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1、第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制l l一次成功的发酵同时受到两方面因素的制约，一一次成功的发酵同时受到两方面因素的制约，一是生产菌种的遗传特性，二是发酵条件，因此，是生产菌种的遗传特性，二是发酵条件，因此，必须了解有关环境条件对生产菌种的影响，因地必须了解有关环境条件对生产菌种的影响，因地制宜地适应菌种的特性，测定发酵过程中各种参制宜地适应菌种的特性，测定发酵过程中各种参数的变化规律，才能有效地实现发酵工艺的优化数的变化规律，才能有效地实现发酵工艺的优化和控制。和控制。 第一节
2、第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化l l由于发酵过程的复杂性，使得发酵工业生产过程的由于发酵过程的复杂性，使得发酵工业生产过程的由于发酵过程的复杂性，使得发酵工业生产过程的由于发酵过程的复杂性，使得发酵工业生产过程的在线监控比其他行业落后，在线监控比其他行业落后，在线监控比其他行业落后，在线监控比其他行业落后，其重要原因是有效检测其重要原因是有效检测其重要原因是有效检测其重要原因是有
3、效检测过程状态变量的传感器质量不过关，以至很难实现过程状态变量的传感器质量不过关，以至很难实现过程状态变量的传感器质量不过关，以至很难实现过程状态变量的传感器质量不过关，以至很难实现在线分析和控制。在线分析和控制。在线分析和控制。在线分析和控制。l l变化过程中的参数可分为变化过程中的参数可分为变化过程中的参数可分为变化过程中的参数可分为物理参数、化学参数、生物理参数、化学参数、生物理参数、化学参数、生物理参数、化学参数、生物学参数物学参数物学参数物学参数等，但目前较多的测定参数仅包括温度、等，但目前较多的测定参数仅包括温度、等，但目前较多的测定参数仅包括温度、等，但目前较多的测定参数仅包括温
4、度、罐压、空气流量、搅拌转速、罐压、空气流量、搅拌转速、罐压、空气流量、搅拌转速、罐压、空气流量、搅拌转速、pHpH值、溶氧、糖含量、值、溶氧、糖含量、值、溶氧、糖含量、值、溶氧、糖含量、菌体浓度、基质浓度等，且其中大多数为非在线测菌体浓度、基质浓度等，且其中大多数为非在线测菌体浓度、基质浓度等，且其中大多数为非在线测菌体浓度、基质浓度等，且其中大多数为非在线测定。定。定。定。一、与代谢变化有关的参数一、与代谢变化有关的参数一、与代谢变化有关的参数一、与代谢变化有关的参数 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章
5、 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制1 1、温度：、温度：、温度：、温度： 影响微生物的生长代谢、系统中酶的反应速率、溶影响微生物的生长代谢、系统中酶的反应速率、溶影响微生物的生长代谢、系统中酶的反应速率、溶影响微生物的生长代谢、系统中酶的反应速率、溶氧量、菌体的浓度变化、产物合成等等。氧量、菌体的浓度变化、产物合成等等。氧量、菌体的浓度变化、产物合成等等。氧量、菌体的浓度变化、产物合成等等。 注意：注意：注意：注意：l l微生物生长和产物合成的温度要求不同；微生物生长和产物合成的温度要求不同；微生物生长和产物合成的温度要求不同；微生物生长和产物合
6、成的温度要求不同；l l发酵过程中的发酵热，包括生物热、搅拌热、蒸发热、发酵过程中的发酵热，包括生物热、搅拌热、蒸发热、发酵过程中的发酵热，包括生物热、搅拌热、蒸发热、发酵过程中的发酵热，包括生物热、搅拌热、蒸发热、辐射热等等影响发酵过程的温度变化。辐射热等等影响发酵过程的温度变化。辐射热等等影响发酵过程的温度变化。辐射热等等影响发酵过程的温度变化。（一）物理参数一）物理参数一）物理参数一）物理参数： 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及
7、其调节控制2 2、罐压：、罐压：、罐压：、罐压： 作用：作用：作用：作用：l l形成正压，防止污染形成正压，防止污染形成正压，防止污染形成正压，防止污染l l增加溶氧，但二氧化碳的溶解量也上升，增加溶氧，但二氧化碳的溶解量也上升，增加溶氧，但二氧化碳的溶解量也上升，增加溶氧，但二氧化碳的溶解量也上升，因此罐压不宜太高；因此罐压不宜太高；因此罐压不宜太高；因此罐压不宜太高；l l减少泡沫减少泡沫减少泡沫减少泡沫（一）物理参数一）物理参数一）物理参数一）物理参数： 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及
8、其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制3 3、搅拌参数：、搅拌参数：、搅拌参数：、搅拌参数：（转速、功率）转速、功率） 作用：作用：作用：作用：l l增加溶氧，但也与泡沫形成等有关；增加溶氧，但也与泡沫形成等有关；增加溶氧，但也与泡沫形成等有关；增加溶氧，但也与泡沫形成等有关；l l搅拌功率：搅拌功率：搅拌功率：搅拌功率：l l影响传氧效率；影响传氧效率；影响传氧效率；影响传氧效率；l l菌体损伤（尤其是丝状真菌）菌体损伤（尤其是丝状真菌）菌体损伤（尤其是丝状真菌）菌体损伤（尤其是丝状真菌）（一）物理参数一）物理参数一）物理参数一）物理参数： 第一节第一节第一节
9、第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制4 4、空气流量、空气流量、空气流量、空气流量l l流量越大，泡沫越多，发酵液总体积上升，装料系数流量越大，泡沫越多，发酵液总体积上升，装料系数流量越大，泡沫越多，发酵液总体积上升，装料系数流量越大，泡沫越多，发酵液总体积上升，装料系数下降；下降；下降；下降；l l流量越大，空气在罐内停留时间短，氧的有效利用率流量越大，空气在罐内停留时间短，氧的有效利用率流量越大，空气在罐内停留时间短，氧的有效利用率流量越大，
10、空气在罐内停留时间短，氧的有效利用率下降，耗电量上升；下降，耗电量上升；下降，耗电量上升；下降，耗电量上升；l l罐外相对湿度一般为罐外相对湿度一般为罐外相对湿度一般为罐外相对湿度一般为60%60%，出罐时，出罐时，出罐时，出罐时100%100%，带走水分，带走水分，带走水分，带走水分，蒸发量大。蒸发量大。蒸发量大。蒸发量大。（一）物理参数一）物理参数一）物理参数一）物理参数： 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制5 5、空气湿
11、度、空气湿度、空气湿度、空气湿度（尤其对固态发酵重要）（尤其对固态发酵重要）l l湿度低，不易染菌，但太低，发酵液挥发速湿度低，不易染菌，但太低，发酵液挥发速湿度低，不易染菌，但太低，发酵液挥发速湿度低，不易染菌，但太低，发酵液挥发速度上升，液体体积下降，不利于发酵。度上升，液体体积下降，不利于发酵。度上升，液体体积下降，不利于发酵。度上升，液体体积下降，不利于发酵。l l以空气湿度以空气湿度以空气湿度以空气湿度60%60%利于发酵。利于发酵。利于发酵。利于发酵。（一）物理参数一）物理参数一）物理参数一）物理参数： 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变
12、化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制6 6、溶解氧浓度、溶解氧浓度、溶解氧浓度、溶解氧浓度l l与氧的传递能力关：与氧的传递能力关： l l搅拌速率；搅拌速率；搅拌速率；搅拌速率；l l发酵罐内的结构（挡板等）；发酵罐内的结构（挡板等）；发酵罐内的结构（挡板等）；发酵罐内的结构（挡板等）；l l料液黏度；料液黏度；料液黏度；料液黏度；l l发酵液本身摄氧率发酵液本身摄氧率发酵液本身摄氧率发酵液本身摄氧率（一）物理参数一）物理参数一）物理参数一）物理参数： 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过
13、程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制7 7、发酵液的表观黏度：、发酵液的表观黏度：、发酵液的表观黏度：、发酵液的表观黏度： 表观黏度越大，溶氧能力越弱表观黏度越大，溶氧能力越弱l l与发酵液成分有关；与发酵液成分有关；l l与液化糖化程度有关；与液化糖化程度有关；l l与菌体浓度，菌种种类（如有无荚膜）、菌种代谢特与菌体浓度，菌种种类（如有无荚膜）、菌种代谢特性有关；性有关；l l与噬菌体污染有关。与噬菌体污染有关。（一）物理参数一）物理参数一）物理参数一）物理参数： 第一节第
14、一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制8 8、排气中的氧含量和二氧化碳含量、排气中的氧含量和二氧化碳含量、排气中的氧含量和二氧化碳含量、排气中的氧含量和二氧化碳含量l l 观测微生物利用氧的情况，绝大多数微生物对氧的观测微生物利用氧的情况，绝大多数微生物对氧的利用率为利用率为20%20%左右左右9 9、发酵液的、发酵液的、发酵液的、发酵液的ODOD值值值值l l 表示菌体的含量（例：微生物生长曲线测定）对清表示菌体的含量（例：微生物生长曲
15、线测定）对清夜发酵而言。夜发酵而言。（一）物理参数一）物理参数一）物理参数一）物理参数： 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制1 1、基质浓度：、基质浓度：、基质浓度：、基质浓度：l l 糖浓度：还原糖糖浓度：还原糖微生物直接利用的糖。微生物直接利用的糖。l l 氮浓度：氨基氮氮浓度：氨基氮l l 磷：无机磷转化有机磷磷：无机磷转化有机磷l l 一般，碳、氮、磷等与反应中微生物生长、代谢物产量一般，碳、氮、磷等与反应中微生物生长
16、、代谢物产量密切相关。残糖通常可反映代谢物的浓度。一般而言，密切相关。残糖通常可反映代谢物的浓度。一般而言，糖消耗率越大越好，但对于风味要求高的发酵食品，残糖消耗率越大越好，但对于风味要求高的发酵食品，残糖利于改善感官品质。糖利于改善感官品质。（二）化学参数（二）化学参数（二）化学参数（二）化学参数 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制2 2、pHpH值：值：值：值： 关系到酶活和菌体生长。关系到酶活和菌体生长。3 3、DNAD
17、NA的含量：的含量：的含量：的含量： 是细胞生长的真实参数，直到菌体自溶时才改是细胞生长的真实参数，直到菌体自溶时才改变。当噬菌体侵染时也发生变化。变。当噬菌体侵染时也发生变化。4 4、代谢产物的浓度：、代谢产物的浓度：、代谢产物的浓度：、代谢产物的浓度： 调节发酵条件，中止发酵与否通常由此参数检调节发酵条件，中止发酵与否通常由此参数检测来定。测来定。（二）化学参数（二）化学参数（二）化学参数（二）化学参数 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵
18、代谢及其调节控制1、菌体形态：、菌体形态：l l能准确反应菌体生长情况及代谢产物形成情况。能准确反应菌体生长情况及代谢产物形成情况。l l高活力的菌体形态均一，染色时着色较均匀。高活力的菌体形态均一，染色时着色较均匀。l l不同阶段菌体形态有差异不同阶段菌体形态有差异（三）生物参数三）生物参数三）生物参数三）生物参数 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制2 2、菌体干重（湿重、生物量）、菌体干重（湿重、生物量）、菌体干重（湿重、
19、生物量）、菌体干重（湿重、生物量）l l当培养基不含有不溶性物质时，可直接用离心分离，得当培养基不含有不溶性物质时，可直接用离心分离，得当培养基不含有不溶性物质时，可直接用离心分离，得当培养基不含有不溶性物质时，可直接用离心分离，得到菌体干重到菌体干重到菌体干重到菌体干重l l当培养基含有不溶性物质时，可用密度梯度离心法当培养基含有不溶性物质时，可用密度梯度离心法当培养基含有不溶性物质时，可用密度梯度离心法当培养基含有不溶性物质时，可用密度梯度离心法l l对于清型发酵液，可用光密度反映菌体浓度，但不适于对于清型发酵液，可用光密度反映菌体浓度，但不适于对于清型发酵液，可用光密度反映菌体浓度，但不
20、适于对于清型发酵液，可用光密度反映菌体浓度，但不适于浓料，与基质本身的光密度有关浓料，与基质本身的光密度有关浓料，与基质本身的光密度有关浓料，与基质本身的光密度有关（三）生物参数三）生物参数三）生物参数三）生物参数 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制3、菌体的比生长速率：、菌体的比生长速率：l l即单位时间内单位菌体的增量。即单位时间内单位菌体的增量。l l例如：例如：t t0 0=0=0时，时，x x0 0=1g;=1g;
21、t=5hr x=3g t=5hr x=3g则比生长率则比生长率= =（3-13-1）/ /（5-05-0）=0.4=0.4克克/ /克（菌）克（菌）. .小时小时（三）生物参数三）生物参数三）生物参数三）生物参数 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制4 4、氧的比消耗速率：、氧的比消耗速率：、氧的比消耗速率：、氧的比消耗速率：l l 糖的比消耗速率：糖的比消耗速率：l l 氮的比消耗速率：氮的比消耗速率：5 5、代谢产物的比增长
22、速率、代谢产物的比增长速率、代谢产物的比增长速率、代谢产物的比增长速率 单位时间内单位菌体所产生的产物量。单位时间内单位菌体所产生的产物量。（三）生物参数三）生物参数三）生物参数三）生物参数 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制 代谢曲线可以准确反映发酵过程各阶段的代谢变化代谢曲线可以准确反映发酵过程各阶段的代谢变化代谢曲线可以准确反映发酵过程各阶段的代谢变化代谢曲线可以准确反映发酵过程各阶段的代谢变化l l定义：代谢曲线是指以
23、时间为横坐标，以发酵过程中各定义：代谢曲线是指以时间为横坐标，以发酵过程中各定义：代谢曲线是指以时间为横坐标，以发酵过程中各定义：代谢曲线是指以时间为横坐标，以发酵过程中各参数为纵坐标用以反应发酵过程中各参数的变化情况。参数为纵坐标用以反应发酵过程中各参数的变化情况。参数为纵坐标用以反应发酵过程中各参数的变化情况。参数为纵坐标用以反应发酵过程中各参数的变化情况。通过与典型代谢曲线的比较。通常可以判断发酵进行是通过与典型代谢曲线的比较。通常可以判断发酵进行是通过与典型代谢曲线的比较。通常可以判断发酵进行是通过与典型代谢曲线的比较。通常可以判断发酵进行是否正常。否正常。否正常。否正常。l l氧的临
24、界浓度：指不影响微生物呼吸强度的最低溶氧浓氧的临界浓度：指不影响微生物呼吸强度的最低溶氧浓氧的临界浓度：指不影响微生物呼吸强度的最低溶氧浓氧的临界浓度：指不影响微生物呼吸强度的最低溶氧浓度。度。度。度。二、代谢变化和代谢曲线二、代谢变化和代谢曲线二、代谢变化和代谢曲线二、代谢变化和代谢曲线： 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制l l总糖下降，还原糖先升后降（说明酶解速度大于总糖下降，还原糖先升后降（说明酶解速度大于微生物利用葡
25、萄糖的速度）微生物利用葡萄糖的速度）l l溶氧浓度下降到临界浓度，氮下降，菌体浓度上溶氧浓度下降到临界浓度，氮下降，菌体浓度上升至最高点升至最高点l l产物尚未累积产物尚未累积（一）菌体生长阶段（前期一）菌体生长阶段（前期一）菌体生长阶段（前期一）菌体生长阶段（前期） 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制 特征：特征：l l菌体浓度基本恒定或略有增加；菌体浓度基本恒定或略有增加；l l氧的比消耗速率较为恒定；氧的比消耗速率较为恒
26、定；l l可通过控制氮、磷、可通过控制氮、磷、pHpH、温度来抑制菌体生长，促、温度来抑制菌体生长，促进产物合成。进产物合成。l l产物合成速度持续上升，浓度达最大产物合成速度持续上升，浓度达最大（二）产物合成阶段二）产物合成阶段二）产物合成阶段二）产物合成阶段 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制 特征：特征：特征：特征：l l产物合成速度下降；产物合成速度下降；产物合成速度下降；产物合成速度下降；l l由于菌体自溶释放一些菌
27、体物质，使由于菌体自溶释放一些菌体物质，使由于菌体自溶释放一些菌体物质，使由于菌体自溶释放一些菌体物质，使pHpH上升，氨基上升，氨基上升，氨基上升，氨基氮上升氮上升氮上升氮上升。l l综合以上特征，应在前期给与丰富的营养，中后期适当综合以上特征，应在前期给与丰富的营养，中后期适当补料，为合成代谢产物提供营养，保证产物合成所需的补料，为合成代谢产物提供营养，保证产物合成所需的酶量提高，当氨基氮回升时，不再补糖或少补糖。酶量提高，当氨基氮回升时，不再补糖或少补糖。l l至菌体自溶解段必须结束发酵，否则可能发生产物降解至菌体自溶解段必须结束发酵，否则可能发生产物降解（如抗生素等），还会给发酵液后处
28、理带来困难。（如抗生素等），还会给发酵液后处理带来困难。（三）菌体衰亡阶段三）菌体衰亡阶段三）菌体衰亡阶段三）菌体衰亡阶段 第一节第一节第一节第一节 发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化发酵过程的代谢变化第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制发酵代谢及其调节控制 第二节第二节 发酵过程控制发酵过程控制主要控制的是碳、氮、水、主要控制的是碳、氮、水、pHpH、磷等、磷等（一）碳源浓度的变化及控制（一）碳源浓度的变化及控制（一）碳源浓度的变化及控制（一）碳源浓度的变化及控制l l前期碳过高，渗透压过大，不利生长；前期碳过高，渗透压过
29、大，不利生长；l l后期碳过高，会继续生长，不利合成代谢产物；后期碳过高，会继续生长，不利合成代谢产物；l l速效碳，利于菌体生长但过高易产生反馈抑制；速效碳，利于菌体生长但过高易产生反馈抑制；l l缓效碳，利于次生代谢产物的产生，但一次投入太多，易缓效碳，利于次生代谢产物的产生，但一次投入太多，易使菌体老化。使菌体老化。补碳常称：补碳常称：“ “中间补糖中间补糖” ”，可有效带来发酵单位的，可有效带来发酵单位的上升。上升。一、基质浓度的变化及其控制一、基质浓度的变化及其控制一、基质浓度的变化及其控制一、基质浓度的变化及其控制：第三节、发酵过程调节控制第三节、发酵过程调节控制第三节、发酵过程调
30、节控制第三节、发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵过程及控制发酵过程及控制发酵过程及控制发酵过程及控制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制1 1、补糖时间：、补糖时间：、补糖时间：、补糖时间：l l过早，刺激生长，次生代谢产物量下降过早，刺激生长，次生代谢产物量下降l l过迟，整个系统能量跟不上，回复难，干扰代谢。过迟，整个系统能量跟不上，回复难，干扰代谢。 所以，时间宜选择所以，时间宜选择 还原糖从最高峰开始下降时还原糖从最高峰开始
31、下降时补糖（补量不要超过原有最高量）补糖（补量不要超过原有最高量）（一）碳源浓度的变化及控制一）碳源浓度的变化及控制一）碳源浓度的变化及控制一）碳源浓度的变化及控制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制2 2、补糖数量：、补糖数量：、补糖数量：、补糖数量：l l以菌体浓度不增加或略增加为原则，当发酵已获得菌以菌体浓度不增加或略增加为原则，当发酵已获得菌体为目的时，可多加，但太多容易引起菌体自溶。体为目的时，可多加，但太多容易引起菌体自溶。3 3、
32、补糖方式、补糖方式、补糖方式、补糖方式l l连续滴加连续滴加l l流加法，少量多次间歇流加流加法，少量多次间歇流加l l大量分次补糖大量分次补糖l l无论何种方式，要防止不增加产物的现象出现。无论何种方式，要防止不增加产物的现象出现。（一）碳源浓度的变化及控制一）碳源浓度的变化及控制一）碳源浓度的变化及控制一）碳源浓度的变化及控制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制1 1、氮的作用、氮的作用、氮的作用、氮的作用：l l形成菌体蛋白、核酸、菌体代
33、谢产物形成菌体蛋白、核酸、菌体代谢产物形成菌体蛋白、核酸、菌体代谢产物形成菌体蛋白、核酸、菌体代谢产物l l消长规律与糖基本相似；消长规律与糖基本相似；消长规律与糖基本相似；消长规律与糖基本相似；l l菌体自溶时，氮含量上升菌体自溶时，氮含量上升菌体自溶时，氮含量上升菌体自溶时，氮含量上升l l菌体营养所需的碳氮比菌体营养所需的碳氮比菌体营养所需的碳氮比菌体营养所需的碳氮比l l一般发酵用的工业培养基，碳氮比为一般发酵用的工业培养基，碳氮比为一般发酵用的工业培养基，碳氮比为一般发酵用的工业培养基，碳氮比为100100：0.2-20.2-2l lGluGlu发酵：发酵：发酵：发酵：C C：N=1
34、00N=100：0.5-20.5-2时，仅菌体生长，几乎无时，仅菌体生长，几乎无时，仅菌体生长，几乎无时，仅菌体生长，几乎无GluGlu合成合成合成合成l lC C：N N达达达达100100：1111时，时，时，时，GluGlu开始合成开始合成开始合成开始合成l lC C：N N达达达达100100：15-2115-21时，适于时，适于时，适于时，适于GluGlu合成合成合成合成l l极少情况下阻遏代谢产物的合成极少情况下阻遏代谢产物的合成极少情况下阻遏代谢产物的合成极少情况下阻遏代谢产物的合成 （二）氮源浓度的变化及控制二）氮源浓度的变化及控制二）氮源浓度的变化及控制二）氮源浓度的变化及控
35、制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制2 2、氮源种类、氮源种类、氮源种类、氮源种类l l速效氮：速效氮：l l缓效氮：缓效氮：3 3、控制：、控制：、控制：、控制：l l在基础培养基中控制碳氮比（用于不含氮的代谢产物）在基础培养基中控制碳氮比（用于不含氮的代谢产物）l l发酵过程中补氮源发酵过程中补氮源l l一般原则：代谢产物含氮时，才需要补氮一般原则：代谢产物含氮时，才需要补氮（二）氮源浓度的变化及控制二）氮源浓度的变化及控制二）氮源浓度的
36、变化及控制二）氮源浓度的变化及控制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制1 1、作用：、作用：、作用：、作用：l l是是DNADNA、RNARNA、ATPATP的原料的原料l l促进细胞的分裂、生长促进细胞的分裂、生长2 2、慎用、慎用、慎用、慎用l l往往容易抑制次生代谢物，特别是抗生素；往往容易抑制次生代谢物，特别是抗生素；l l会改变代谢途径；会改变代谢途径；l l抑制抗生素前体合成；抑制抗生素前体合成；l l抑制磷酸酯酶的活性及作用。抑制
37、磷酸酯酶的活性及作用。（三）补磷三）补磷三）补磷三）补磷第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制l l补无菌水l l因为菌体浓度上升，会造成缺氧，水用于提高溶氧。（四）补水四）补水四）补水四）补水：第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制l一般，接种后宜适当提高培养温度，利于孢子萌一般，接种后宜适当提高
38、培养温度，利于孢子萌发或微生物生长繁殖。发或微生物生长繁殖。l菌体大量增殖，温度开始上升。菌体大量增殖，温度开始上升。l主发酵期，温度适当控制低些（比最适生长温度）主发酵期，温度适当控制低些（比最适生长温度）l方式：方式：l夹套冷却升湿、保温夹套冷却升湿、保温10T罐以下，罐以下， 小型罐小型罐l盘管式冷却升温盘管式冷却升温10T以上，大型罐以上，大型罐二、发酵过程温度的控制二、发酵过程温度的控制二、发酵过程温度的控制二、发酵过程温度的控制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵
39、代谢及调节控制发酵代谢及调节控制l l通常，通常，通常，通常，1atm1atm，2525，（空气中氧）在发酵液内，（空气中氧）在发酵液内，（空气中氧）在发酵液内，（空气中氧）在发酵液内的浓度为的浓度为的浓度为的浓度为0.2mMol/L,0.2mMol/L,摄氧量为摄氧量为摄氧量为摄氧量为10-50mMol/L.hr10-50mMol/L.hr。l l无菌空气的获得：发酵设备的空气系统无菌空气的获得：发酵设备的空气系统无菌空气的获得：发酵设备的空气系统无菌空气的获得：发酵设备的空气系统三、溶氧的浓度及控制三、溶氧的浓度及控制三、溶氧的浓度及控制三、溶氧的浓度及控制第二节第二节第二节第二节 发酵过
40、程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵过程中溶解氧的变化发酵过程中溶解氧的变化发酵过程中溶解氧的变化发酵过程中溶解氧的变化l l初期：耗氧量大，氧浓度下降，菌体摄氧量初期：耗氧量大，氧浓度下降，菌体摄氧量初期：耗氧量大，氧浓度下降，菌体摄氧量初期：耗氧量大，氧浓度下降，菌体摄氧量达高峰；达高峰；达高峰；达高峰；l l中后期，耗氧量较恒定，氧浓度变化较小；中后期，耗氧量较恒定，氧浓度变化较小；中后期，耗氧量较恒定，氧浓度变化较小；中后期，耗氧量较恒定，氧浓度变化较小；l l后
41、期，呼吸强度下降，氧浓度上升。后期，呼吸强度下降，氧浓度上升。后期，呼吸强度下降，氧浓度上升。后期，呼吸强度下降，氧浓度上升。三、溶氧的浓度及控制三、溶氧的浓度及控制三、溶氧的浓度及控制三、溶氧的浓度及控制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制最适最适最适最适pHpHpHpH：l l细菌细菌细菌细菌6.5-7.56.5-7.56.5-7.56.5-7.5l l霉菌霉菌霉菌霉菌4.0-5.8 4.0-5.8 4.0-5.8 4.0-5.8 l l酵
42、母酵母酵母酵母3.8-6.03.8-6.03.8-6.03.8-6.0pHpHpHpH影响发酵过程的机制影响发酵过程的机制影响发酵过程的机制影响发酵过程的机制l l影响酶的活性影响酶的活性影响酶的活性影响酶的活性l l影响微生物细胞膜所带电荷影响微生物细胞膜所带电荷影响微生物细胞膜所带电荷影响微生物细胞膜所带电荷l l影响培养基中某些营养物质和中间代谢产物的离解，影响培养基中某些营养物质和中间代谢产物的离解，影响培养基中某些营养物质和中间代谢产物的离解，影响培养基中某些营养物质和中间代谢产物的离解，从而影响微生物对其利用。从而影响微生物对其利用。从而影响微生物对其利用。从而影响微生物对其利用。
43、四、四、四、四、pHpH的变化及控制的变化及控制的变化及控制的变化及控制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵过程发酵过程发酵过程发酵过程pHpHpHpH变化：变化：变化：变化：l l菌体生长期，菌体生长期，菌体生长期，菌体生长期，pHpHpHpH变化较大，因为微生物利用营变化较大，因为微生物利用营变化较大，因为微生物利用营变化较大，因为微生物利用营养物质产生酸或碱，使养物质产生酸或碱，使养物质产生酸或碱，使养物质产生酸或碱，使pHpHpHp
44、H下降或上升；下降或上升；下降或上升；下降或上升；l l产物合成期，产物合成期，产物合成期，产物合成期，pHpHpHpH相对稳定；相对稳定；相对稳定；相对稳定；l l菌体自溶期，基质耗尽，蛋白酶活跃，氨基氮菌体自溶期，基质耗尽，蛋白酶活跃，氨基氮菌体自溶期，基质耗尽，蛋白酶活跃，氨基氮菌体自溶期，基质耗尽，蛋白酶活跃，氨基氮上升，上升，上升，上升，pHpHpHpH上升上升上升上升四、四、四、四、pHpH的变化及控制的变化及控制的变化及控制的变化及控制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调
45、节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制控制控制pHpH的方法的方法: :l l在基础培养基内加入生理酸性或生理碱性物质在基础培养基内加入生理酸性或生理碱性物质在基础培养基内加入生理酸性或生理碱性物质在基础培养基内加入生理酸性或生理碱性物质添加氮源物质，如尿素，氨水等；添加氮源物质，如尿素，氨水等；添加氮源物质，如尿素，氨水等；添加氮源物质，如尿素，氨水等；l l增加溶氧，提高搅拌速度（中间产物被氧化，增加溶氧，提高搅拌速度（中间产物被氧化，增加溶氧，提高搅拌速度（中间产物被氧化，增加溶氧，提高搅拌速度（中间产物被氧化，pHpHpHpH上升）：上升）：上升）：上升）：l l利用缓冲溶液配制缓
46、冲能力强、利用缓冲溶液配制缓冲能力强、利用缓冲溶液配制缓冲能力强、利用缓冲溶液配制缓冲能力强、pHpHpHpH变化不大的变化不大的变化不大的变化不大的基础培养基。基础培养基。基础培养基。基础培养基。四、四、四、四、pHpH的变化及控制的变化及控制的变化及控制的变化及控制第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制1 1、泡沫带来的危害、泡沫带来的危害l l影响装液量影响装液量影响装液量影响装液量l l导致逃液，若密封较好，泡沫从排气管排出，致染菌；导致
47、逃液，若密封较好，泡沫从排气管排出，致染菌；导致逃液，若密封较好，泡沫从排气管排出，致染菌；导致逃液，若密封较好，泡沫从排气管排出，致染菌；若密封不好，沿轴上升，致污染；若密封不好，沿轴上升，致污染；若密封不好，沿轴上升，致污染；若密封不好，沿轴上升，致污染；l l影响通气搅拌的正常进行，从而妨碍菌的呼吸，造成影响通气搅拌的正常进行，从而妨碍菌的呼吸，造成影响通气搅拌的正常进行，从而妨碍菌的呼吸，造成影响通气搅拌的正常进行，从而妨碍菌的呼吸，造成代谢异常，导致产物减少和菌体过早自溶；代谢异常，导致产物减少和菌体过早自溶；代谢异常，导致产物减少和菌体过早自溶；代谢异常，导致产物减少和菌体过早自溶
48、；l l影响后提取。影响后提取。影响后提取。影响后提取。五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制2 2、泡沫的产生、泡沫的产生l l培养基成分：培养基成分：培养基成分：培养基成分：l l产生泡沫物质产生泡沫物质产生泡沫物质产生泡沫物质蛋白胨、玉米浆、豆饼粉、酵母膏、发酵用蛋白胨、玉米浆、豆饼粉、酵母膏、发酵用蛋白胨、玉米浆、豆饼粉、酵母膏、发酵用蛋白胨、玉米浆、豆饼粉、酵母膏、发酵用水不清洁水
49、不清洁水不清洁水不清洁l l持泡物质持泡物质持泡物质持泡物质糖、淀粉糊精、菌体本身糖、淀粉糊精、菌体本身糖、淀粉糊精、菌体本身糖、淀粉糊精、菌体本身l l菌体本身有产生泡沫的作用，感染噬菌体或杂菌污染菌体本身有产生泡沫的作用，感染噬菌体或杂菌污染菌体本身有产生泡沫的作用，感染噬菌体或杂菌污染菌体本身有产生泡沫的作用，感染噬菌体或杂菌污染时泡沫更多时泡沫更多时泡沫更多时泡沫更多l l机械搅拌机械搅拌机械搅拌机械搅拌五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调
50、节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制3 3、消泡、消泡l l物理法：改变温度法物理法：改变温度法物理法：改变温度法物理法：改变温度法改变泡沫、黏度或弹性改变泡沫、黏度或弹性改变泡沫、黏度或弹性改变泡沫、黏度或弹性泡泡泡泡沫破裂，工业上少用沫破裂，工业上少用沫破裂，工业上少用沫破裂，工业上少用l l机械法：机械法：机械法：机械法：l l罐内消泡法罐内消泡法罐内消泡法罐内消泡法利用消泡浆（碟片式、耙式）利用消泡浆（碟片式、耙式）利用消泡浆（碟片式、耙式）利用消泡浆（碟片式、耙式）l l罐外消泡法罐外消泡法罐外消泡法罐外消泡法利用旋风分离器分离气体、液体、无气体入缸利用旋风分
51、离器分离气体、液体、无气体入缸利用旋风分离器分离气体、液体、无气体入缸利用旋风分离器分离气体、液体、无气体入缸l l化学消泡法：消泡剂化学消泡法：消泡剂化学消泡法：消泡剂化学消泡法：消泡剂五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制l lA.A.A.A.消泡剂特点及要求：消泡剂特点及要求：消泡剂特点及要求：消泡剂特点及要求：l l表面活性剂：泡沫本身表面张力比较低，泡沫表面张表面活性剂：泡沫本身表
52、面张力比较低，泡沫表面张表面活性剂：泡沫本身表面张力比较低，泡沫表面张表面活性剂：泡沫本身表面张力比较低，泡沫表面张力平衡被打破力平衡被打破力平衡被打破力平衡被打破 l l在气液界面上具有足够大的铺展性能和一定的亲水性；在气液界面上具有足够大的铺展性能和一定的亲水性；在气液界面上具有足够大的铺展性能和一定的亲水性；在气液界面上具有足够大的铺展性能和一定的亲水性；l l在水中的溶解度极小，以便长久消泡功能；在水中的溶解度极小，以便长久消泡功能；在水中的溶解度极小，以便长久消泡功能；在水中的溶解度极小，以便长久消泡功能；l l无菌、安全，对菌体代谢没有影响，不影响提取；无菌、安全，对菌体代谢没有影
53、响，不影响提取；无菌、安全，对菌体代谢没有影响，不影响提取；无菌、安全，对菌体代谢没有影响，不影响提取；l l来源方便，价格便宜。来源方便，价格便宜。来源方便，价格便宜。来源方便，价格便宜。五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制B.B.B.B.常用消泡剂常用消泡剂常用消泡剂常用消泡剂l l天然油脂：天然油脂：天然油脂：天然油脂：l l豆油、菜油、花生油，主要用精炼油。豆油、菜油、花生油，主要
54、用精炼油。豆油、菜油、花生油，主要用精炼油。豆油、菜油、花生油，主要用精炼油。l l缺点：不含亲水基团，不易铺展缺点：不含亲水基团，不易铺展缺点：不含亲水基团，不易铺展缺点：不含亲水基团，不易铺展l l用量：用量：用量：用量：1-21-21-21-2l l聚醚类：聚醚类：聚醚类：聚醚类：l l优点优点优点优点: : : :不易挥发，稳定性高；不易挥发，稳定性高；不易挥发，稳定性高；不易挥发，稳定性高；l l用量：万分之一至万分之三用量：万分之一至万分之三用量：万分之一至万分之三用量：万分之一至万分之三l lGP:GP:GP:GP:用于稀发酵液用于稀发酵液用于稀发酵液用于稀发酵液l lGPE:G
55、PE:GPE:GPE:消泡能力强，但作用时间短，用于稠液消泡能力强，但作用时间短，用于稠液消泡能力强，但作用时间短，用于稠液消泡能力强，但作用时间短，用于稠液l l一般将一般将一般将一般将GPEGPEGPEGPE与植物油混用与植物油混用与植物油混用与植物油混用五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制l l醇类：正十一醇、聚二醇（霉菌发酵用）醇类：正十一醇、聚二醇（霉菌发酵用）醇类：正十一醇、聚
56、二醇（霉菌发酵用）醇类：正十一醇、聚二醇（霉菌发酵用）l l硅酮类：硅酮类：硅酮类：硅酮类：l l须与分散剂（微晶二氧化硅）一起使用才行须与分散剂（微晶二氧化硅）一起使用才行须与分散剂（微晶二氧化硅）一起使用才行须与分散剂（微晶二氧化硅）一起使用才行l l聚二甲基硅氧烷及其衍生物聚二甲基硅氧烷及其衍生物聚二甲基硅氧烷及其衍生物聚二甲基硅氧烷及其衍生物增效措施：增效措施：增效措施：增效措施：a.a.a.a.将泡敌与豆油将泡敌与豆油将泡敌与豆油将泡敌与豆油1 1 1 1：1.51.51.51.5混合使用，效果较好混合使用，效果较好混合使用，效果较好混合使用，效果较好b.b.b.b.将泡敌、玉米油和
57、水比例将泡敌、玉米油和水比例将泡敌、玉米油和水比例将泡敌、玉米油和水比例1:1.5:91:1.5:91:1.5:91:1.5:9五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除五、泡沫的消除第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制 合理判断对提高发酵单位时间内产量合理判断对提高发酵单位时间内产量和质量有很大影响，不同类型发酵达到终和质量有很大影响，不同类型发酵达到终点目标不同，因而对发酵终点判断也不同点目标不同，因而对发酵终点判断也不同放罐前的补料：放罐
58、前的补料： 根据糖的消耗速率，计算到放罐时允许根据糖的消耗速率，计算到放罐时允许残留量。残留量。 一般：一般： 4050吨罐，放罐前吨罐，放罐前10小时不能补料；小时不能补料； 大于大于90吨罐，放罐前吨罐，放罐前16小时不能补料小时不能补料六、发酵终点的判断六、发酵终点的判断第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制1 1 1 1、确定放罐时间。、确定放罐时间。、确定放罐时间。、确定放罐时间。l l放罐过早：放罐过早：放罐过早：放罐过早：l l原料
59、利用率不高，浪费原料利用率不高，浪费原料利用率不高，浪费原料利用率不高，浪费l l影响终产物提取（因为有许多糖、脂肪、蛋白影响终产物提取（因为有许多糖、脂肪、蛋白影响终产物提取（因为有许多糖、脂肪、蛋白影响终产物提取（因为有许多糖、脂肪、蛋白质、微生物残留）质、微生物残留）质、微生物残留）质、微生物残留）l l缩短了产物合成期，总产量下降缩短了产物合成期，总产量下降缩短了产物合成期，总产量下降缩短了产物合成期，总产量下降 l l放罐过迟：放罐过迟：放罐过迟：放罐过迟：l l增加单位产品的原料的能耗增加单位产品的原料的能耗增加单位产品的原料的能耗增加单位产品的原料的能耗l l由于菌体自溶影响过滤
60、及产品提取由于菌体自溶影响过滤及产品提取由于菌体自溶影响过滤及产品提取由于菌体自溶影响过滤及产品提取l l代谢产物分解代谢产物分解代谢产物分解代谢产物分解六、发酵终点的判断：六、发酵终点的判断：六、发酵终点的判断：六、发酵终点的判断：第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制2 2 2 2、判断放罐指标、判断放罐指标、判断放罐指标、判断放罐指标: : : :l l产物的产量增加率开始下降（产物量产物的产量增加率开始下降（产物量产物的产量增加率开始下降
61、（产物量产物的产量增加率开始下降（产物量/ / / /体积体积体积体积. . . .小时小时小时小时 称增称增称增称增长率）长率）长率）长率）l l菌体形态出现衰老（胞内出现颗粒），部分菌体出现自菌体形态出现衰老（胞内出现颗粒），部分菌体出现自菌体形态出现衰老（胞内出现颗粒），部分菌体出现自菌体形态出现衰老（胞内出现颗粒），部分菌体出现自溶；溶；溶；溶；l l过滤速度明显下降（用移液管吸取发酵液看其流出时间）过滤速度明显下降（用移液管吸取发酵液看其流出时间）过滤速度明显下降（用移液管吸取发酵液看其流出时间）过滤速度明显下降（用移液管吸取发酵液看其流出时间）l l残糖低，还原糖残糖低，还原糖残糖
62、低，还原糖残糖低，还原糖0.5%0.5%0.5%0.5%；l l氨基氮上升，氨基氮上升，氨基氮上升，氨基氮上升，pHpHpHpH上升上升上升上升l l培养液的外观和黏度等：菌丝碎片增加，黏度增加培养液的外观和黏度等：菌丝碎片增加，黏度增加培养液的外观和黏度等：菌丝碎片增加，黏度增加培养液的外观和黏度等：菌丝碎片增加，黏度增加 六、发酵终点的判断：六、发酵终点的判断：六、发酵终点的判断：六、发酵终点的判断：第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制3
63、3、放罐标准、放罐标准l l产物的产量产物的产量l l后提取的收率后提取的收率l l设备的利用率设备的利用率l l能源的消耗率能源的消耗率l l资金的周转率资金的周转率六、发酵终点的判断：六、发酵终点的判断：第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制 定义：发酵过程中，生产菌以外的其他定义：发酵过程中，生产菌以外的其他微生物侵入了发酵培养液均称为杂菌污染，微生物侵入了发酵培养液均称为杂菌污染，无菌检查则是用显微镜检查，微生物培养无菌检查则是用显微镜检
64、查，微生物培养检查等发现分析是否染菌及染菌的根本原检查等发现分析是否染菌及染菌的根本原因。因。七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制1 1、无菌检查的方法：、无菌检查的方法：l l显微镜检查法：显微镜检查法：显微镜检查法：显微镜检查法：l l革兰氏染色，显微镜观察，据形态特征辨别是否有革兰氏染色，显微镜观察，据形态特征辨别是否有革兰氏染
65、色，显微镜观察，据形态特征辨别是否有革兰氏染色，显微镜观察，据形态特征辨别是否有染菌存在染菌存在染菌存在染菌存在l l平板划线培养或斜面培养检查法平板划线培养或斜面培养检查法平板划线培养或斜面培养检查法平板划线培养或斜面培养检查法l l培养基平板培养基平板培养基平板培养基平板37373737，24hr24hr24hr24hr（无菌）（无菌）（无菌）（无菌）划线划线划线划线37373737，27272727各培养各培养各培养各培养8hr8hr8hr8hr后观察有无杂菌。后观察有无杂菌。后观察有无杂菌。后观察有无杂菌。七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的
66、处理七、无菌检查及异常发酵的处理第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制l l肉汤培养检查法肉汤培养检查法肉汤培养检查法肉汤培养检查法l l（酚红肉汤培养基，每隔（酚红肉汤培养基，每隔（酚红肉汤培养基，每隔（酚红肉汤培养基，每隔2-32-32-32-3小时，抽样，小时，抽样，小时，抽样，小时，抽样，37373737，6 6 6 6小时看培养基变黄或混浊小时看培养基变黄或混浊小时看培养基变黄或混浊小时看培养基变黄或混浊染菌）染菌）染菌）染菌）l l常
67、用于检查培养基和无菌空气是否带菌或是否被噬常用于检查培养基和无菌空气是否带菌或是否被噬常用于检查培养基和无菌空气是否带菌或是否被噬常用于检查培养基和无菌空气是否带菌或是否被噬菌体污染菌体污染菌体污染菌体污染l l还可以发酵过程的异常现象来判断是否染菌，如溶还可以发酵过程的异常现象来判断是否染菌，如溶还可以发酵过程的异常现象来判断是否染菌，如溶还可以发酵过程的异常现象来判断是否染菌，如溶解氧，解氧，解氧，解氧，pHpHpHpH值、排气中二氧化碳含量和菌体酶活的变值、排气中二氧化碳含量和菌体酶活的变值、排气中二氧化碳含量和菌体酶活的变值、排气中二氧化碳含量和菌体酶活的变化来判断。化来判断。化来判断
68、。化来判断。七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制2 2、发酵染菌率的计算：、发酵染菌率的计算：l l是指一年内发酵染菌的批数与总投料发酵是指一年内发酵染菌的批数与总投料发酵批数之比批数之比l l总染菌率总染菌率= =发酵染菌批数发酵染菌批数/ /总投料批数总投料批数* *100% 100% l l降至降至2%2%之下之下七、无菌检查及
69、异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制1 1 1 1、种子带菌引起污染、种子带菌引起污染、种子带菌引起污染、种子带菌引起污染 9.64%9.64%9.64%9.64%2 2 2 2、培养基未灭好引起、培养基未灭好引起、培养基未灭好引起、培养基未灭好引起 0.79%0.79%0.79%0.79%3 3 3 3、总过滤器失效、总过滤器失效、总过滤器失效、
70、总过滤器失效 19.96%19.96%19.96%19.96%4 4 4 4、泡沫冲入轴封内、泡沫冲入轴封内、泡沫冲入轴封内、泡沫冲入轴封内 0.48%0.48%0.48%0.48%5 5 5 5、夹套和盘管穿孔、夹套和盘管穿孔、夹套和盘管穿孔、夹套和盘管穿孔 12.36%12.36%12.36%12.36%6 6 6 6、接种管、接种管、接种管、接种管 0.39%0.39%0.39%0.39%7 7 7 7、阀门渗漏、阀门渗漏、阀门渗漏、阀门渗漏 0.45%0.45%0.45%0.45%8 8 8 8、轴封密封不好、轴封密封不好、轴封密封不好、轴封密封不好 2.09%2.09%2.09%2.
71、09%9 9 9 9、罐灭渗漏、罐灭渗漏、罐灭渗漏、罐灭渗漏 1.54%1.54%1.54%1.54%10101010、其他设备、其他设备、其他设备、其他设备 10.13%10.13%10.13%10.13%11111111、操作不当、操作不当、操作不当、操作不当 10.15%10.15%10.15%10.15% 其余为原因不明污染其余为原因不明污染其余为原因不明污染其余为原因不明污染染菌原因分析染菌原因分析第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制
72、l l芽孢杆菌污染：芽孢杆菌污染：培养基团块，发酵罐内存在培养基团块，发酵罐内存在培养基团块，发酵罐内存在培养基团块，发酵罐内存在死角死角死角死角l l非芽孢菌污染非芽孢菌污染：空气过滤系统失效，设备渗空气过滤系统失效，设备渗空气过滤系统失效，设备渗空气过滤系统失效，设备渗漏漏漏漏l l霉菌污染：霉菌污染：环境和无菌室引起环境和无菌室引起环境和无菌室引起环境和无菌室引起l l如果各罐染同一菌种，很可能是总过滤如果各罐染同一菌种，很可能是总过滤器出问题，和空气总管道失效器出问题，和空气总管道失效l l如果同一产品几个罐均染菌，种子带菌如果同一产品几个罐均染菌，种子带菌染菌情况分析染菌情况分析第二
73、节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制l l若发酵前期染菌，则种子带菌；后期染若发酵前期染菌，则种子带菌；后期染菌，则可能补料引起菌，则可能补料引起l l若个别罐污染，则可能罐本身出问题；若个别罐污染，则可能罐本身出问题；若与种子同步污染，则斜面种子出问题若与种子同步污染，则斜面种子出问题l l发酵中期染菌：培养基有团块，没灭好发酵中期染菌：培养基有团块，没灭好 或设备穿孔，操作或设备穿孔，操作l l噬菌体污染：工作菌自源，发酵液变稀，噬菌体污染：工
74、作菌自源，发酵液变稀，泡沫增多明显，主要是细菌、放线菌泡沫增多明显，主要是细菌、放线菌染菌情况分析染菌情况分析第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制3、异常发酵及处理l l发酵液转稀（发酵液转稀（发酵液转稀（发酵液转稀（指未进入放罐阶段时）指未进入放罐阶段时）指未进入放罐阶段时）指未进入放罐阶段时）及时补充氮及时补充氮及时补充氮及时补充氮源增殖菌体，使发酵恢复正常。源增殖菌体，使发酵恢复正常。源增殖菌体，使发酵恢复正常。源增殖菌体，使发酵恢复正常
75、。l l发酵液过浓：发酵液过浓：发酵液过浓：发酵液过浓：通常因氮源过多通常因氮源过多通常因氮源过多通常因氮源过多补水，补水量要不补水，补水量要不补水，补水量要不补水，补水量要不少于发酵液体积的少于发酵液体积的少于发酵液体积的少于发酵液体积的5%5%5%5%，一般，一般，一般，一般10%10%10%10%。l l糖耗缓慢：糖耗缓慢：糖耗缓慢：糖耗缓慢：种子质量不好，培养基灭菌不好，磷酸种子质量不好，培养基灭菌不好，磷酸种子质量不好，培养基灭菌不好，磷酸种子质量不好，培养基灭菌不好，磷酸盐浓度下降等盐浓度下降等盐浓度下降等盐浓度下降等补充适当的氮源或磷酸盐，或提高补充适当的氮源或磷酸盐，或提高补充
76、适当的氮源或磷酸盐，或提高补充适当的氮源或磷酸盐，或提高温度。培养龄越高对温度。培养龄越高对温度。培养龄越高对温度。培养龄越高对popopopo4 4 4 43-3-3-3- 越不敏感。越不敏感。越不敏感。越不敏感。l lpHpHpHpH不正常：不正常：不正常：不正常：加入酸、碱或生理酸性或碱性物质调节。加入酸、碱或生理酸性或碱性物质调节。加入酸、碱或生理酸性或碱性物质调节。加入酸、碱或生理酸性或碱性物质调节。七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制
77、发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制污染防治：污染防治： 1 1 1 1）不随意倾倒工作菌残渣，放罐时先杀菌，）不随意倾倒工作菌残渣，放罐时先杀菌，）不随意倾倒工作菌残渣，放罐时先杀菌，）不随意倾倒工作菌残渣，放罐时先杀菌，排气口管道接入漂白粉水中排气口管道接入漂白粉水中排气口管道接入漂白粉水中排气口管道接入漂白粉水中 2 2 2 2）培养抗噬菌体菌种（自然界中筛选；驯化选）培养抗噬菌体菌种（自然界中筛选；驯化选）培养抗噬菌体菌种（自然界中筛选；驯化选）培养抗噬菌体菌种（自然界中筛选；驯化选育；诱变产生突变使吸附位点
78、改变）育；诱变产生突变使吸附位点改变）育；诱变产生突变使吸附位点改变）育；诱变产生突变使吸附位点改变） 3 3 3 3）药物防治：）药物防治：）药物防治：）药物防治：CuSOCuSOCuSOCuSO4 4 4 4 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 但干扰后面后提取但干扰后面后提取但干扰后面后提取但干扰后面后提取七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理七、无菌检查及异常发酵的处理第二节第二节第二节第二节 发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制发酵过程调节控制第四章第四章第四章第四章 发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制发酵代谢及调节控制
