各工藝條件對(duì)發(fā)酵的影響(一)

1、各工藝條件對(duì)發(fā)酵的影響發(fā)酵條件控制的目的 就是要為生產(chǎn)菌創(chuàng)造一個(gè)最適的環(huán)境， 使我們所需要的代謝活動(dòng)得 以最充分的表達(dá)，積累更多的代謝產(chǎn)物。影響L- 蘇氨酸產(chǎn)量的因素有很多，如培養(yǎng)基、溫度、pH、溶氧等。1、培養(yǎng)基對(duì)發(fā)酵的影響 ： 發(fā)酵培養(yǎng)基必需滿足微生物的能量、元素及特殊養(yǎng)分的需求：碳源、氮源、無機(jī)鹽類、 生長(zhǎng)因子等。（ 1）碳、氮、磷的平衡： C/N 直接影響菌體的生長(zhǎng)和代謝，如果 C/N 偏?。ǖ簇S富）， 會(huì)導(dǎo)致菌體生長(zhǎng)過剩，易造成菌體提前衰老自溶； C/N 過大，菌體繁殖數(shù)量少，發(fā)酵密度 低，細(xì)菌代謝不平衡，不利于產(chǎn)物的積累。磷是核酸與磷脂的成分，組成高能磷酸化合物及 許多酶的活性基

2、，磷不足影響菌體生長(zhǎng)。 在代謝方面，適量磷有利于糖代謝的進(jìn)行；磷酸根 在能量代謝中起調(diào)節(jié)作用。 另外， 在一定范圍內(nèi)， 磷酸鹽對(duì)培養(yǎng)基 pH 值的變化起緩沖作用。（ 2）基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響： 低濃度有誘導(dǎo)作用（遲滯期產(chǎn)生各種酶），高濃度會(huì)起分解 代謝物阻遏作用；培養(yǎng)基過于豐富，會(huì)使菌體生長(zhǎng)過盛，發(fā)酵液黏稠，影響傳質(zhì)。（ 3）碳源的種類和濃度對(duì)發(fā)酵的影響：碳源的種類對(duì)發(fā)酵的影響主要取決于其性質(zhì)，即快速利用的碳源（速效碳源）和緩慢 利用的碳源（遲效碳源）。速效碳源（如葡萄糖）能較快地參與微生物的代謝，合成菌體、 產(chǎn)生能量、合成代謝產(chǎn)物等；遲效碳源（如蔗糖）不能被微生物直接吸收利用，需要微生物 分

3、泌胞外酶先將其分解成小分子物質(zhì)，因此菌體利用緩慢。速效碳源 （葡萄糖）的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：吸收快，利用快，能迅速參加代謝合成菌體和產(chǎn)生能量。 缺點(diǎn)：有的分解代謝產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)物的合成會(huì)產(chǎn)生阻遏作用。碳源的濃度對(duì)菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成有著明顯的影響。以葡糖糖為例， 它對(duì)糖代謝中的一個(gè)關(guān)鍵酶葡糖糖氧化酶（GOD ）的形成具有雙重效應(yīng)，即低濃度下有誘導(dǎo)作用，而高濃度下有分解代謝產(chǎn)物阻遏效應(yīng)。 為避免初始培養(yǎng)基中滲透壓過高， 一般采用中間補(bǔ)糖 的方法控制碳源濃度。發(fā)酵過程中補(bǔ)糖過量， 碳代謝流在糖酵解途徑中過量， 必須分解部分氧化副產(chǎn)物 （如 乙 酸、乳酸、其它氨基酸等）來維持碳代謝流平衡，易造成碳源浪費(fèi)，糖酸

4、轉(zhuǎn)化率低。同時(shí)， 因補(bǔ)入糖造成pH下降，為維持平衡補(bǔ)氨量增多，而菌體利用有限，極易造成無機(jī)氮升高， 對(duì)菌體產(chǎn)生不良影響。補(bǔ)糖量不足，菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物合成受限。尤其是對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，缺糖還 會(huì)造成菌體過早衰老，后期活力低，產(chǎn)酸下降。（4）氮源的種類和濃度對(duì)發(fā)酵的影響 無機(jī)氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機(jī)氮源可以直接被菌體吸收利用，這種氮源叫做 速效氮源 ，反之為 遲效氮源 。前者包括氨基態(tài)氮的氨基酸或者銨鹽形式的硫酸銨和玉米 漿等，后者包括黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉等。速效氮源易于被菌體吸收利用， 所以有利于菌體生長(zhǎng)， 卻會(huì)影響某些產(chǎn)物的的產(chǎn)量； 遲 效氮源對(duì)延長(zhǎng)次級(jí)代謝產(chǎn)物的分泌期、 提高產(chǎn)物

5、產(chǎn)量有好處， 但一次性投入容易使養(yǎng)分過早 耗竭，導(dǎo)致菌體過早衰老自溶， 從而縮短產(chǎn)物分泌期。 因此，發(fā)酵培養(yǎng)基一般選用含有速效、 遲效氮源的混合氮源 。對(duì)某些發(fā)酵過程來說，培養(yǎng)基中某些氮源的添加有利于該發(fā)酵過程中產(chǎn)物的積累，這 些主要是培養(yǎng)基中的 有機(jī)氮源 作為菌體生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)外， 還能作為 產(chǎn)物的前體 。無機(jī)氮源 利用會(huì)快于有機(jī)氮源，但是 常會(huì)引 pH 值的變化 ，這必須注意隨時(shí)調(diào)整。2、pH 對(duì)發(fā)酵的影響發(fā)酵過程中發(fā)酵液的 pH 值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動(dòng)的綜合指標(biāo)， 是一項(xiàng)重 要的發(fā)酵參數(shù)。它對(duì)菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)品的積累有很大的影響。發(fā)酵液 pH 值對(duì)發(fā)酵的影響（ 1） pH 值對(duì)

6、微生物的生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物合成的影響a） 影響酶的活性：酶需在最適的pH值環(huán)境中工作；當(dāng)pH抑制菌體中某些酶的活性時(shí)， 使菌體的新陳代謝受阻；b）影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)，從而改變細(xì)胞膜的滲透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì)的吸收及代謝產(chǎn)物的排泄，因此影響代謝的正常進(jìn)行；c）影響培養(yǎng)基某些組分和中間代謝產(chǎn)物的離解，從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用；d）pH 不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。 以蘇氨酸發(fā)酵為例，當(dāng) pH 持續(xù)偏低時(shí)，菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成均受到一定抑制。（2）引起 pH 下降的因素a）碳源過量特別是葡萄糖過量，或中間補(bǔ)糖過多，加之溶氧不足，致使有機(jī)酸大量積

7、 累而使pH下降；b）消泡劑添加過量；c）生理酸性物質(zhì)的存在（硫酸銨）；d）發(fā)酵過程中 補(bǔ)氨不足 （液氨壓力較低， 或液氨靠罐閥開度較小， 或補(bǔ)氨自控開閥時(shí)間和比例設(shè)置不合理 等）。e）發(fā)酵初期、種子罐中后期因代謝旺盛，離線測(cè)定pH時(shí)會(huì)隨取樣時(shí)間長(zhǎng)短導(dǎo)致 pH不同程度下降。（ 3）引起 pH 上升的因素a）氮源過多，氨基氮釋放；b）生理堿性物質(zhì)的存在（如硝酸鈉）；c）發(fā)酵過程中補(bǔ)氨過多（液氨壓力較高， 或液氨靠罐閥開度較大， 或補(bǔ)氨自控開閥時(shí)間和比例設(shè)置不合理等） ； 罐中進(jìn)液氨；d）缺糖；e）菌體自溶。3、溶氧對(duì)發(fā)酵的影響蘇氨酸發(fā)酵為好氣發(fā)酵，發(fā)酵過程中需要適量的溶解氧以維持其呼吸代謝和產(chǎn)物

8、合成 （基因工程菌相對(duì)于野生菌需氧量更大） 。（ 1）溶氧對(duì)發(fā)酵的影響a）溶氧不足：基因工程菌質(zhì)粒體丟失；呼吸受限，菌體量少，活力低；代謝途徑改變， 產(chǎn)生乙酸、乳酸、其他氨基酸等副產(chǎn)物；第 2 頁 共 4 頁b）溶氧過高：破壞細(xì)胞組分；糖趨于完全氧化，糖酸轉(zhuǎn)化率下降。發(fā)酵后期溶氧過高可能會(huì)造成代謝異常，菌體提前自溶。（2）發(fā)酵過程溶氧的變化a）發(fā)酵前期：由于微生物大量繁殖，需氧量不斷大幅度增加，此時(shí)需氧超過供氧，溶 氧明顯下降；b）發(fā)酵中后期：溶氧濃度明顯受工藝控制手段的影響，如補(bǔ)糖量、風(fēng)量、罐壓等；c）發(fā)酵后期：由于菌體衰老，呼吸減弱，溶氧濃度也會(huì)逐步上升，一旦菌體自溶，溶 氧就會(huì)明顯上升。

9、（3）溶氧的控制a） 調(diào)節(jié)通風(fēng)量、罐壓與攪拌（有限措施）；b）限制基礎(chǔ)培養(yǎng)基的濃度，使發(fā)酵罐內(nèi)的生物體濃度維持于適當(dāng)水平；并以補(bǔ)料方式 供給某些營(yíng)養(yǎng)成分而控制菌體生長(zhǎng)率和呼吸率。（4） 引起溶氧異常下降的可能原因：a） 污染了好氣性雜菌，大量的溶氧被消耗，可能在短時(shí)間內(nèi)（一般25h內(nèi)）使溶氧 接近到零，并長(zhǎng)時(shí)間不回升；b）菌體代謝發(fā)生異常現(xiàn)象，需氧量增加，使溶氧下降；c）某些設(shè)備或工藝控制發(fā)生故障或變化，如攪拌功率消耗變小或攪拌速度變慢，影響 供氧能力，使溶氧降低。d）高溫影響。4、溫度對(duì)發(fā)酵的影響微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成都是在各種酶催化下進(jìn)行的，溫度是保證酶活性的重要條 件，因此在發(fā)酵系統(tǒng)中

10、必須保證穩(wěn)定而合適的溫度環(huán)境。通常在生物學(xué)范圍內(nèi)每升高10C,生長(zhǎng)速度就加快一倍，溫度直接影響其生長(zhǎng)。菌體的重要組成如蛋白質(zhì)、核酸等都對(duì)溫度較 敏感，隨著溫度的增高有可能遭受不可逆的破壞。（1）影響發(fā)酵溫度的因素a）產(chǎn)熱因素：生物熱和攪拌熱。b）散熱因素：蒸發(fā)熱和輻射熱。（2）溫度對(duì)發(fā)酵的影響a）影響各種酶的反應(yīng)速率和蛋白質(zhì)性質(zhì)：溫度過高，酶容易失活，表現(xiàn)為菌體易衰老， 影響產(chǎn)物最終產(chǎn)量；b）誦過影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)，間接影響牛物合成；溫度對(duì)發(fā)酵液物理性質(zhì)的影響：影響氧在發(fā)酵液中的溶解度（溫度上升，溶氧下降）；影響基質(zhì)的分解和吸收速率（如：菌體對(duì)硫酸鹽吸收在25C時(shí)最?。?。c）影響微牛物代謝調(diào)節(jié)及牛物合成方向：溫度與微生物的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制關(guān)系密切；微 生物的酶的組成和特性也受到溫度的控制。第3頁共4頁（ 3）最適溫度選擇a） 發(fā)酵周期：發(fā)酵初期選擇最適生長(zhǎng)溫度；0D達(dá)到一定程度，選擇最適發(fā)酵溫度；b）發(fā)酵條件：通氣條件較差的情況下，最適發(fā)酵溫度可能比良好通氣條件下低一些， 這