第七章菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響及控制3課件

1、菌體濃度對(duì)發(fā)酵的 影響及控制菌體濃度對(duì)發(fā)酵的 影響及控一、菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響及控制 菌體（細(xì)胞）濃度簡(jiǎn)稱菌濃是指單位體積培養(yǎng)液中菌體的含量。 菌濃的大小，在一定條件下，不僅反映菌體細(xì)胞的多少，而且反映菌體細(xì)胞生理特性不完全相同的分化階段。一、菌體濃度對(duì)發(fā)酵的影響及控制 菌體（細(xì)胞）濃影響菌體生長(zhǎng)（菌濃）的因素1.微生物的種類和自身的遺傳特性 不同種類的微生物其生長(zhǎng)速率取決于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和生長(zhǎng)機(jī)制幾種典型生物的倍增時(shí)間：細(xì)菌：45min酵母：90min霉菌：3h原生動(dòng)物：6h影響菌體生長(zhǎng)（菌濃）的因素1.微生物的種類和自身的遺傳特性2.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件據(jù)Monod方程，生長(zhǎng)速度取決于基質(zhì)

2、的濃度基質(zhì)抑制作用：在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)上限濃度以內(nèi)，菌體比生長(zhǎng)速率則隨濃度的增加而增加，但超過(guò)上限濃度，反而會(huì)引起生長(zhǎng)速率的下降2.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件基質(zhì)抑制作用產(chǎn)生的原因：1.高濃度營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)所形成的高滲透壓使細(xì)胞脫水2.甲醇、苯酚等化合物對(duì)一些關(guān)鍵酶的抑制或引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分的變化一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的上限濃度（g/L）：NH4+：5.0PO43-：10葡萄糖：100基質(zhì)抑制作用產(chǎn)生的原因：菌體對(duì)發(fā)酵的影響主要表現(xiàn)：1.菌濃度對(duì)產(chǎn)物的率的影響（1）在適當(dāng)?shù)谋壬L(zhǎng)速率下，發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率與菌濃成正比關(guān)系 發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率Rp = Qp X其中Qp為菌體的比生產(chǎn)速率，X為菌體濃度菌體對(duì)發(fā)酵的影響主要表現(xiàn)：1.菌濃度對(duì)

3、產(chǎn)物的率的影響（2）菌濃過(guò)高，對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生多種不利影響 OUR：培養(yǎng)液的攝氧率，r；OTR：氧的傳遞速率，N；可能改變菌體的代謝途徑，特別是對(duì)培養(yǎng)液中溶解氧的影響較明顯。攝氧率OUR按比例增加，氧傳遞速率OTR成對(duì)數(shù)減少（2）菌濃過(guò)高，對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生多種不利影響（3）為獲得最高的生產(chǎn)率，需要采用攝氧速率與傳氧速率相平衡的菌體濃度，最好維持在臨界菌體濃度 臨界菌體濃度?在抗生素生產(chǎn)中，如何確定并維持臨界菌體濃度是提高抗生素生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。臨界菌體濃度是由菌體的遺傳特性和發(fā)酵罐的傳氧特性共同影響的結(jié)果。（3）為獲得最高的生產(chǎn)率，需要采用攝氧速率與傳氧速率相平衡的2.菌濃度對(duì)發(fā)酵液溶解氧的影響 發(fā)酵過(guò)程中

4、隨著菌濃的增加，培養(yǎng)液的攝氧率按比例增加，但表觀黏度也增加，使氧的傳質(zhì)速率成對(duì)的減少，當(dāng)攝氧速率大于供氧速率時(shí)，發(fā)酵液溶解氧濃度就會(huì)減少，并成為限制性因素。2.菌濃度對(duì)發(fā)酵液溶解氧的影響 比如：早期酵母發(fā)酵，出現(xiàn)過(guò)代謝途徑改變、酵母生長(zhǎng)停滯、產(chǎn)生乙醇的現(xiàn)象；抗生素發(fā)酵中，也受溶氧限制，使產(chǎn)量變低。 比如：早期酵母發(fā)酵，出現(xiàn)過(guò)代謝途徑改變、臨界菌體濃度定義：攝氧速率隨菌體濃度變化的曲線和供氧速率隨菌體濃度變化的曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的菌體濃度。臨界菌體濃度定義：攝氧速率隨菌體濃度變化的曲線和供氧速率隨菌臨界菌體濃度是菌體的遺傳特性和發(fā)酵罐的傳氧特性的綜合反映。當(dāng)發(fā)酵罐的通氣和攪拌強(qiáng)度大、傳氧速率高時(shí)、

5、供氧速率的曲線將向上揚(yáng)，當(dāng)菌種需氧量小、耗氧速率相應(yīng)降低時(shí)，攝氧速率曲線的斜率將下降。這兩種情況都將使臨界菌體濃度上升，反之則下降。臨界菌體濃度是菌體的遺傳特性和發(fā)酵罐的傳氧特性的綜合反映。菌體濃度的大小與菌體生長(zhǎng)速度有密切關(guān)系，而菌體生長(zhǎng)速度與環(huán)境條件和自身遺傳因素有關(guān)，在這些影響因素中，通過(guò)改變培養(yǎng)基濃度及中間補(bǔ)料來(lái)控制菌體濃度是發(fā)酵過(guò)程中主要的措施。菌體濃度的控制菌體濃度的大小與菌體生長(zhǎng)速度有密切關(guān)系，而菌體生長(zhǎng)速度與環(huán)境依靠調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的濃度來(lái)控制菌濃。首先確定基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中有個(gè)適當(dāng)?shù)呐浔?，避免產(chǎn)生過(guò)濃（或過(guò)?。┑木w量。然后通過(guò)中間補(bǔ)料來(lái)控制，如當(dāng)菌體生長(zhǎng)緩慢、菌濃太稀時(shí)，則可補(bǔ)加一

6、部分磷酸鹽，促進(jìn)生長(zhǎng)，提高菌濃；但補(bǔ)加過(guò)多，則會(huì)使菌體過(guò)分生長(zhǎng)，超過(guò)臨界濃度，對(duì)產(chǎn)物合成產(chǎn)生抑制作用。利用菌體代謝產(chǎn)生的CO2量來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程的補(bǔ)糖量，以控制菌體的生長(zhǎng)和濃度。依靠調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的濃度來(lái)控制菌濃。首先確定基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中有個(gè)發(fā)酵過(guò)程菌體濃度的檢測(cè)工業(yè)發(fā)酵過(guò)程中菌體濃度的測(cè)定方法常用的有濁度法、干重法、離心稱濕法或測(cè)體積法等。發(fā)酵過(guò)程菌體濃度的檢測(cè)工業(yè)發(fā)酵過(guò)程中菌體濃度的測(cè)定方法常用的濁度法：用于澄清發(fā)酵液中非絲狀菌的菌濃的測(cè)定。通常取發(fā)酵液在420600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定光密度（OD值）。 吸光度要求控制在0.3-0.5范圍內(nèi)，此時(shí)吸光值與細(xì)胞濃度呈線性關(guān)系，故對(duì)于較濃發(fā)酵液需稀釋在此范圍內(nèi)測(cè)量。濁度法：用于澄清發(fā)酵液中非絲狀菌的菌濃的測(cè)定。通常取發(fā)酵液在干重法：取一定體積的發(fā)酵液離心或過(guò)濾，洗去濾渣上可溶物質(zhì)后，105烘至恒重稱量即得干細(xì)胞重。此法費(fèi)時(shí)但對(duì)于不含不溶性固形物的發(fā)酵液重現(xiàn)性好，對(duì)含有不溶性固形物或者油質(zhì)的培養(yǎng)液則難以有準(zhǔn)確結(jié)果。干重法：取一定體積的發(fā)酵液離心或過(guò)濾，洗去