发酵工艺控制修改课件

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1、第第4 4章章 发发 酵酵 工工 艺艺 控控 制制生化生产工艺学 Technology of Biochemicals production发酵工艺控制修改课件第一节第一节 温度对发酵的影响及其控制温度对发酵的影响及其控制发酵工艺控制修改课件一、一、 发酵热发酵热- - 发酵过程中释放出的净热量。发酵过程中释放出的净热量。 J / m J / m3 3 h h 或 - - 单位体积的发酵液在单位时间内释放出来的净热单位体积的发酵液在单位时间内释放出来的净热量。量。发酵工艺控制修改课件 Q发酵发酵 = Q生物生物 + Q搅拌搅拌 - Q蒸发蒸发 - Q显显 Q辐射辐射发酵工艺控制修改课件1 1、

2、生物热、生物热 （Q Q生物生物） 产生菌在生长繁殖过程中本身会产生大量的热，此产生菌在生长繁殖过程中本身会产生大量的热，此为生物热。为生物热。 这种热的主要来源是培养基中的碳水化合物、脂肪这种热的主要来源是培养基中的碳水化合物、脂肪和蛋白质等的分解。和蛋白质等的分解。 释放出的能量部分用来合成高能化合物释放出的能量部分用来合成高能化合物(ATP),(ATP),部分用部分用来合成产物，其余的则以热的形式散发出来来合成产物，其余的则以热的形式散发出来发酵工艺控制修改课件影响生物热的因素： 菌株特性菌株特性 培养基成分和浓度培养基成分和浓度 发酵时期发酵时期 菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成

3、分越丰富，菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富，生物热也就越大。生物热也就越大。 发酵旺盛期的生物热大于其它时间的生物热发酵旺盛期的生物热大于其它时间的生物热 （四环素（四环素20-5020-50小时；小时； 苏云金杆菌苏云金杆菌10-1810-18小时）小时）发酵工艺控制修改课件2、搅拌热 （Q搅拌） 搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间、搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间、液体和设备之间的摩擦，产生数量可观的热。液体和设备之间的摩擦，产生数量可观的热。发酵工艺控制修改课件搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算： Q = P 860 4186.8 (J / h)P - P -

4、搅拌轴功率，搅拌轴功率，kWkW8604186.8 - 8604186.8 - 机械能转变为热能的热功当量，机械能转变为热能的热功当量， J J /kW.h/kW.h影响因素： 搅拌器的类型及搅拌速度搅拌器的类型及搅拌速度发酵工艺控制修改课件3、蒸发热 （Q蒸发) 空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换，空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换，同时必然会引起水分的蒸发，蒸发所需的热量即为蒸发热。同时必然会引起水分的蒸发，蒸发所需的热量即为蒸发热。4、显热 （Q显）排出气体所带的热排出气体所带的热发酵工艺控制修改课件5、辐射热 （Q辐射） 因罐内外的温度不同，发酵液中有部分热通过

5、罐体因罐内外的温度不同，发酵液中有部分热通过罐体向外辐射。向外辐射。 辐射热的大小决定于罐内外的温差辐射热的大小决定于罐内外的温差发酵工艺控制修改课件1 1）菌种特性）菌种特性2 2）培养基）培养基 （成分及配比）（成分及配比）3 3）发酵阶段）发酵阶段4 4）搅拌类型及搅拌速度）搅拌类型及搅拌速度5 5）通气速度）通气速度 （影响（影响Q Q蒸发和蒸发和Q Q显）显）6 6）罐内外的温差）罐内外的温差 影响发酵温度的因素： 由于Q生物、Q蒸发、Q显在发酵过程中随时间而变化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化。为了使发酵在一定温度下进行，必须采取措施加以控制。发酵工艺控制修改课件二、发酵热

6、的测定二、发酵热的测定方法一： 通过测定一定时间内冷却水的流量和冷却水的进出口温通过测定一定时间内冷却水的流量和冷却水的进出口温度，由下式求得这段时间内的发酵热：度，由下式求得这段时间内的发酵热： Q发酵发酵 = GC (t2- t1) / V (J / m3 h) G - G - 冷却水流量，冷却水流量，kg/hkg/h C - C - 水的比热，水的比热， J/kg J/kg t t 1 1、t t 2 2 - - 进、出口的冷却水温度，进、出口的冷却水温度， V - V - 发酵液体积发酵液体积 ， m m3 3发酵工艺控制修改课件方法二： 通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自

7、通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自动控制装置测得温度随时间上升的速率动控制装置测得温度随时间上升的速率S, S, 按下式可求得按下式可求得发酵热发酵热 ： Q 发酵发酵 = K SS - S - 温度随时间上升的速率，温度随时间上升的速率，/h/hK - K - 总参数，代表系统的热容量，总参数，代表系统的热容量，J/LJ/L发酵工艺控制修改课件K值可由下式求得： K = (MCp)发酵液发酵液 + (MCp)容器容器 + (MCp)附件附件M M 以每升发酵液计的发酵液、容器、附件的重量以每升发酵液计的发酵液、容器、附件的重量Cp Cp 代表各自的比热代表各自的比热一般微生物发酵

8、过程中的最大发酵热约为 4.186 (30008000) kJ / m3 h发酵工艺控制修改课件三、温度与发酵的关系三、温度与发酵的关系1、温度对微生物生长的影响发酵工艺控制修改课件 嗜冷菌在温度低于嗜冷菌在温度低于2020下生长速率最大下生长速率最大 嗜中温菌在嗜中温菌在30-3530-35左右生长速率最大左右生长速率最大 嗜热菌在嗜热菌在5050以上生长速率最大以上生长速率最大 曲线形状相似；当温度增加曲线形状相似；当温度增加1010，生长速率大致增长一倍。，生长速率大致增长一倍。 当温度超过最适生长温度，生长速率随温度增加而迅速下降当温度超过最适生长温度，生长速率随温度增加而迅速下降发酵

9、工艺控制修改课件 微生物产物的生成与微生物的生长一样受温度的影响，但适于生长和适于产物合成的温度不一定相同；必须分别考察，在考虑培养温度时需要采用折中的办法。发酵工艺控制修改课件 温度也会影响微生物培养的其它重要方面，如细胞得率系数等。 当温度超过一当温度超过一定数值，细胞得定数值，细胞得率降低。主要原率降低。主要原因是生命活动维因是生命活动维持方面的需求增持方面的需求增加加发酵工艺控制修改课件2、温度对发酵的影响 温度对发酵的影响是各种因素综合表现的结果 从酶动力学来看，温度升高，反应速率加大，代谢加快，从酶动力学来看，温度升高，反应速率加大，代谢加快，生产期提前；但因酶本身很易因热而失去活

10、性，温度越高，生产期提前；但因酶本身很易因热而失去活性，温度越高，酶的失活也越快，表现在菌体易于衰老，发酵周期缩短，影酶的失活也越快，表现在菌体易于衰老，发酵周期缩短，影响产物的最终产量。响产物的最终产量。1） 温度影响产物合成的速率及产量 温度除了直接影响发酵过程中各种反应速率外，还通过改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成。发酵工艺控制修改课件2）温度可能会影响终产物的质量 例如： 苏云金杆菌的发酵，一般在苏云金杆菌的发酵，一般在30-3130-31进行，这样形成的晶进行，这样形成的晶体毒力强。若发酵温度提高到体毒力强。若发酵温度提高到3737以上，虽然菌体生长繁殖较以上，虽然菌体生长

11、繁殖较快，最终含菌数也较高，但生物毒力较低，直接影响产品的质快，最终含菌数也较高，但生物毒力较低，直接影响产品的质量。量。3）温度还可能影响生物合成的方向 例如： 四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于3030下，该菌合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例下，该菌合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例提高；在温度达到提高；在温度达到3535时，则只产生四环素，金霉素的合成停时，则只产生四环素，金霉素的合成停止止发酵工艺控制修改课件四、最适温度的选择四、最适温度的选择 最适温度是指在该温度下最适于菌的生长或产物的形成。最适温度

12、是指在该温度下最适于菌的生长或产物的形成。 在发酵的整个周期内仅选一个温度不一定好。在发酵的整个周期内仅选一个温度不一定好。 因为最适合菌生长的温度不一定适合产物的合因为最适合菌生长的温度不一定适合产物的合成。成。发酵工艺控制修改课件例如： 青霉素产生菌的最适生长温度是30，而最适于青霉素合成的温度是20。 发酵过程中，在生长初期抗生素还未开始合成，菌发酵过程中，在生长初期抗生素还未开始合成，菌丝还未长浓，这时的温度应适于微生物的生长；到抗生素丝还未长浓，这时的温度应适于微生物的生长；到抗生素分泌期，菌丝已长到一定浓度，积累抗生素是重点考虑，分泌期，菌丝已长到一定浓度，积累抗生素是重点考虑，此

13、时应满足生物合成的最适温度。此时应满足生物合成的最适温度。发酵工艺控制修改课件温度的选择还要参考其它发酵条件灵活掌握 通气条件 在通气条件差的情况下，最适的发酵温度应比在正常良在通气条件差的情况下，最适的发酵温度应比在正常良好通气条件下低一些；这是由于在较低的温度下，氧溶解好通气条件下低一些；这是由于在较低的温度下，氧溶解度相应大些，菌的生长速率相应小些，从而弥补可能因通度相应大些，菌的生长速率相应小些，从而弥补可能因通气不足而造成的代谢异常。气不足而造成的代谢异常。 培养基成分和浓度 在使用较稀薄或较易利用的培养基时，提高培养温度则养在使用较稀薄或较易利用的培养基时，提高培养温度则养料往往过

14、早耗竭，导致菌丝过早自溶，使抗生素产量降低。料往往过早耗竭，导致菌丝过早自溶，使抗生素产量降低。发酵工艺控制修改课件利用计算机模拟确定最佳发酵条件，正逐步得到推广应用。 根据模拟计算机对发酵温度最佳点的计算，得到青霉素根据模拟计算机对发酵温度最佳点的计算，得到青霉素发酵的最适温度是：发酵的最适温度是：起初起初5h5h维持在维持在3030；随后降到；随后降到2525，培养，培养35h35h；再降到；再降到2020培培养养85h85h；最后回升到；最后回升到2525培养培养40h40h放罐。放罐。 采用这种变温培养，比在采用这种变温培养，比在2525恒温培养青霉素产量提高恒温培养青霉素产量提高15

15、%15%。发酵工艺控制修改课件五、温度的控制五、温度的控制方法： 罐壁调温罐壁调温 夹层调温夹层调温 罐内调温罐内调温 发酵工艺控制修改课件发酵工艺控制修改课件发酵工艺控制修改课件第二节第二节 pHpH对发酵的影响及其控制对发酵的影响及其控制发酵工艺控制修改课件一、一、pHpH对菌体生长和产物合成的影响对菌体生长和产物合成的影响1）pH影响酶的活性 当当pHpH抑制菌体中某些酶的活性时，使菌体的新陈代谢抑制菌体中某些酶的活性时，使菌体的新陈代谢受阻受阻2）pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态，从而改变细胞膜的渗透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的排泄，因此影响代谢的正常进行。发酵工艺控制

16、修改课件4）pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。 3）影响培养基某些组分和中间产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用。 例如：黑曲霉在例如：黑曲霉在pH2-3pH2-3时，发酵产生柠檬酸，在时，发酵产生柠檬酸，在pHpH接近中性时，则产生草酸。接近中性时，则产生草酸。 又如：丙酮丁醇发酵中，发酵后期又如：丙酮丁醇发酵中，发酵后期pHpH为为4.3-5.34.3-5.3时积时积累丙酮丁醇，累丙酮丁醇，pHpH升高则丙酮丁醇产量减少，而丁酸、乙升高则丙酮丁醇产量减少，而丁酸、乙酸含量增加。酸含量增加。发酵工艺控制修改课件二、发酵过程中二、发酵过程中pHpH的变

17、化及影响的变化及影响pHpH变化的因素变化的因素1、发酵过程中pH的变化1）生长阶段 pHpH有上升或下降趋势（相对于接种后起始有上升或下降趋势（相对于接种后起始pHpH而言）而言）如：利福霉素利福霉素B B发酵起始发酵起始pHpH为中性，但生长初期由于菌为中性，但生长初期由于菌体产生的蛋白酶水解蛋白胨而生成铵离子，使体产生的蛋白酶水解蛋白胨而生成铵离子，使pHpH上升至上升至碱性；接着，随着铵离子的利用及葡萄糖利用过程中产碱性；接着，随着铵离子的利用及葡萄糖利用过程中产生的有机酸使生的有机酸使pHpH下降到酸性范围。下降到酸性范围。发酵工艺控制修改课件2）生产阶段 在生产阶段，在生产阶段，p

18、HpH趋于稳定，维持在最适趋于稳定，维持在最适 产物合成的范围产物合成的范围3）自溶阶段 菌丝自溶阶段，随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活菌丝自溶阶段，随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活 跃，培养液中氨基氮增加，致使跃，培养液中氨基氮增加，致使pHpH上升，此时菌上升，此时菌 丝趋于自溶而代谢活动终止。丝趋于自溶而代谢活动终止。发酵工艺控制修改课件2、引起发酵液中pH变化的因素 发酵过程中发酵过程中pHpH的变化取决于微生物的种类、培养基的的变化取决于微生物的种类、培养基的组成和发酵条件。组成和发酵条件。 在菌体代谢过程中，菌体本身有建成其生长最适在菌体代谢过程中，菌体本身有建成其生长最适pHpH的的

19、能力，但外界条件发生较大变化时，能力，但外界条件发生较大变化时，pHpH将会不断波动。将会不断波动。发酵工艺控制修改课件引起pH下降的因素： （凡是导致酸性物质生成或释放及碱性物质消耗的发（凡是导致酸性物质生成或释放及碱性物质消耗的发酵，其酵，其pHpH都会下降）都会下降） 1 1）培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过）培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累而积累而pHpH下降。下降。2 2）消泡油加得过多）消泡油加得过多3 3）生理酸性物质的存在，氨被利用，）生理酸性物质

20、的存在，氨被利用，pHpH下降下降发酵工艺控制修改课件引起pH上升的因素： （凡是导致碱性物质生成或释放及酸性物质消耗（凡是导致碱性物质生成或释放及酸性物质消耗的发酵，其的发酵，其pHpH都会下降）都会下降）1 1）培养基中碳氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放，使）培养基中碳氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放，使pHpH上升。上升。2 2）生理碱性物质存在）生理碱性物质存在3 3）中间补料中氨水或尿素等碱性物质的加入过多使）中间补料中氨水或尿素等碱性物质的加入过多使pHpH上升。上升。发酵工艺控制修改课件三、最适三、最适pHpH的选择的选择1、微生物生长和产物合成的最适pH 大多数细菌生长的最适大

21、多数细菌生长的最适pH6.3pH6.37.57.5 霉菌最适生长霉菌最适生长pH3pH36 6 放线菌生长最适放线菌生长最适 pH7pH78 8发酵工艺控制修改课件 微生物生长阶段和产物合成阶段的最适pH往往不同，这不仅与菌种特性有关，也取决于产物的化学性质。例如： 一般产生碱性抗生素的，如灰色链霉菌生产链霉一般产生碱性抗生素的，如灰色链霉菌生产链霉素、红色链霉菌产生红霉素，其合成产物的最适素、红色链霉菌产生红霉素，其合成产物的最适pHpH为为6.8-7.36.8-7.3，中性偏碱；而产生两性抗生素的，如金色链，中性偏碱；而产生两性抗生素的，如金色链霉菌生产金霉素，其合成产物的最适霉菌生产金霉

22、素，其合成产物的最适pHpH为为5.9-6.3,5.9-6.3,弱弱酸性。酸性。发酵工艺控制修改课件2、最适pH的选择 选择合适pH值的准则是有利于菌的生长和产物的合成，以获得较高的产量 生长期和生产期的pH不一定相同 例如利福霉素例如利福霉素B B发酵的最佳发酵的最佳pHpH方案方案是：生长期是：生长期pH保保持在持在6.5，生产期，生产期pH为为7.0。发酵工艺控制修改课件四、 pH的控制1、在基础培养基配方中考虑到维持pH的需要 例如加入例如加入CaCOCaCO3 3，使用缓冲液等，使用缓冲液等2、通过补加酸、碱来调节控制3、通过中间补料来控制 例如可以根据生产菌的代谢需要用改变加糖速率

23、来控制例如可以根据生产菌的代谢需要用改变加糖速率来控制pH, pH, 也可通过中间补加尿素或硫酸铵等调节也可通过中间补加尿素或硫酸铵等调节发酵工艺控制修改课件第三节第三节 基质浓度对发酵的影响及其控制基质浓度对发酵的影响及其控制发酵工艺控制修改课件一、基质浓度对发酵的影响一、基质浓度对发酵的影响1、 对生长的影响可用可用Monod Monod 方程来描述基质浓度与生长速率的关系方程来描述基质浓度与生长速率的关系 = maxSKs + S -比生长速率比生长速率 max max - - 最大比生长速率最大比生长速率S - S - 基质浓度基质浓度K Ks s - - 饱和常数饱和常数 （ = 0

24、.5= 0.5 maxmax时的基质时的基质浓度）浓度）发酵工艺控制修改课件 S SKsKs， 趋向于趋向于 maxmax 然而，由于代谢产物或基质浓度过浓可能会导然而，由于代谢产物或基质浓度过浓可能会导 致抑制作用，出现比生长速率下降致抑制作用，出现比生长速率下降 当浓度超过某值，还可能导致细胞脱水当浓度超过某值，还可能导致细胞脱水发酵工艺控制修改课件2、 对产物形成的影响 基质浓度对产物形成的影响类似于生长基质浓度对产物形成的影响类似于生长 在一定范围内，基质浓度大，通常产物产量高在一定范围内，基质浓度大，通常产物产量高 过浓，使菌体生长过于旺盛，发酵液非常粘稠，过浓，使菌体生长过于旺盛，

25、发酵液非常粘稠， 传质状况差，对产物的合成不利传质状况差，对产物的合成不利例如： 以乙醇为碳源发酵谷氨酸，当乙醇浓度达以乙醇为碳源发酵谷氨酸，当乙醇浓度达35g/L35g/L，可延，可延长谷氨酸生产时间，提高产量；但在更高浓度下，菌体生长长谷氨酸生产时间，提高产量；但在更高浓度下，菌体生长受到抑制，产量降低受到抑制，产量降低发酵工艺控制修改课件二、二、 基质浓度的控制基质浓度的控制 补料控制补料控制 为解除基质过浓的抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖效应，为解除基质过浓的抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖效应，以及避免在分批发酵中因一次性投糖（料）过多造成细胞以及避免在分批发酵中因一次性投糖（料）过多造成

26、细胞大量生长，耗氧过多而供氧不足的状况，通常采用中间补大量生长，耗氧过多而供氧不足的状况，通常采用中间补料工艺。料工艺。发酵工艺控制修改课件补料的方式： 1 1）于预定时间一次性补料或间歇补料）于预定时间一次性补料或间歇补料 2 2）连续恒速补料）连续恒速补料 3 3）变速补料（指数流加）变速补料（指数流加）发酵工艺控制修改课件 为有效地进行中间补料，须选择恰当的反馈控为有效地进行中间补料，须选择恰当的反馈控制参数；掌握这些参数与微生物生长、基质利用制参数；掌握这些参数与微生物生长、基质利用和产物形成之间的关系。和产物形成之间的关系。发酵工艺控制修改课件反馈控制操作分直接法和间接法1）直接法：

27、 直接以限制性营养物质浓度作为反馈控制参数 例如碳源、氮源、碳氮比例如碳源、氮源、碳氮比 由于缺乏直接测量重要参数的传感器，该法的使用受到一定限制。 目前只有少数基质，如甲醇、乙醇、葡萄糖等可直接测目前只有少数基质，如甲醇、乙醇、葡萄糖等可直接测量量发酵工艺控制修改课件2）间接法 以溶氧、呼吸商、代谢物浓度等作为反馈控制参数以溶氧、呼吸商、代谢物浓度等作为反馈控制参数发酵工艺控制修改课件第四节第四节 溶氧浓度对发酵的影响及控制溶氧浓度对发酵的影响及控制发酵工艺控制修改课件一、溶氧测定的意义一、溶氧测定的意义1 1、溶氧作为发酵中氧是否足够的度量，了解菌对氧利用的规律。、溶氧作为发酵中氧是否足够

28、的度量，了解菌对氧利用的规律。2 2、溶氧作为发酵异常情况的指示、溶氧作为发酵异常情况的指示 溶氧一反往常，在较短的时间内跌到零附近，且跌零溶氧一反往常，在较短的时间内跌到零附近，且跌零后长时间不回升，这很可能说明污染了好气菌后长时间不回升，这很可能说明污染了好气菌 如发酵过程中溶氧迅速回升，发酵液变稀，则很可能如发酵过程中溶氧迅速回升，发酵液变稀，则很可能是污染了噬菌体是污染了噬菌体发酵工艺控制修改课件3、溶氧作为发酵中间控制的手段之一、溶氧作为发酵中间控制的手段之一 补糖后，溶氧出现明显下降的趋势补糖后，溶氧出现明显下降的趋势 因此可利用溶氧作为参数来控制加料的次数、流加因此可利用溶氧作为

29、参数来控制加料的次数、流加速度和加入量速度和加入量4 4、溶氧作为考查设备、工艺条件对氧供需与产物形成影响、溶氧作为考查设备、工艺条件对氧供需与产物形成影响的指标之一的指标之一发酵工艺控制修改课件二、适当溶解氧的选择 在好氧微生物反应中，一般取在好氧微生物反应中，一般取 DO DO DOcri DOcri 以保证反应的正常进以保证反应的正常进行行。临界氧浓度是不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。 氧的满足度 实际溶解氧浓度与临界氧浓度之比。实际溶解氧浓度与临界氧浓度之比。发酵工艺控制修改课件合适溶解氧选择的原则： 如果要使菌体快速生长繁殖（如发酵前期），则应达如果要使菌体快速生长繁殖（如发酵前期

30、），则应达到临界氧浓度；如果要促进产物的合成，则应根据生产到临界氧浓度；如果要促进产物的合成，则应根据生产的目的不同，使溶解氧控制在最适浓度（不同的满足度）的目的不同，使溶解氧控制在最适浓度（不同的满足度）例如：黄色短杆菌可生产多种氨基酸黄色短杆菌可生产多种氨基酸 ，但要求的氧浓度可能不，但要求的氧浓度可能不同同 对谷氨酸和天门冬氨酸的生产，当溶解氧浓度低于临界氧浓度时，氨基酸对谷氨酸和天门冬氨酸的生产，当溶解氧浓度低于临界氧浓度时，氨基酸产量下降，也就是说要求氧的满足度产量下降，也就是说要求氧的满足度 = 1= 1 但对于苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸的生产，则在低于临界氧浓度时获得最但对于苯丙氨

31、酸、缬氨酸和亮氨酸的生产，则在低于临界氧浓度时获得最大生产能力，它们的最佳氧浓度分别为临界氧浓度的大生产能力，它们的最佳氧浓度分别为临界氧浓度的 0.550.55、0.660.66、0.850.85。发酵工艺控制修改课件三、发酵液中溶解氧的控制三、发酵液中溶解氧的控制 培养液中溶解氧浓度的任何变化都是供需平衡的结果，培养液中溶解氧浓度的任何变化都是供需平衡的结果，因此调节发酵液中溶氧量不外乎从供、需两方面考虑、因此调节发酵液中溶氧量不外乎从供、需两方面考虑、着手着手发酵工艺控制修改课件G/ = KLa V (C* - CL)G -G -溶解于液体中的氧量，溶解于液体中的氧量，mmolmmol

32、- - 气气- -液接触时间，液接触时间，h h V - V - 培养液的体积，培养液的体积，L LC CL L - - 液相中氧的浓度，液相中氧的浓度，mmol/Lmmol/LC* - C* - 与气相中氧分压相平衡的液相中的氧饱与气相中氧分压相平衡的液相中的氧饱和浓度，和浓度，mmol/Lmmol/LK KL L - - 以浓度差表示推动力的传质系数（氧传质以浓度差表示推动力的传质系数（氧传质系数），系数），m/hm/ha- a- 比表面积（即单位体积的液体中所含的气比表面积（即单位体积的液体中所含的气- -液接触面积），液接触面积），m m2 2/m/m3 3 发酵工艺控制修改课件1、供

33、氧方面1 1）增加空气中氧的含量，使氧分压增加，进行富氧通气）增加空气中氧的含量，使氧分压增加，进行富氧通气 富氧空气制备： 深冷分离法深冷分离法 （可得（可得99.9%)99.9%) 吸附分离法吸附分离法 （吸去（吸去N N2 2和和COCO2 2) ) 膜分离法膜分离法 （有机物高分子膜；（有机物高分子膜；30%30%）成本高，易爆炸成本高，易爆炸 ；但关键时期使用也是明智的；但关键时期使用也是明智的发酵工艺控制修改课件2）提高罐压）提高罐压 3）改变通气速率）改变通气速率 4 4）增加搅拌速度）增加搅拌速度 但同时会增加但同时会增加COCO2 2的溶解度（比氧气高的溶解度（比氧气高303

34、0倍），影倍），影响响pHpH、可能会影响菌的代谢。、可能会影响菌的代谢。 一般一般0.30.31kg /cm1kg /cm2 2发酵工艺控制修改课件2、需氧方面 rO2=QO2X1 1）调整养料的浓度）调整养料的浓度 2 2）调节控制温度）调节控制温度Note ： 溶氧浓度必须与其它参数配合起来分析发酵工艺控制修改课件第五节第五节 泡沫对发酵的影响及控制泡沫对发酵的影响及控制发酵工艺控制修改课件一、泡沫对发酵的影响一、泡沫对发酵的影响1 1）降低了发酵罐的装液系数）降低了发酵罐的装液系数2 2）增加了菌群的非均一性）增加了菌群的非均一性3 3）增加了污染杂菌的机会）增加了污染杂菌的机会4 4

35、）导致产物的损失）导致产物的损失5) 5) 影响通气效率影响通气效率发酵工艺控制修改课件二、起泡机理二、起泡机理 当气体通入纯水的气当气体通入纯水的气- -液界面时，气泡只能维持几分之一秒，液界面时，气泡只能维持几分之一秒，其稳定性等于零，这是由于能学上的不稳定性和围绕气泡的其稳定性等于零，这是由于能学上的不稳定性和围绕气泡的液膜强度很低所致。液膜强度很低所致。 当气体通入起泡剂液体，因这些物质具有某些亲水基团和当气体通入起泡剂液体，因这些物质具有某些亲水基团和疏水基团，分子带极性的一端向着水溶液，而非极性一端向疏水基团，分子带极性的一端向着水溶液，而非极性一端向着空气，并力图在表面作定向排列

36、，增加了泡沫的机械强度。着空气，并力图在表面作定向排列，增加了泡沫的机械强度。发酵工艺控制修改课件 培养基中蛋白质以及微生物菌体等为起泡物质，具有培养基中蛋白质以及微生物菌体等为起泡物质，具有稳定泡沫的作用稳定泡沫的作用 培养基的成分、温度、酸碱度、浓度及泡沫的表面积培养基的成分、温度、酸碱度、浓度及泡沫的表面积对泡沫的稳定性都有一定影响对泡沫的稳定性都有一定影响发酵工艺控制修改课件三、泡沫的消长规律及影响因素三、泡沫的消长规律及影响因素1、消长规律 发酵过程中泡沫的消长表现出一定的规律发酵过程中泡沫的消长表现出一定的规律 但不同微生物的不同发酵通常不同但不同微生物的不同发酵通常不同发酵工艺控

37、制修改课件2、影响泡沫的因素1 1）与通气量、通气速度和搅拌速度等有关）与通气量、通气速度和搅拌速度等有关2 2）与所用培养基的成分有关）与所用培养基的成分有关玉米浆、蛋白胨、花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、糖玉米浆、蛋白胨、花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、糖蜜是主要的发泡因素；且起泡能力随品种、产地、贮蜜是主要的发泡因素；且起泡能力随品种、产地、贮藏和加工条件而不同。藏和加工条件而不同。3 3）与培养基的灭菌方法、灭菌温度和时间有关）与培养基的灭菌方法、灭菌温度和时间有关例如：糖蜜培养基从糖蜜培养基从110110升高到升高到130 130 （皆为（皆为3030分分钟），发泡系数增加一倍钟），发泡系数

38、增加一倍发酵工艺控制修改课件四、泡沫的控制四、泡沫的控制一） 机械消泡内部：耙式、梳齿式、涡轮式内部：耙式、梳齿式、涡轮式外部：离心式、碟片式外部：离心式、碟片式发酵工艺控制修改课件优点：不需引入外界物质（如消泡剂），可减不需引入外界物质（如消泡剂），可减少培养液性质复杂化程度，便于产物的少培养液性质复杂化程度，便于产物的提取。提取。缺点：不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素不能从根本上消除引起稳定泡沫的因素发酵工艺控制修改课件二） 化学消泡1、消泡机理1 1）降低泡沫的机械强度，使泡沫破裂）降低泡沫的机械强度，使泡沫破裂2 2）降低液膜的表面黏度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂）降低液膜的表面

39、黏度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂当泡沫表层存在着由极性的表面活性物质形成的双电层时，当泡沫表层存在着由极性的表面活性物质形成的双电层时，可以加入另一种具有相反电荷的表面活性剂，以降低泡沫可以加入另一种具有相反电荷的表面活性剂，以降低泡沫的机械强度；或加入某些具有强极性的物质与发泡剂争夺的机械强度；或加入某些具有强极性的物质与发泡剂争夺膜上的空间，降低液膜强度，使泡沫破裂。膜上的空间，降低液膜强度，使泡沫破裂。当泡沫的液膜具有较大的表面黏度时，可以加入某些当泡沫的液膜具有较大的表面黏度时，可以加入某些分子内聚力较小的物质，以降低液膜黏度分子内聚力较小的物质，以降低液膜黏度发酵工艺控制修改课件

40、2、消泡剂选择的原则： 对发酵过程无毒，对人、畜无害，不影响生物合成。对发酵过程无毒，对人、畜无害，不影响生物合成。 消泡作用迅速，效果高和持久性能好。消泡作用迅速，效果高和持久性能好。 能耐高压蒸汽灭菌而不变性，在灭菌温度下对设备无腐蚀能耐高压蒸汽灭菌而不变性，在灭菌温度下对设备无腐蚀性或不形成腐蚀性产物。性或不形成腐蚀性产物。 不影响以后的提炼过程。不影响以后的提炼过程。 不干扰分析系统，如溶解氧、不干扰分析系统，如溶解氧、pHpH测定仪的探头。测定仪的探头。 消泡剂的来源多，价格低，添加装置简单。消泡剂的来源多，价格低，添加装置简单。 最好还能做到不影响氧的传递。最好还能做到不影响氧的传

41、递。 发酵工艺控制修改课件1）天然油脂3、消泡剂的种类常用豆油、玉米油、米糠油常用豆油、玉米油、米糠油 （能兼作碳源）2）聚醚类发酵工艺控制修改课件3) 高级醇类主要是十八醇主要是十八醇4）硅酮类 主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物 结构通式为结构通式为: (CH3)3SiSi(CH3)2nSi(CH3)3 单独使用效果差，常与分散剂（微晶二氧单独使用效果差，常与分散剂（微晶二氧化硅）一起使用化硅）一起使用发酵工艺控制修改课件3、消泡剂的使用1）分散 消沫剂的消沫效果与使用方式很有关系。消沫剂的消沫效果与使用方式很有关系。 消沫剂加到发酵罐中能否起作用取决于它的扩散能

42、力。消沫剂加到发酵罐中能否起作用取决于它的扩散能力。 消沫剂的分散可借助于机械方法，也可加入某种分散消沫剂的分散可借助于机械方法，也可加入某种分散剂将消沫剂乳化成细小液滴。剂将消沫剂乳化成细小液滴。2）加量 聚醚类聚醚类 0.030.030.035%0.035%3) 加入时机有的可先加入培养基；有的则在泡沫初起或大起时加入有的可先加入培养基；有的则在泡沫初起或大起时加入发酵工艺控制修改课件第六节第六节 杂菌与噬菌体的防治杂菌与噬菌体的防治 发酵工艺控制修改课件 纯种发酵（单菌或混菌）；菌种以外的微生物都被视为杂纯种发酵（单菌或混菌）；菌种以外的微生物都被视为杂菌。菌。所谓染菌，是指在发酵培养基

43、中侵入了有碍生产的其它微生所谓染菌，是指在发酵培养基中侵入了有碍生产的其它微生物。物。 几乎所有的发酵工业都有可能遭遇杂菌或噬菌体的污染。几乎所有的发酵工业都有可能遭遇杂菌或噬菌体的污染。染菌的结果，轻者影响产量或质量，重者可能导致倒罐，甚至染菌的结果，轻者影响产量或质量，重者可能导致倒罐，甚至停产，造成原料、人力和设备动力的浪费。停产，造成原料、人力和设备动力的浪费。 防止杂菌和噬菌体污染是保证发酵正常进行的关键之一 发酵工艺控制修改课件一、杂菌污染的原因与防治一、杂菌污染的原因与防治 1、 从染菌的现象分析染菌的原因 1 1）从染菌的时间分析）从染菌的时间分析 早期（如接种后早期（如接种后

44、12 h12 h或或24 h24 h），除了种子带菌外，主），除了种子带菌外，主要是培养基或设备灭菌不彻底。要是培养基或设备灭菌不彻底。 相反，中、后期染菌则可能与中间补料、设备渗漏以相反，中、后期染菌则可能与中间补料、设备渗漏以及操作不合理等有关，也可能是空气过滤器不严所致。及操作不合理等有关，也可能是空气过滤器不严所致。发酵工艺控制修改课件2）从污染的杂菌类型分析）从污染的杂菌类型分析污染耐热的芽孢杆菌，多数是因培养基灭菌不彻底或污染耐热的芽孢杆菌，多数是因培养基灭菌不彻底或设备存在死角所致；设备存在死角所致；污染无芽孢杆菌、球菌等不耐热菌，可能是从蒸汽的污染无芽孢杆菌、球菌等不耐热菌，可

45、能是从蒸汽的冷凝水中带来的，或空气系统不严造成。冷凝水中带来的，或空气系统不严造成。发酵工艺控制修改课件3）从发酵罐及批次分析）从发酵罐及批次分析大批发酵罐染菌是指整个工厂各个产品的发酵罐都出现大批发酵罐染菌是指整个工厂各个产品的发酵罐都出现杂菌现象，而且染的是同一种菌，主要是空气过滤器除杂菌现象，而且染的是同一种菌，主要是空气过滤器除菌不净，空气带菌而造成的。菌不净，空气带菌而造成的。个别发酵罐偶然染菌的原因最为复杂，各种染菌途径个别发酵罐偶然染菌的原因最为复杂，各种染菌途径都有可能引起。都有可能引起。个别发酵罐连续染菌，较多地是由于设备问题而造成的。个别发酵罐连续染菌，较多地是由于设备问题

46、而造成的。如阀门的渗漏或罐体破损，特别是蛇形管的穿孔，有如阀门的渗漏或罐体破损，特别是蛇形管的穿孔，有时不易察觉。有时设备破损引起的染菌会出现每批染时不易察觉。有时设备破损引起的染菌会出现每批染菌时间前移现象。菌时间前移现象。发酵工艺控制修改课件 根据谷氨酸发酵情况分析，染菌原因以设备问题（设备渗漏、管道不严、设备死角）和空气问题（过滤器不严、过滤器失效、过滤器受潮）为主，种子（二级种子染菌）次之，而培养基消毒不透的情况较少。 发酵工艺控制修改课件2、 防止染菌要点 （1 1）空气系统）空气系统 提高空压机进口空气的洁净度、防止空气带油、水及过滤器失效。 如提高空压机吸气口位置并加强压缩前的过

47、滤；防止如提高空压机吸气口位置并加强压缩前的过滤；防止空气冷却器漏水而进入空气系统；在空气过滤器灭菌时要防空气冷却器漏水而进入空气系统；在空气过滤器灭菌时要防止冲翻介质而短路，防止烤焦介质或着火；装填纤维介质时止冲翻介质而短路，防止烤焦介质或着火；装填纤维介质时要压紧；操作中要防止空气的压力剧变和流速激增等。要压紧；操作中要防止空气的压力剧变和流速激增等。 发酵工艺控制修改课件（2）设备 发酵罐及其附属设备应注意严密和防止泄漏，避免形成发酵罐及其附属设备应注意严密和防止泄漏，避免形成“死角死角”。与物料、空气、下水道连接的阀门皆需保证严密度。与物料、空气、下水道连接的阀门皆需保证严密度。 用超

48、净工作台及净化室代替无菌室，以提高无菌程度。用超净工作台及净化室代替无菌室，以提高无菌程度。 连消设备的连消塔要简单，易拆装清理，操作时蒸汽能与连消设备的连消塔要简单，易拆装清理，操作时蒸汽能与物料均匀混合，并易控温度；维持罐在料液输送时培养基在物料均匀混合，并易控温度；维持罐在料液输送时培养基在罐中能均匀地缓慢上升，不走短路。罐中能均匀地缓慢上升，不走短路。发酵工艺控制修改课件（3）工艺操作 空罐准备 放罐后应进行全面检查和清洗。要清理罐内残渣，去除放罐后应进行全面检查和清洗。要清理罐内残渣，去除罐壁污垢，清除空气分布管、温度计套管等处堆积的污垢罐壁污垢，清除空气分布管、温度计套管等处堆积的

49、污垢及罐内的及罐内的“死角死角”。要防止端面轴封漏气、搅拌添料箱及。要防止端面轴封漏气、搅拌添料箱及阀门渗漏等。蛇管和夹层要按设计规定的压力定期试压。阀门渗漏等。蛇管和夹层要按设计规定的压力定期试压。空消时应先将罐内空气排尽，保持蒸汽畅通，阀门、管道空消时应先将罐内空气排尽，保持蒸汽畅通，阀门、管道均要彻底灭菌。均要彻底灭菌。 实罐灭菌 配制培养基时要防止原料结块。配料罐出口应有筛板过滤配制培养基时要防止原料结块。配料罐出口应有筛板过滤器（筛孔直径器（筛孔直径0.5mm0.5mm），以防块状物及异物进入罐内。灭），以防块状物及异物进入罐内。灭菌时，要保证各路进气畅通及罐内料液翻腾激烈，控制好温

50、菌时，要保证各路进气畅通及罐内料液翻腾激烈，控制好温度与压力，严防泡沫冒顶及料液倒流到空气系统中。度与压力，严防泡沫冒顶及料液倒流到空气系统中。 发酵工艺控制修改课件 连消 料液进入连消塔前需先预热。灭菌过程中，料液温度及料液进入连消塔前需先预热。灭菌过程中，料液温度及其在维持罐停留的时间都必须符合要求，确保灭菌彻底。其在维持罐停留的时间都必须符合要求，确保灭菌彻底。当冷却管开放冷水时，防止因突然冷却造成负压而吸入外当冷却管开放冷水时，防止因突然冷却造成负压而吸入外界空气。为确保灭菌温度稳定，连消必须实现自动控制。界空气。为确保灭菌温度稳定，连消必须实现自动控制。 补料 补入发酵罐内的料液一定

51、要保证无菌。补入发酵罐内的料液一定要保证无菌。 种子 有关种子操作的制度要严格遵守；摇瓶瓶塞要确保严密。有关种子操作的制度要严格遵守；摇瓶瓶塞要确保严密。发酵工艺控制修改课件 无菌试验 无菌试验要严格取样操作，力求减少误差。应同时用无菌试验要严格取样操作，力求减少误差。应同时用肉汤和双碟作对照，以便迅速作出判断。当发现染菌时，肉汤和双碟作对照，以便迅速作出判断。当发现染菌时，要通过分辨菌型来探索菌源，并对杂菌做耐热试验考察。要通过分辨菌型来探索菌源，并对杂菌做耐热试验考察。如果怀疑种子罐染菌，则种子不能轻率进发酵罐。如果怀疑种子罐染菌，则种子不能轻率进发酵罐。 发酵工艺控制修改课件3、 无菌检

52、查与染菌的处理 为了防止在种子培养或发酵过程中污染杂菌，在接种前为了防止在种子培养或发酵过程中污染杂菌，在接种前后、种子培养及发酵过程中分别进行无菌检查，以便及时后、种子培养及发酵过程中分别进行无菌检查，以便及时发现染菌，并在染菌后及时进行必要处理是很重要的。发现染菌，并在染菌后及时进行必要处理是很重要的。 （1）无菌检查 染菌通常通过染菌通常通过3 3个途径发现：无菌试验、发酵液直接个途径发现：无菌试验、发酵液直接镜检、发酵液的生化分析。其中无菌试验是判断染菌的主镜检、发酵液的生化分析。其中无菌试验是判断染菌的主要依据。要依据。 无菌试验方法有双碟培养、斜面培养、肉汤培养等，无菌试验方法有双

53、碟培养、斜面培养、肉汤培养等，其中以双碟和肉汤培养为主。其中以双碟和肉汤培养为主。发酵工艺控制修改课件（2）染菌的判断 以肉汤和双碟培养的反应为主，镜检为辅。以肉汤和双碟培养的反应为主，镜检为辅。 每每8h8h一次的无菌检查，至少用一次的无菌检查，至少用2 2只酚红肉汤及只酚红肉汤及1 1只双碟同只双碟同时取样。时取样。 无菌试验时，如果肉汤连续无菌试验时，如果肉汤连续3 3次变色（红次变色（红黄）或产生浑黄）或产生浑浊，或双碟培养连续浊，或双碟培养连续3 3次有杂菌菌落，即判断为染菌。次有杂菌菌落，即判断为染菌。 发酵工艺控制修改课件（3）染菌率的统计 以发酵罐染菌批（次）为基准，染菌罐批（

54、次）应包以发酵罐染菌批（次）为基准，染菌罐批（次）应包括染菌重消的重复染菌批（次）在内。整个发酵周期中，括染菌重消的重复染菌批（次）在内。整个发酵周期中，无论前期或后期染菌，均作无论前期或后期染菌，均作“染菌染菌”论处。论处。发酵（罐）染菌批（次）发酵（罐）染菌批（次）总投罐批（次）总投罐批（次）染菌率（染菌率（% %） = = 100% 100% 发酵工艺控制修改课件（4）染菌的处理 发现染菌后，应立即根据染菌的种类及产生菌的菌龄等发现染菌后，应立即根据染菌的种类及产生菌的菌龄等具体情况分别进行处理。除据染菌时间及危害程度对污染具体情况分别进行处理。除据染菌时间及危害程度对污染罐进行挽救或处

55、理外，对有关设备也应进行处理。罐进行挽救或处理外，对有关设备也应进行处理。 发酵中后期染菌或前期染菌轻微而发现较晚时，可加入适发酵中后期染菌或前期染菌轻微而发现较晚时，可加入适当的杀菌剂或抗生素；或把高单位的后期发酵液压一部分到染当的杀菌剂或抗生素；或把高单位的后期发酵液压一部分到染菌罐中，抑制杂菌生长速度；或者降低罐温，减缓杂菌繁殖速菌罐中，抑制杂菌生长速度；或者降低罐温，减缓杂菌繁殖速度。度。 种子罐染菌后，种子不能再接入发酵罐中，这时可用备用种子罐染菌后，种子不能再接入发酵罐中，这时可用备用种子接种。如无备用种子，则可选一适当培养龄的发酵罐培种子接种。如无备用种子，则可选一适当培养龄的发

56、酵罐培养物作种子，即生产上所说的养物作种子，即生产上所说的“倒种倒种”。 发酵罐前期染菌后，如培养基中发酵罐前期染菌后，如培养基中C C、N N含量尚高，则可重新含量尚高，则可重新灭菌，接种后再运转；若染的杂菌危害性较大，则放掉部分灭菌，接种后再运转；若染的杂菌危害性较大，则放掉部分料液，补入新料液，重新灭菌、接种。料液，补入新料液，重新灭菌、接种。发酵工艺控制修改课件二、噬菌体污染的防治二、噬菌体污染的防治 在国内外，发酵工业中噬菌体的危害是一个普遍的问题。在国内外，发酵工业中噬菌体的危害是一个普遍的问题。对于丙酮丁醇、氨基酸、酶制剂和抗生素等发酵都有噬菌对于丙酮丁醇、氨基酸、酶制剂和抗生素

57、等发酵都有噬菌体的危害，所带来的经济损失是相当惊人的。体的危害，所带来的经济损失是相当惊人的。发酵工艺控制修改课件1、噬菌体的污染源 噬菌体广泛地存在于适合宿主生存的泥土、污水和空气中；噬菌体广泛地存在于适合宿主生存的泥土、污水和空气中； 发酵工业生产菌的噬菌体可以从异常发酵液和工厂环境中分发酵工业生产菌的噬菌体可以从异常发酵液和工厂环境中分离出来，溶源性细菌也混杂在工厂周围环境的细菌中；离出来，溶源性细菌也混杂在工厂周围环境的细菌中； 一个新的发酵工厂往往在投产不久便会出现噬菌体污染；一个新的发酵工厂往往在投产不久便会出现噬菌体污染； 研究认为，当有许多细菌存在时，相应的噬菌体就会马上出研究

58、认为，当有许多细菌存在时，相应的噬菌体就会马上出现，其浓度在自然条件下很容易增高。现，其浓度在自然条件下很容易增高。发酵工艺控制修改课件 工厂本身的排放物有时也给重复污染提供了噬菌体来源。工厂本身的排放物有时也给重复污染提供了噬菌体来源。生产过程中发酵气体排出，可以带有大量的生产菌。生产过程中发酵气体排出，可以带有大量的生产菌。 在生产罐污染有少量噬菌体（尚可进行生产）时，噬菌在生产罐污染有少量噬菌体（尚可进行生产）时，噬菌体也被排到环境中，造成恶性循环。体也被排到环境中，造成恶性循环。 废弃的发酵液处理不当可以成为难以对付的污染源。废弃的发酵液处理不当可以成为难以对付的污染源。 发酵工艺控制

59、修改课件2、 噬菌体污染与发酵异常 噬菌体污染后的情况因发酵工业的种类、污染的噬菌体噬菌体污染后的情况因发酵工业的种类、污染的噬菌体特性、污染时间、感染复度（即培养物内的噬菌体与细菌特性、污染时间、感染复度（即培养物内的噬菌体与细菌的比率）、培养基成分、发酵罐内的物理和化学条件不同的比率）、培养基成分、发酵罐内的物理和化学条件不同而异。即使同样的噬菌体并不一定引起同样的异常发酵情而异。即使同样的噬菌体并不一定引起同样的异常发酵情况。况。发酵工艺控制修改课件一般来说，噬菌体污染引起的异常发酵有以下表现：（1 1）污染较轻，或在发酵末期污染，则使发酵过程减慢或降）污染较轻，或在发酵末期污染，则使发

60、酵过程减慢或降低发酵产率。也有的行业在这种情况下产率反而增高；低发酵产率。也有的行业在这种情况下产率反而增高； （2 2）在细菌对数生长期污染，而且污染量大，就会造成细菌）在细菌对数生长期污染，而且污染量大，就会造成细菌溶解，发酵终止。溶解，发酵终止。 噬菌体污染后可以观察到糖消耗减慢，噬菌体污染后可以观察到糖消耗减慢，pHpH异常变化，产异常变化，产气减少，发酵稀薄，继之活的生产菌减少。通过测定可过滤气减少，发酵稀薄，继之活的生产菌减少。通过测定可过滤性、传染性、宿主特异性、溶菌斑形成能力和电镜观察来鉴性、传染性、宿主特异性、溶菌斑形成能力和电镜观察来鉴别异常发酵中的噬菌体。别异常发酵中的噬

61、菌体。 发酵工艺控制修改课件3、噬菌体污染的防治 发酵工业生产中噬菌体污染是一个复杂的问题，虽然发酵工业生产中噬菌体污染是一个复杂的问题，虽然至今还没有完全满意地解决这一问题，但采取一些措施至今还没有完全满意地解决这一问题，但采取一些措施来防治噬菌体的污染，也有一定的成效。来防治噬菌体的污染，也有一定的成效。 （1）防止噬菌体入侵和蔓延 发酵工厂生产菌的噬菌体广泛存在于其周围环境中，为了发酵工厂生产菌的噬菌体广泛存在于其周围环境中，为了防止噬菌体的污染，保持周围环境的清洁是必要的，所有设防止噬菌体的污染，保持周围环境的清洁是必要的，所有设备和设施如发酵罐、管道系统等要进行灭菌处理。备和设施如发

62、酵罐、管道系统等要进行灭菌处理。 妥善地保藏菌种、对原料和水进行无菌处理、对工厂空气、妥善地保藏菌种、对原料和水进行无菌处理、对工厂空气、种子、发酵液、泥土和污水的噬菌体浓度进行日常检查，即种子、发酵液、泥土和污水的噬菌体浓度进行日常检查，即使空气中噬菌体浓度极低时，也要进行检测。使空气中噬菌体浓度极低时，也要进行检测。发酵工艺控制修改课件 喷洒氯化物或杀藻胺喷洒氯化物或杀藻胺(benzalkonium chloride)(benzalkonium chloride)气溶胶气溶胶能杀灭活噬菌体，紫外线照射用作一种额外的保护措施。能杀灭活噬菌体，紫外线照射用作一种额外的保护措施。漂白粉漂白粉(0

63、.2%)(0.2%)、阳离子表面活性剂（如季铵盐、阳离子表面活性剂（如季铵盐0.01%0.01% 0.1%0.1%）和福尔马林（）和福尔马林（1%1%）均可单独使用，如果必要）均可单独使用，如果必要也可联合使用。也可联合使用。发酵工艺控制修改课件（2）选用抗噬菌体突变株 抗噬菌体突变株应具备以下特征：1 1）对以前出现过的噬菌体都具有抗性；）对以前出现过的噬菌体都具有抗性；2 2）为非溶源菌；）为非溶源菌；3 3）具有与原始菌株相当或更高的生产能力；）具有与原始菌株相当或更高的生产能力；4 4）没有回复突变成噬菌体敏感株的能力。）没有回复突变成噬菌体敏感株的能力。 对付噬菌体污染的一个措施就是

64、分离抗正在污染的噬对付噬菌体污染的一个措施就是分离抗正在污染的噬菌体的细菌突变株，用于发酵生产上。菌体的细菌突变株，用于发酵生产上。发酵工艺控制修改课件（3）使用抑制噬菌体复制的化学药物 药物必须具有以下性质： 选择性抑制噬菌体而不影响宿主菌生长或发酵过程；选择性抑制噬菌体而不影响宿主菌生长或发酵过程； 在食品发酵工业上要求该化学物质不影响产品质量；在食品发酵工业上要求该化学物质不影响产品质量； 用量要小，要经济。用量要小，要经济。 发酵工艺控制修改课件 有些噬菌体感染需要双价阳离子有些噬菌体感染需要双价阳离子(Ca(Ca2+2+、MgMg2+2+) )吸附或吸附或DNADNA注注射才能进行。

65、使用络合剂可获得较好的效果，如射才能进行。使用络合剂可获得较好的效果，如0.2-0.3%0.2-0.3%多多磷酸钠、磷酸钠、0.1-0.2%0.1-0.2%肌醇六磷酸肌醇六磷酸 (phytic acid)(phytic acid)、0.2-0.5%0.2-0.5%柠柠檬酸或草酸等可抑制乳糖发酵短杆菌的噬菌体。檬酸或草酸等可抑制乳糖发酵短杆菌的噬菌体。 非离子去污剂如聚乙烯二醇酯酸、聚羟乙烯烷基醚、吐温非离子去污剂如聚乙烯二醇酯酸、聚羟乙烯烷基醚、吐温2020、吐温、吐温6060均能明显地抑制噬菌体吸附、复制，或引起流行均能明显地抑制噬菌体吸附、复制，或引起流行性感染。性感染。 有些抗生素能抑制

66、多种噬菌体，氯霉素（有些抗生素能抑制多种噬菌体，氯霉素（1 1 g/mlg/ml）对丙）对丙酮丁醇乳酸棒杆菌的酮丁醇乳酸棒杆菌的HMHM噬菌体有良好的抑制作用，对宿主噬菌体有良好的抑制作用，对宿主菌无影响。菌无影响。发酵工艺控制修改课件第第 七七 节节 发发 酵酵 终终 点点 的的 判判 断断发酵工艺控制修改课件不同类型的发酵，要达到的目标不同，因而发酵终点的判断标准也不同发酵工艺控制修改课件1） 一般对发酵及原材料成本占整个生产成本主要部分 的发酵产品，主要追求提高： 产率产率 （kg / mkg / m3 3 h)h) 得率得率 （KgKg产物产物 / kg/ kg基质）基质） 发酵系数发

67、酵系数 （kgkg产物产物 / /罐容积罐容积 m m3 3发酵周期发酵周期h h）2）如下游提取、精制占主要部分，则除了要求高的产率和发酵系数外，还要求高的产物浓度。发酵工艺控制修改课件t t T T 培养放罐、检修的工作时间培养放罐、检修的工作时间t tD D 打料、灭菌时间打料、灭菌时间t tL L 停滞期停滞期 分批培养的生产率发酵工艺控制修改课件发酵总的生产周期： t = 1/mlnXf/X0 + tT + tL + tDt t T T 培养放罐、检修的工作时间培养放罐、检修的工作时间t tD D 打料、灭菌时间打料、灭菌时间t tL L 停滞期停滞期 X X0 0和和X Xf f

68、起始和终了时的细胞浓度；起始和终了时的细胞浓度；m m 最大比生长速率最大比生长速率发酵工艺控制修改课件 如要提高总的生产率则有必要缩短发酵周期。 就是要在产物合成速率较低时放罐，延长发酵虽然略能就是要在产物合成速率较低时放罐，延长发酵虽然略能提高产物浓度，但生产率下降，且消耗每千瓦电力，每吨冷提高产物浓度，但生产率下降，且消耗每千瓦电力，每吨冷却水所得产量也下跌，成本提高。却水所得产量也下跌，成本提高。 放罐时间对下游工序有很大影响 放罐时间过早，会残留过多的养分，如糖、脂肪、可溶放罐时间过早，会残留过多的养分，如糖、脂肪、可溶性蛋白等，对提取不利，这些物质能增加乳化作用或干扰树性蛋白等，对提取不利，这些物质能增加乳化作用或干扰树脂的交换；脂的交换； 放罐时间太晚，菌丝自溶，不仅会延长过滤时间还会使一放罐时间太晚，菌丝自溶，不仅会延长过滤时间还会使一些不稳定的抗生素单位下跌，扰乱提取工段的作业计划。些不稳定的抗生素单位下跌，扰乱提取工段的作业计划。发酵工艺控制修改课件