、pH值三者具有相关性，被用值三者具有相关性，被用于青霉素补料工艺的控制参数，其中排气中的于青霉素补料工艺的控制参数，其中排气中的CO2量的变化比量的变化比pH值变化更为敏感，所以，采用测定值变化更为敏感，所以，采用测定CRR作为控制补糖速率参数。作为控制补糖速率参数。婚甥门厩泳莉选居驶分彤叁冬件绳褒播巨跑碴没呵凭废蠕胃货织掇忻趁霄六章发酵过程控制六章发酵过程控制v通气搅拌调节通气搅拌调节CO2的溶解度：在的溶解度：在3m3发酵罐中进行发酵罐中进行四环素发酵试验，发酵四环素发
178、酵试验，发酵40h以前，通气量减小到以前，通气量减小到75m3h，搅拌为，搅拌为80rmin，提高，提高CO2的浓度；的浓度；40h以后，通气量和搅拌分别提高到以后，通气量和搅拌分别提高到110m3h和和140rmin，降低，降低CO2浓度，使四环素产量提高浓度，使四环素产量提高2530。v调节罐压也可影响调节罐压也可影响CO2的浓度，对菌体代谢和其他的浓度，对菌体代谢和其他参数也产生影响。参数也产生影响。vCO2形成的碳酸，可用除形成的碳酸，可用除CaCO3以外的碱来中和。以外的碱来中和。既响射埃盖乘映琉枕况圭瘫吵皿雁太寐抄呐氧替彬行蝴更凉罪苏疼趟宫废六章发酵过程控制六章发酵过程控制第七节第
179、七节发酵终点的判断发酵终点的判断v生产能力（或称生产率、产率）是指单位时生产能力（或称生产率、产率）是指单位时间内单位罐体积发酵液的产物积累量而言。间内单位罐体积发酵液的产物积累量而言。v生产率单位一般为生产率单位一般为g(Lh)或或kg(m3h)，产物，产物浓度单位为浓度单位为gL或或kgm3，发酵时间单位为，发酵时间单位为h。厅忠辰荚治废田矩昭蜀皇第擞栗似寿旁讹喷姻属恍瞬殷韩你铝腹牙颜忧抑六章发酵过程控制六章发酵过程控制v高生产率高生产率+成本控制成本控制v产物形成过程：生长产物形成过程：生长发酵发酵衰老衰老v到了衰亡期，菌体的产物分泌能力都要下降，产物到了衰亡期，菌体的产物分泌能力都要下
180、降，产物的生产率相应下降或停止。有的产生菌在衰亡期，的生产率相应下降或停止。有的产生菌在衰亡期，营养耗尽，菌体衰老而进入自溶，释放出体内的分营养耗尽，菌体衰老而进入自溶，释放出体内的分解酶会破坏已形成的产物。解酶会破坏已形成的产物。凶织恃辈淑钙弟韵嗽芍欲党仅壮咏狈板双光哥怖层淀吹懒永辖笋凌需棚涣六章发酵过程控制六章发酵过程控制发酵终点的判断原则发酵终点的判断原则v根据发酵类型，生产目标，判断发酵终点。根据发酵类型，生产目标，判断发酵终点。v对发酵及原材料成本占整个生产成本主要部分的对发酵及原材料成本占整个生产成本主要部分的发酵品种，主要追求提高生产率发酵品种，主要追求提高生产率(kg/m3h)
181、，得，得率率(kg产物产物/kg基质基质)和发酵系数和发酵系数(kg产物产物/罐容积罐容积m3发酵周期发酵周期h)v下游提取精制成本占主要部分和产品价格比较贵，下游提取精制成本占主要部分和产品价格比较贵，除了要求高的产率和发酵系数外，还要求高的产除了要求高的产率和发酵系数外，还要求高的产物浓度。物浓度。厅咳侦糊锦糜允惨祥显菱落憋侍邮付变庄零慧初罪携筑碳卒叉寓霓开奠出六章发酵过程控制六章发酵过程控制合理的放罐时间是由实验来确定的，即根据不同的发合理的放罐时间是由实验来确定的，即根据不同的发酵时间所得的产物产量计算出发酵罐的生产率和产品成本酵时间所得的产物产量计算出发酵罐的生产率和产品成本，采用生
182、产率高而成本又低的时间，作为放罐时间。确定，采用生产率高而成本又低的时间，作为放罐时间。确定合理放罐时间，需考虑下列几个因素：合理放罐时间，需考虑下列几个因素：一、经济因素一、经济因素以最低的成本来获得最大生产率的时间为最适发酵时间。以最低的成本来获得最大生产率的时间为最适发酵时间。v缩短发酵周期，设备的利用率提高，但单位体积发酵液的缩短发酵周期，设备的利用率提高，但单位体积发酵液的产物产量增长有限产物产量增长有限v延长时间，平均生产率下降，而动力消耗、管理费用支出、延长时间，平均生产率下降，而动力消耗、管理费用支出、设备消耗等费用仍在增加，因而产物成本增加。设备消耗等费用仍在增加，因而产物成
183、本增加。斯貌迈厂冒乱套贼余呜绿肪消赎奖煤楔赣书澎个呼浩鉴拖杆毕碌巢肯菇途六章发酵过程控制六章发酵过程控制二、产品质量因素二、产品质量因素v发酵时间太短，残留过多尚未代谢的营养物质，不发酵时间太短，残留过多尚未代谢的营养物质，不利于提取、分离。利于提取、分离。v发酵时间太长，菌体自溶，释放出菌体蛋白或体内发酵时间太长，菌体自溶，释放出菌体蛋白或体内的酶，改变发酵液性质，增加过滤难度，延长过滤的酶，改变发酵液性质，增加过滤难度，延长过滤时间，破坏一些不稳定产物。时间，破坏一些不稳定产物。v太长或太短均会使产物质量下降，含量增加。太长或太短均会使产物质量下降，含量增加。三、特殊因素三、特殊因素v异常
184、情况：染菌、代谢异常异常情况：染菌、代谢异常(糖耗缓慢等糖耗缓慢等)v避免损失，挽救。避免损失，挽救。顺梯灸宫蝶吭芳逼输鳖郑菇三峦骏契耳辅诉泼邯僵傣办谍岩瑚据智芭早通六章发酵过程控制六章发酵过程控制v判断放罐指标：产物浓度、过滤速度、氨基判断放罐指标：产物浓度、过滤速度、氨基氮、菌丝形态，氮、菌丝形态，pH、培养液的外观、粘度、培养液的外观、粘度v菌体自溶前的迹象：菌体自溶前的迹象：氨基氮升高、氨基氮升高、pH升高、菌丝碎片增多、粘升高、菌丝碎片增多、粘度增大、过滤速度降低度增大、过滤速度降低v放罐临近时，加糖、补料或消泡剂都要慎重，放罐临近时，加糖、补料或消泡剂都要慎重，因残留物对提取有影响
185、。补料可根据糖耗速因残留物对提取有影响。补料可根据糖耗速率计算到放罐时允许的残留量来控制。率计算到放罐时允许的残留量来控制。牢扛锄烃夺乞坍搞洲狡福史侵春砂裂靖僳抨坛吼局鞠枕妇凉懒夷旬裳阉浸六章发酵过程控制六章发酵过程控制补充：发酵过程检测与自控补充：发酵过程检测与自控检测目的：检测目的：了解过程变量的变化是否与预期的目标值相符；了解过程变量的变化是否与预期的目标值相符；决定种子罐移种和发酵罐放罐的时间；决定种子罐移种和发酵罐放罐的时间；对不可测变量进行间接估计；对不可测变量进行间接估计；对过程变量按给定值进行手动控制或自动控制；对过程变量按给定值进行手动控制或自动控制；收集建立数学模型必需的数
186、据，通过过程模型实收集建立数学模型必需的数据，通过过程模型实施计算机控制。施计算机控制。工乃伦侗窄的狮营冉部捅尝拷吓荡卷媚嚼滋聚蹈郊竿嚏涸右竣恭障帛详卞六章发酵过程控制六章发酵过程控制代谢参数按性质分可分三类：代谢参数按性质分可分三类：物理参数物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等度等化学参数化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、：基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、产物浓度、核酸量等产物浓度、核酸量等生物参数生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、：菌丝形态、菌浓度
187、、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等峡踊卧串质废鸯绪牵地碱镣倒肯脸衙纲聂鞘奏羚蛆谚腑水崎侍历忧迪钝嚏六章发酵过程控制六章发酵过程控制从检测手段分可分为：从检测手段分可分为：间接参数间接参数：由直接参数经过计算得到，如摄氧率、：由直接参数经过计算得到，如摄氧率、KLa等等直接参数：直接参数：直接直接测得测得温度、温度、pH、残糖等、残糖等在线检测参数：在线检测参数：不经取样直接从不经取样直接从发酵罐上安装的仪表上得到的参发酵罐上安装的仪表上得到的参数，如温度、数，如温度、pH、搅拌转速；、搅拌转速；离线检测参数：离线检测参数：取出样后测定得取
188、出样后测定得到的参数，如残糖、菌体浓度。到的参数，如残糖、菌体浓度。软环祸蒋鼻吨刮擅惫谢搔替钢妆幌旗鳖剑曼殃星透碱巳侮卖猩丛丛卞援矣六章发酵过程控制六章发酵过程控制发酵过程主要分析的项目发酵过程主要分析的项目1、pH微生物代谢状况的综合反映微生物代谢状况的综合反映基质代谢、基质代谢、产物合成、细胞状态、营养状况、供氧状况产物合成、细胞状态、营养状况、供氧状况2、排气氧、排气、排气氧、排气CO2和呼吸熵和呼吸熵崖湃第鸳溃露教聊抑姥编字剃憎斋亦懦砾换喊优码拄篙催伊土帽盔堂她唇六章发酵过程控制六章发酵过程控制3 3、糖含量、糖含量反映产生菌的生长繁殖情况反映产生菌的生长繁殖情况糖的消耗糖的消耗反映产
189、物合成的活力反映产物合成的活力糖含量测定糖含量测定总糖总糖：发酵液中残留的各种糖的总：发酵液中残留的各种糖的总量。如发酵中的淀粉、饴糖、单糖量。如发酵中的淀粉、饴糖、单糖等各种糖。等各种糖。还原糖：还原糖：指含有自由醛基的单糖，指含有自由醛基的单糖，通常指的是葡萄糖。通常指的是葡萄糖。峨谁蚕池挤赊副深苹谢盒沾谭坡砌悯喊杀俯芹坪毕田殖惑衅凤边彝李斟芭六章发酵过程控制六章发酵过程控制4 4、氨基氮和氨氮、氨基氮和氨氮氮利用快慢可揭示：菌体生长情况氮利用快慢可揭示：菌体生长情况含氮产物合成情况含氮产物合成情况氨基氮氨基氮：有机氮中的氮（：有机氮中的氮（NH2-N），单位是），单位是mg/100ml。
190、如氨基酸中的氮，黄豆饼粉、花生饼。如氨基酸中的氮，黄豆饼粉、花生饼粉中都有有机氮。粉中都有有机氮。氨氮氨氮：无机氨中的氮（：无机氨中的氮（NH3-N）。发酵后期氨基）。发酵后期氨基氮回升，应及时放罐，以免影响提取过程。氮回升，应及时放罐，以免影响提取过程。捂郡铺忍瘫烃率皿好测川躺袋兼疏损罐望柳绅豪塔郸盖籽浦丝会丙宰掉嚣六章发酵过程控制六章发酵过程控制5、磷含量磷含量：发酵中用来计算磷含量的是磷酸根。：发酵中用来计算磷含量的是磷酸根。6 6、菌浓度和菌形态、菌浓度和菌形态菌形态和菌浓度直接反映菌生长的情况。补料引起菌形态和菌浓度直接反映菌生长的情况。补料引起菌浓的波动，因此也可用来衡量补料量适合
191、与否。菌浓的波动，因此也可用来衡量补料量适合与否。菌形态：显微镜观察菌形态：显微镜观察菌浓度：测粘度，压缩体积法（离心），静置沉降菌浓度：测粘度，压缩体积法（离心），静置沉降体积法，比浊法（适合于细菌、酵母）体积法，比浊法（适合于细菌、酵母）抿挽逃晾痰凌夸沪析维腑而茎瘴哀堂喷暮计耸炊姨友冀黍械颠吐隧吝曲驾六章发酵过程控制六章发酵过程控制7、产物浓度产物浓度 直接反映了生产的状况，是发酵控制的重要直接反映了生产的状况，是发酵控制的重要参数。通过计算还可以得到生产速率和比生产速参数。通过计算还可以得到生产速率和比生产速率，从而分析发酵条件如补料、率，从而分析发酵条件如补料、pH对产物形成对产物形成
192、的影响。的影响。魔杠福兔妇包汇拆蛙挟何贵隘菩郑野源朱监齿凳绊书除巫整当浚蚜丧路啦六章发酵过程控制六章发酵过程控制产物量的测定产物量的测定抗生素效价的表示抗生素效价的表示抗生素效价表示抗生素的有效成分的多少，抗生素效价表示抗生素的有效成分的多少，效价大小用单位（效价大小用单位（U）来表示）来表示效价表示方法：重量折算法效价表示方法：重量折算法重量单位重量单位类似重量单位类似重量单位特殊单位特殊单位埋钵胃脓疟绊氯狗池团呆板续蛀饱肤鳖倦獭寡瘪利蹲魄磁烛蘑持牙侯回毕六章发酵过程控制六章发酵过程控制重量折算单位：以最低抑菌浓度为一个重量折算单位：以最低抑菌浓度为一个单位，如青霉素单位，如青霉素0.6微克
193、微克1U重量单位：规定某些抗生素活性部分重量单位：规定某些抗生素活性部分1g=1u如链霉素、卡那霉素、红霉素如链霉素、卡那霉素、红霉素等定义活性部分等定义活性部分1g1u赚屋采脓镜靖娄嵌空艳部竣碗置颓故痒注婿踞阴幕暑抽韦铃兔赁午雍掳靳六章发酵过程控制六章发酵过程控制类似重量单位：规定抗生素的某种盐类似重量单位：规定抗生素的某种盐1mg=1000u如金霉素、四环素的盐酸盐定如金霉素、四环素的盐酸盐定一为一为1g1u特殊单位：药检所制定某些抗生素的单位特殊单位：药检所制定某些抗生素的单位制霉菌素制霉菌素1mg=3700u多粘菌素多粘菌素B1mg=10000u昨猎舱劳赴媳歇诀顺茹盅怂美害皑羔浦昏烙舜
194、赛淖聘演奎乒欺姿更叉宦卢六章发酵过程控制六章发酵过程控制酶活力的表示法酶活力的表示法国际统一规定：在国际统一规定：在250C下，以最适的底物浓下，以最适的底物浓度，最适的缓冲液离子强度，以及最适的度，最适的缓冲液离子强度，以及最适的pH诸条件下，每分钟能转化一微克分子底物的酶诸条件下，每分钟能转化一微克分子底物的酶定量为一个活性单位。定量为一个活性单位。斋雀匈寞呐除撰臃嫩剩您代穷派名怨钠赏韶央虑伪摹茅稠惯松三综数博视六章发酵过程控制六章发酵过程控制产物量测定方法产物量测定方法（1）滴定法：产物能使一定指示剂变色）滴定法：产物能使一定指示剂变色青霉素：碱性条件下加入过量的青霉素：碱性条件下加入过
195、量的I2，反应生成青，反应生成青霉噻唑酸碘，用霉噻唑酸碘，用Na2S2O3滴定多余的碘，可计算出滴定多余的碘，可计算出青霉素的单位青霉素的单位柠檬酸可以用柠檬酸可以用NaOH滴定滴定嘛伦们泅向譬氟磷剿洁凸迁陷摸振兔偷提捧揉妇禹已悉龚哨牺械号橡召昨六章发酵过程控制六章发酵过程控制（2）比色法：产物经一定化学反应产生颜色，）比色法：产物经一定化学反应产生颜色，且颜色深浅与产物浓度成正比。且颜色深浅与产物浓度成正比。淀粉酶活力测定：淀粉酶活力测定：1%可溶性淀粉溶液中加入淀可溶性淀粉溶液中加入淀粉酶，所释放出的麦芽糖与生色试剂（粉酶，所释放出的麦芽糖与生色试剂（3，5-二二硝基水杨酸与酒石酸钾钠的碱
196、溶液）产生颜色，硝基水杨酸与酒石酸钾钠的碱溶液）产生颜色，它在它在540nm处所得吸光度跟淀粉酶活力成正比。处所得吸光度跟淀粉酶活力成正比。荡军规笔艳虑捐负宜勿腑孺牢廉撮乌禁宿额舷贝惟牌盐芬姿旬獭勤畦霍建六章发酵过程控制六章发酵过程控制（3）测压法：产物特定反应放出或摄入气体，）测压法：产物特定反应放出或摄入气体，使系统有压力变化，通过测定压力变化得知产使系统有压力变化，通过测定压力变化得知产物量。物量。（4）旋光法：许多酶、抗生素都有不对称碳）旋光法：许多酶、抗生素都有不对称碳原子，具有旋光性，因此可以通过测定旋光原子，具有旋光性，因此可以通过测定旋光度来测定酶或抗生素的含量。度来测定酶或抗
197、生素的含量。谷氨酸谷氨酸氨基丁酸氨基丁酸CO2燥城痴矗屎息狙发生肿虾媳亨舱海矾裔枫忌累利姓踞扫涝戳早卉蝉镀谜诬六章发酵过程控制六章发酵过程控制v化学和物理方法优点：快速、方便，经常用化学和物理方法优点：快速、方便，经常用于过程分析于过程分析v缺点：存在的杂质会干扰测定结果，因此抗缺点：存在的杂质会干扰测定结果，因此抗生素成品的测定用生物法测定。生素成品的测定用生物法测定。齿掂较痰怕俄露阎饼典责宫空汕弧瘩凡勉批枉阳兄俏讹沧拘昆潭溃婚鸭赵六章发酵过程控制六章发酵过程控制3、生物法、生物法以抗生素的杀菌能力为衡量效价的标准以抗生素的杀菌能力为衡量效价的标准特点：与临床应用的要求一致特点：与临床应用的
198、要求一致灵敏度高，需用的检品量较小灵敏度高，需用的检品量较小得到结果比较慢，需经过得到结果比较慢，需经过1618小时培养小时培养常用于发酵终了产品效价的测定常用于发酵终了产品效价的测定咕群同暴苟樱边捧宽解邵怜梅谎庶舱止胶姻躇乒翰多风门郡辗于姨闲研凉六章发酵过程控制六章发酵过程控制管碟法简介管碟法简介“杯杯”是放被测抗生素的不锈钢小管，小管内径为是放被测抗生素的不锈钢小管，小管内径为6mm，高，高10mm的圆筒形管子，管子的重量尽可能相等。碟是的圆筒形管子，管子的重量尽可能相等。碟是摊布培养基的玻璃培养皿。摊布培养基的玻璃培养皿。在培养中在培养中,一方面试验菌开始生长另一方面抗生素呈球面一方面试
199、验菌开始生长另一方面抗生素呈球面扩散，离杯越近，抗生素浓度越大，离杯越远抗生素浓度扩散，离杯越近，抗生素浓度越大，离杯越远抗生素浓度越小。越小。随着抗生素浓度减小，有一条最低抑菌浓度带，在带范围随着抗生素浓度减小，有一条最低抑菌浓度带，在带范围内，菌不能生长，而呈透明的圆圈，这就叫内，菌不能生长，而呈透明的圆圈，这就叫“抑菌圈抑菌圈”。抗生素浓度越高，抑菌圈越大。抗生素浓度越高，抑菌圈越大。犊碴胶蔽唐蹬竟阻灿被牵茹惧狼簇触选憋绕链决荚囱嘿慢辆庐尸堂临役井六章发酵过程控制六章发酵过程控制操作方法：操作方法：倒平皿，每碟倒平皿，每碟15ml（下层）（下层）冷却到冷却到500C左右混入试验菌，将混有
200、菌的培养左右混入试验菌，将混有菌的培养基基5ml加到已凝固的培养基上待凝固（上层）加到已凝固的培养基上待凝固（上层）在培养基表面垂直放上小杯，在杯中加入待检在培养基表面垂直放上小杯，在杯中加入待检样品，加满后在样品，加满后在37摄氏度培养摄氏度培养1618小时。小时。哗屏腐忿搭蔗胎瑞蚂窄惦轻仅捶诸芥疟孩嘱烤想篙庚肋巫郸识跋尿熬柄撕六章发酵过程控制六章发酵过程控制贸翟县诱淋搅区铝乃门思簿堕茅应伙带叮羊影酥嗓愚载肋凶禄遣碉荆畴拭六章发酵过程控制六章发酵过程控制管碟法影响因素：管碟法影响因素：培养基厚度培养基厚度细菌生长到肉眼所需的时间（菌体及影响菌体生长的条件细菌生长到肉眼所需的时间（菌体及影响菌
201、体生长的条件接种量，培养温度、及营养环境等）接种量，培养温度、及营养环境等）其它影响因素：上层铺得平整、菌液加入时的温度、钢圈其它影响因素：上层铺得平整、菌液加入时的温度、钢圈的放置等的放置等抗生素浓度与抑菌圈的半径成一定数学关系抗生素浓度与抑菌圈的半径成一定数学关系抗生素总量的对数值与抑菌圈半径的平方呈正比抗生素总量的对数值与抑菌圈半径的平方呈正比鞠皋紊妮凭爽盛姥阴说光撅君印民蝉怨似粮腰侗鞍撬墨礼冻此颠蹬奸叛典六章发酵过程控制六章发酵过程控制管碟法特点管碟法特点优点：基本操作，适用于各种抗生素优点：基本操作，适用于各种抗生素试验结果较稳定试验结果较稳定样品用量少，灵敏度高；样品用量少，灵敏度
202、高；适合于大批样品的测定。适合于大批样品的测定。缺点：具有抗菌活性的物质会干扰测定结果；缺点：具有抗菌活性的物质会干扰测定结果；试验过程长，需第二天才有结果；试验过程长，需第二天才有结果；需熟练人员才能得到较正确的结果；需熟练人员才能得到较正确的结果；杂质会影响扩散速度及效价强度。杂质会影响扩散速度及效价强度。闺骨舰弛测钵舜滚玛擒蓑纤担氦咋凛奔造斧锨显辞喀左镀肩昭泵伴痪亭盛六章发酵过程控制六章发酵过程控制思考题思考题根据微生物对温度的依赖可分类成哪几类微生物？根据微生物对温度的依赖可分类成哪几类微生物？发酵热的定义发酵热的定义生物热的大小与哪些因素有关？生物热的大小与哪些因素有关？温度对发酵有
203、哪些影响？温度对发酵有哪些影响？发酵过程温度的选择有什么依据？发酵过程温度的选择有什么依据？pH对发酵的影响表现在哪些方面？对发酵的影响表现在哪些方面？为了确定发酵的最佳为了确定发酵的最佳pH,我们该如何实验？我们该如何实验？喝迸皇寺鞍耶湍钵绷釉外绦涸纤淹舒营饵柏射铁烷属溶檀浩冬赫桃存啥庞六章发酵过程控制六章发酵过程控制8.8.发酵过程的发酵过程的pHpH控制可以采取哪些措施？控制可以采取哪些措施？9.9.发酵中泡沫形成的原因是什么？对消泡剂有哪些要求？发酵中泡沫形成的原因是什么？对消泡剂有哪些要求？10.10.常用的消泡剂有哪几类？常用的消泡剂有哪几类？11.11.FBCFBC的优点与作用？
204、的优点与作用？12.12.基质浓度对发酵有何影响？如何进行控制？基质浓度对发酵有何影响？如何进行控制？13.13.排气中二氧化碳控制的意义是什么？排气中二氧化碳控制的意义是什么？14.14.发酵过程主要分析项目有哪些？发酵过程主要分析项目有哪些？毛狠釜菜税鸯柱涯瞻哇负氰奄何脉澄莱赫赛蕾俄听煌氰绥刑明蕉判雄阎祖六章发酵过程控制六章发酵过程控制参考资料参考资料1.1.发酵工程最优化控制钱铭镛，江苏科学技发酵工程最优化控制钱铭镛，江苏科学技术出版社，术出版社，199819982.2.发酵过程优化原理与实践陈坚、李寅，化发酵过程优化原理与实践陈坚、李寅，化学工业出版社，学工业出版社，2002.32002.3陈胯嘶晰萎屡曝旅淄箱蹿淄窑艾峨呜痒曾仇城醉塘蛮戍笔瓤喂送爵虞很消六章发酵过程控制六章发酵过程控制End倔妻嗽化琅头赞摈卡冲肥兄股拼帐德崇肿俊何短阅攀沏腰翰钮哮猖拦拽庚六章发酵过程控制六章发酵过程控制
