06生物工藝學第六章發(fā)酵過程原理講解課件

生物工藝學國家十一五規(guī)劃教材《生物工藝學》（邱樹毅主編）配套課件生物工藝學國家十一五規(guī)劃教材《生物工藝學》（邱樹毅主

目錄第一章緒論第二章工業(yè)微生物菌種選育、制備與保藏第三章工業(yè)培養(yǎng)基及其設計第四章生物工藝過程中的無菌技術第五章生物反應動力學第六章發(fā)酵過程原理第七章生物反應器及生物工藝過程的放大第八章生物反應過程參數(shù)檢測與控制第九章生物產品分離及純化技術第十章生物產品工藝學及應用目錄第一章緒論

第六章發(fā)酵過程原理6.1發(fā)酵方式6.1.1分批發(fā)酵6.1.2連續(xù)發(fā)酵6.1.3分批補料發(fā)酵6.1.4細胞的高密度發(fā)酵6.2發(fā)酵過程的影響因素6.2.1種子質量6.2.2培養(yǎng)基6.2.3滅菌情況6.2.4溫度6.2.5pH6.2.6氧的供給6.2.7二氧化碳和呼吸商6.2.8基質濃度、補料對發(fā)酵的影響6.2.9泡沫的形成及其對發(fā)酵的影響6.3雜菌及噬菌體感染6.3.1雜菌感染對發(fā)酵的影響及其防治6.3.2噬菌體感染對發(fā)酵的影響及其防治6.4發(fā)酵終點的判斷第六章發(fā)酵過程原理6.1發(fā)酵方式6.1

發(fā)酵方式根據(jù)微生物對氧的需求不同：好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵、兼性好氧發(fā)酵

根據(jù)所使用的培養(yǎng)基的形態(tài)不同：

固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)發(fā)酵、半固態(tài)發(fā)酵

按培養(yǎng)基的裝載方式不同

：

淺層發(fā)酵、深層發(fā)酵

在深層液態(tài)發(fā)酵過程中，根據(jù)操作方式的不同：

分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵、分批補料發(fā)酵6.1發(fā)酵方式根據(jù)微生物對氧的需求不同：根據(jù)所使用的6.1.1分批發(fā)酵

定義：分批發(fā)酵又稱間歇發(fā)酵(培養(yǎng))，是指將一定量的培養(yǎng)基一次性地加入發(fā)酵罐中，接種后發(fā)酵一段時間，一次性地排出發(fā)酵成熟液的培養(yǎng)方式特點：(1)在發(fā)酵過程中，菌體各個生長階段的生理、代謝特征明顯；(2)每一次發(fā)酵需進行反復的清洗、滅菌等操作，增大了發(fā)酵的非生產時間，降低設備利用率及發(fā)酵效率；(3)每次均存在一個微生物的生長適應、增殖過程，增大了對底物的消耗，使底物利用率低；(4)培養(yǎng)基中的底物濃度較高，具有較高的滲透壓，不利于微生物的生長等。分類：根據(jù)菌體濃度隨發(fā)酵時間的變化情況，分批發(fā)酵中微生物的生長過程可分為延遲期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期、衰亡期四個階段。根據(jù)代謝途徑的種類可將代謝產物分為初級代謝產物和次級代謝產物。6.1.1分批發(fā)酵定義：分批發(fā)酵又稱間歇發(fā)酵(培養(yǎng))，初級代謝產物：初級代謝產物常是微生物分解基質途徑中的直接產物，與微生物的生長、繁殖關系密切，其對生命存在的意義重大，如氨基酸、核酸、維生素等小分子物質。分批發(fā)酵過程中的菌體、基質和初級代謝產物三者濃度變化的過程特征是：菌體進入發(fā)酵罐后就開始生長、繁殖，直到達到一定的菌濃度。其生長過程顯示延滯期、對數(shù)期、靜止期和衰亡期等特征；基質濃度隨發(fā)酵時間的延長而降低，被用于菌體的生長繁殖及初級代謝產物的形成；產物的形成中沒有明顯的形成期，產物的形成與菌體的生長呈平行關系，產物生產速率與菌體的生長速率成正比關系。次級代謝產物：次級代謝產物以大多數(shù)的抗生素、生物堿和微生物毒素等物質為代表。菌體的生長及基質的消耗情況與初級代謝過程相同，但菌體的生長繁殖階段與產物的形成階段是分開的，即形成菌種的生長期和產物的生產期。在此種代謝中產物的形成只與菌體的多少量有關，與菌種的生長速率無關。次級代謝的代謝變化，一般可分為菌體生長、產物合成和菌體自溶三個階段。初級代謝產物：次級代謝產物：(3)菌體自溶階段：這個階段一般稱為菌體自溶期或發(fā)酵后期。在此階段中菌體衰老，細胞開始自溶，氨氮含量增加，pH上升，產物合成能力衰退，生產速率大幅度下降。發(fā)酵到此階段必須結束，否則不僅會因菌體自溶而使發(fā)酵液在過濾和提取等后續(xù)工藝中操作困難，而且產物可能會受菌體自身分泌的酶破壞。(2)產物合成階段：此階段主要是次級代謝產物的合成。在這個階段中，產物的產量逐漸增多，直至達到高峰，生產速率也達到最大，直至產物合成能力衰退。生產菌的呼吸強度一般無顯著變化，菌體物質的合成仍未停止，使菌體的重量有所增加，但基本不繁殖。這個階段的代謝變化是以碳源和氮源的分解代謝和產物的合成代謝為主。(1)菌體生長階段：生產菌接種后，在合適的培養(yǎng)條件下，經(jīng)過適應期，就開始生長和繁殖，直至菌體生長達到恒定。其代謝變化的主要特征是：碳源、氮源和磷酸鹽等營養(yǎng)物質不斷被消耗，pH也發(fā)生一定改變。新菌體不斷被合成，其攝氧率也不斷增大，溶氧濃度不斷下降。當營養(yǎng)物質消耗到一定程度，溶氧濃度降到一定水平時，即其中某一成分可能成為菌體生長的限制性因素，使菌體生長速率減慢，生長達到恒定。同時，在大量合成菌體期間，積累了相當量的某些代謝中間體，原有酶的活力下降(或消失)，出現(xiàn)了與次級代謝有關的酶或其酶被解除了控制等原因，導致菌體的生理狀況發(fā)生改變，發(fā)酵過程開始從菌體生長階段轉入產物合成階段。(3)菌體自溶階段：這個階段一般稱為菌體自溶期或發(fā)酵后期。在6.1.2連續(xù)發(fā)酵定義：連續(xù)發(fā)酵是在分批發(fā)酵的基礎上，以一定的速率連續(xù)地流加新鮮培養(yǎng)基并流出等量的發(fā)酵液，以維持培養(yǎng)系統(tǒng)內量的恒定，使細胞處于近似恒定狀態(tài)下生長的發(fā)酵培養(yǎng)方式，也稱連續(xù)培養(yǎng)。

特點：(1)可以維持穩(wěn)定的操作條件，從而使產率和產品質量也相應保持穩(wěn)定；(2)機械化和自動化程度高，可控性好，可較大程度地降低勞動強度；(3)避免菌種的適應期并減少設備清洗、滅菌等非生產占用時間，有效提高設備利用率，節(jié)省勞動力和工時，節(jié)省能源；(4)由于滅菌次數(shù)減少，使測量儀器探頭的壽命得以延長；(5)容易對工藝過程進行優(yōu)化，有效地提高發(fā)酵產率；(6)對設備、儀器及控制元器件的技術要求較高，從而增加投資成本；(7)發(fā)酵周期長，容易造成雜菌污染；(8)微生物容易發(fā)生變異，特別是代謝控制發(fā)酵所采用的菌種，大部分是經(jīng)過誘變的突變菌株，其遺傳性質非常不穩(wěn)定。應用：(1)在菌體生產方面的應用：(2)在代謝產物生產方面的應用：(3)用于微生物生理特性及動力學方面的研究：(4)在菌種遺傳穩(wěn)定性方面的研究：(5)在菌種的篩選和富集方面的研究：(6)在發(fā)酵培養(yǎng)基配方改進方面的研究：

6.1.2連續(xù)發(fā)酵定義：連續(xù)發(fā)酵是在分批發(fā)酵的基礎6.1.3分批補料發(fā)酵

定義：分批補料發(fā)酵是在分批發(fā)酵過程中，間歇地或連續(xù)地向培養(yǎng)基中補加新鮮培養(yǎng)基的發(fā)酵或培養(yǎng)方式，可在獲得較高的產品得率的同時有效利用培養(yǎng)基組分，是介于分批發(fā)酵及連續(xù)發(fā)酵之間的一種過渡性操作，又稱為半連續(xù)發(fā)酵或半連續(xù)培養(yǎng)。優(yōu)點：(1)可以避免在分批發(fā)酵過程中因一次性投料過多造成細胞大量生長而產生不利影響。(2)可以解除產物反饋抑制和分解代謝物抑制作用；(3)可作為控制細胞量的手段，以提高發(fā)芽孢子的比例；(4)可為自動控制和最優(yōu)控制提供實驗基礎。與連續(xù)發(fā)酵相比，分批補料發(fā)酵的菌種老化、變異、污染的幾率相對較低；最終產物濃度也較高；使用范圍也比連續(xù)發(fā)酵更為廣泛。6.1.3分批補料發(fā)酵定義：分批補料發(fā)酵是在分批發(fā)酵過程中缺點：(1)增加的反饋控制的附屬設備使投資較高；(2)在沒有反饋控制的系統(tǒng)中料液的添加程序是預先固定的。當菌體的生長與時間變化關系與預想的不一致或出現(xiàn)異常時，則不能進行有效的控制調節(jié)。而且，對發(fā)酵過程中的補料種類及補料時間的控制，需先進行相應的發(fā)酵動力學研究，在研究的基礎上結合經(jīng)驗，來確定最佳補料控制，這樣才可能進行較有效的控制；(3)對操作者的技能要求較高。(4)也存在一定量的清洗、滅菌等非生產時間，影響整個發(fā)酵過程的效率。應用：(1)用于菌體高密度培養(yǎng)的研究；(2)分批補料發(fā)酵方式也適合于與菌體生長偶聯(lián)的胞內產物的生產過程；缺點：應用：從理論上來講，當細胞處于適當?shù)纳a條件下，能保持較佳的生產能力，即當反應器中營養(yǎng)物充足、無細胞生長抑制物質積累，細胞生長在空間上不受限制時，細胞將持續(xù)生長，提高在反應器中的濃度，實現(xiàn)高密度培養(yǎng)。在一定范圍內，細胞代謝產物的產量隨著反應器內的細胞濃度的增加而增加。采用細胞高密度發(fā)酵，可以增加細胞代謝產物的產量，也縮小了反應器的容積和降低目的產物的分離提純費用。但需注意的是產物相對于底物的轉化率并不隨細胞濃度的增大而增大，這樣就會造成生產成本的增加。6.1.4細胞的高密度發(fā)酵從理論上來講，當細胞處于適當?shù)纳a條件下，能保持較佳的生產能6.1.4.1無生長抑制物積累時的細胞高密度發(fā)酵

建立細胞高密度發(fā)酵的實驗方案可從以下三個方面來考慮：(1)使用最低合成培養(yǎng)基，有助于避免引入未知的、不確定的對細胞生長不利因素存在，便于進行較準確的培養(yǎng)基設計和計算菌體的生長得率；(2)優(yōu)化細胞的生長速率，使碳源能被充分利用獲得較高的產率；(3)采用分批補料發(fā)酵方式，以碳源或氮源為限制性基質進行流加，有效控制細胞的生長速率，對氧的需求、菌種穩(wěn)定性等問題。6.1.4.1無生長抑制物積累時的細胞高密度發(fā)酵當有對細胞生長有抑制作用的代謝產物生成、積累時，如果不采取措施及時將這些物質除去，就不可能使菌體保持持續(xù)生長以達到高濃度。目前所研究用于除去抑制性產物的方法是在常規(guī)的反應器上偶聯(lián)滲析、萃取、過濾、滲透汽化等操作系統(tǒng)，在發(fā)酵的過程中實現(xiàn)邊發(fā)酵邊除去抑制性產物的操作。這樣的反應器類型有常用的攪拌罐和帶有外置式或內置式細胞持留裝置的反應器，如透析膜發(fā)酵系統(tǒng)、萃取發(fā)酵系統(tǒng)、外置過濾器的發(fā)酵系統(tǒng)等。6.1.4.2有生長抑制物生成時的細胞高密度發(fā)酵當有對細胞生長有抑制作用的代謝產物生成、積累時，如果不采取措(1)透析膜發(fā)酵系統(tǒng)：透析膜發(fā)酵系統(tǒng)結構如圖所示。其中關鍵裝置是半透性膜，它不能讓細胞自由通過，而允許發(fā)酵液及培養(yǎng)液中的成分可自由透過。通過半透膜使發(fā)酵液中的生長抑制性物質透過膜排出發(fā)酵罐，從而減小或排除抑制作用，同時使培養(yǎng)基貯罐中的營養(yǎng)物透過膜進入細胞的培養(yǎng)罐，以補充其消耗。(1)透析膜發(fā)酵系統(tǒng)：(2)萃取發(fā)酵系統(tǒng)：萃取發(fā)酵系統(tǒng)就是向發(fā)酵罐內或將發(fā)酵液引出發(fā)酵罐在單獨的萃取系統(tǒng)中加入難溶于水的有機溶劑，選擇性地萃取菌體的生長抑制物，從而減輕有毒產物對菌體發(fā)酵速率的抑制作用，從而提高菌體濃度，提高產物產率。在萃取操作中需選擇分配系數(shù)大、對微生物毒性小的廉價溶劑，并能較好地回收萃取劑。有人用這種方法對丙酮-丁醇發(fā)酵進行了研究。(2)萃取發(fā)酵系統(tǒng)：(3)外置過濾器的發(fā)酵系統(tǒng)：此系統(tǒng)是利用一種只能使發(fā)酵液通過而不能使微生物通過的微濾膜，將發(fā)酵液中的抑制性物質及其產物通過過濾膜降低其濃度，實現(xiàn)邊過濾邊發(fā)酵的操作，系統(tǒng)結構如圖所示。在過濾的同時還必須添加新鮮物料，滿足菌體不斷增殖發(fā)酵的營養(yǎng)需求。所用的微濾膜可用能夠滅菌的精密陶瓷或合成高分子材料，發(fā)酵液高速流過膜表面，濾液沿著與過濾膜垂直的方向通過膜進行錯流過濾。有人將這種發(fā)酵方式用于乳酸菌培養(yǎng)的研究中。(3)外置過濾器的發(fā)酵系統(tǒng)：6.2

發(fā)酵過程的影響因素

1種子質量2培養(yǎng)基3滅菌情況4溫度5pH6氧的供給7二氧化碳和呼吸商8基質濃度、補料對發(fā)酵的影響9泡沫的形成及其對發(fā)酵的影響6.2發(fā)酵過程的影響因素1種子質量2培養(yǎng)基36.2.1種子質量

菌種是發(fā)酵過程的關鍵，是發(fā)酵過程的核心和主體。它直接影響生產效率、產品成本和產品質量。首先，要采用自然育種、誘變育種、雜交育種、代謝控制育種、基因定向育種等一系列選育方法來改良原始菌株，得到生產菌株，滿足發(fā)酵生產高產、穩(wěn)定、安全的需求。一般情況下，接種時的菌齡以對數(shù)生長期后期，即培養(yǎng)液中菌濃接近高峰時的種子較為適宜。太年輕的種子接種后往往會出現(xiàn)前期生長緩慢，使整個發(fā)酵周期延長，產物開始形成時間推遲等現(xiàn)象。過老的種子雖然能獲得較多的菌量，但接種后會出現(xiàn)生產能力的下降，菌體過早出現(xiàn)衰退等現(xiàn)象。

種子的接種量的大小是由發(fā)酵罐中菌種的生長繁殖速度決定的。通常，采用較大的接種量可縮短菌種生長達到高峰的時間，使產物的合成提前。這是因為種子數(shù)量多，種子液中所含的大量胞外水解酶類，有利于加快菌體對基質的利用，使生產菌在整個發(fā)酵罐中較短時間內占具數(shù)量優(yōu)勢，從而減少雜菌污染機會。但是，如接種量過大，也可能使菌種生長過快，增大發(fā)酵液的粘度，導致溶氧及營養(yǎng)不足，影響產物的合成。在普通情況下種子的接種量為5％～10％為宜；抗生素發(fā)酵的接種量有時可增加到20％～25％，甚至更大。返回6.2.1種子質量菌種是發(fā)酵過程的關鍵培養(yǎng)基的作用培養(yǎng)基中的碳源6.2.2培養(yǎng)基

培養(yǎng)基是維持細胞發(fā)酵重要的物質基礎。培養(yǎng)基為細胞提供代謝過程所必需的能源，并提供滿足細胞生長及生產需要各種元素。所以，只有選用良好的培養(yǎng)基成分和配比，才能充分發(fā)揮生產菌種生物合成產物的能力，保證發(fā)酵單位、提取收率和產品質量。碳源常用于構建細胞和形成產物，工業(yè)培養(yǎng)基中碳源的種類可以分為迅速利用的碳源和緩慢利用的碳源。如葡萄糖能迅速地參與代謝、合成菌體和產生能量，并產生分解產物，因此，有利于菌體生長。但同時也會造成葡萄糖效應。緩慢利用的碳源，能被菌體緩慢利用，有效地控制了菌體利用碳源的速率，有利于延長代謝產物的合成時間，尤其是有利于延長次級代謝物抗生素的分泌期，所以成為許多微生物藥物的發(fā)酵的最適碳源。例如，乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油及半乳糖分別是青霉素、頭孢菌素C、鏈霉素、核黃素及生物堿發(fā)酵的最適碳源。培養(yǎng)基的作用培養(yǎng)基中的碳源6.2.2培養(yǎng)基培養(yǎng)基中的氮源培養(yǎng)基中的礦物質大多數(shù)微生物發(fā)酵需添加磷酸鹽、鎂、錳、鐵、鉀鹽和氯化物等礦物質。通常在自來水或天然培養(yǎng)基中已含有足夠量的所需微量元素，所以在初級代謝產物的發(fā)酵培養(yǎng)基中不需另外添加。但對于次級代謝產物的發(fā)酵，因為大多數(shù)金屬離子，尤其是無機磷酸鹽，能促進菌體生長，但對其生物合成卻有一定的抑制作用。所以，在次級代謝產物合成的培養(yǎng)基多為半合成培養(yǎng)基，需對各無機鹽離子的濃度進行嚴格控制，并根據(jù)各批原料的鹽離子成分及含量變化情況來適當?shù)卣{整培養(yǎng)基中鹽離子的濃度及種類，以防止抑制作用。工業(yè)培養(yǎng)基中的氮源有無機氮源和有機氮源兩大類，對菌體代謝都能產生明顯的影響。氮源的種類和濃度不同，均能影響產物合成的方向和產量。。與碳源相似，根據(jù)菌體利用速度，氮源也可分為快速利用的氮源，快速利用的氮源容易被菌體利用，促進菌體生長，但對某些代謝產物的合成，特別是次級代謝產物的合成產生調節(jié)作用，影響其產量；而緩慢利用的氮源對延長次級代謝產物的分泌期、提高產物的產量有好處。但單獨使用時，容易因養(yǎng)分不足而使菌體生長受阻，過早衰老而自溶，從而縮短產物的分泌期。所以，工業(yè)上常用的發(fā)酵培養(yǎng)基一般選用快速和慢速利用的氮源搭配使用。返回培養(yǎng)基中的氮源培養(yǎng)基中的礦物質大多數(shù)微生物發(fā)酵需添6.2.3滅菌情況

在發(fā)酵過程中，只允許生產菌存在和生長繁殖，不允許其他的雜菌存在，因此，在發(fā)酵之前，必須對發(fā)酵過程中所有與生產菌接觸的培養(yǎng)基、空氣、輔料、設備、管道等進行徹底的滅菌。在滅菌過程中，培養(yǎng)基的滅菌方法、滅菌溫度和時間除了對培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分有影響外，還會對培養(yǎng)基的性質有一定改變。如會改變發(fā)酵液的起泡性能，滅菌強度越大，其發(fā)酵液中的泡沫就越多。

滅菌是發(fā)酵工藝中的一個重要環(huán)節(jié)，而發(fā)酵的最終目的，是為了獲得產物高產。所以，對不同性質的原材料，不同的介質內容，應當選擇不同的消毒滅菌條件及滅菌方法，千萬不可生搬硬套只采用一種滅菌方法和模式。在保證滅菌效果的前提下，盡可能地減少培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及對被滅菌材料的破壞。返回6.2.3滅菌情況在發(fā)酵過程中，只允許6.2.4溫度

返回1溫度對發(fā)酵的影響2影響發(fā)酵溫度變化的因素3最適溫度的選擇4溫度的控制6.2.4溫度返回1溫度對發(fā)酵的影響2影響發(fā)酵溫6.2.4.1溫度對發(fā)酵的影響

發(fā)酵過程常涉及的菌株有霉菌、放線菌和一般細菌，它們絕大多數(shù)是中溫菌，最適生長溫度一般在20～40℃。溫度對酶的活性的發(fā)揮，生化反應速率的快慢，微生物的代謝調控機制的發(fā)揮，菌體代謝產物的合成方向等均會有不同程度的影響。所以，溫度會影響細胞生長、產物形成，另外還會影響發(fā)酵液的物理性質。溫度對化學反應速率的影響可用溫度系數(shù)Q10來表示，即溫度每增加10℃，化學反應速率增加的倍數(shù)，Q10一般為2～3。溫度影響著各代謝途徑的酶的活性作用，進而影響生物的代謝調控機制及產物的合成方向和產量。在酶的作用溫度范圍內，存在一個最適溫度。但通常在菌體內與生長及生產相關的代謝反應過程不同，涉及到的酶系也不相同，所以，最適生長溫度及最適生產溫度也常不相同。在最適生長溫度范圍內，溫度升高，細胞的生長、繁殖、代謝速度加快。當溫度超過最適生長溫度范圍時，酶的催化活性將受很大影響，酶失活的速率加快，細胞死亡速率加快，不利于細胞的生長

返回6.2.4.1溫度對發(fā)酵的影響發(fā)酵過程6.2.4.2

影響發(fā)酵溫度變化的因素

Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q顯-Q輻射

所謂發(fā)酵熱即發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量，它由產熱因素和散熱因素兩方面共同決定的。

生物熱(Q生物)2.攪拌熱（Q攪拌）3.蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)）4.輻射熱（Q輻射）生產菌在生長繁殖過程中產生的熱能，叫做生物熱。這種熱的來源主要是培養(yǎng)基中的碳水化合物、脂肪和蛋白質等物質被微生物分解成二氧化碳、水或其他物質時釋放出來的。其中部分能量被生產菌利用來合成高能化合物ATP，滿足菌體代謝和產物合成的能量需求，其余部分則以熱的形式散發(fā)到周圍環(huán)境中去，形成了生物熱，引起環(huán)境溫度的變化。

生物熱的大小，隨菌種所處的培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)階段的不同而變化。一般地說，對某—菌株而言，在相同條件下，培養(yǎng)基成分越豐富，營養(yǎng)被利用的速度越快，產生的生物熱就越大。在不同的菌種培養(yǎng)階段，菌體的呼吸作用、發(fā)酵作用的強度不同，所產生的熱量也就不同。

在發(fā)酵初期，菌體處在滯后期和孢子發(fā)芽時，菌數(shù)少，呼吸作用緩慢，產生的生物熱是有限的。當進入對數(shù)生長期后，菌體的生長、繁殖速率增大，呼吸作用激烈，就釋放出大量的熱能，使溫度升高快，并與細胞的合成量成正比。對數(shù)期后，菌體已基本上停止繁殖，逐漸衰老，主要靠菌體內的物質進行發(fā)酵，產生的熱量不高，溫度變化不大，且逐漸減弱。6.2.4.2影響發(fā)酵溫度變化的因素Q發(fā)酵=Q生物在機械攪拌罐中，攪拌器轉動引起的液體之間和液體與設備之間的摩擦所產生的熱量，即為攪拌熱。攪拌熱可根據(jù)Q=(P/V)3600近似計算，其中的P/V是通氣條件下單位體積發(fā)酵液所消耗的功率(kW/m3)，3600為熱功當量(kJ/(kw·h))?？諝膺M入發(fā)酵罐與發(fā)酵液廣泛接觸后，排出時引起水分蒸發(fā)所需的熱能，即為蒸發(fā)熱。水分的蒸發(fā)熱及廢氣因溫度差異所帶走的部分顯熱(Q顯)一起都散失到外界環(huán)境。由于進入的空氣溫度和濕度是隨外界的氣候和控制條件而變化，所以Q蒸發(fā)和Q顯是不確定的。由于發(fā)酵罐內外溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過罐體向外輻射，這種熱能稱為輻射熱(Q輻射)。輻射熱的大小取決于罐內外的溫度差，差值越大，Q輻射也越大。Q輻射受環(huán)境變化的影響，冬季影響較大，夏季影響較小，一般不會超過發(fā)酵熱的5%。返回在機械攪拌罐中，攪拌器轉動引起的液體之間和液體與設備之間的摩6.2.4.3最適溫度的選擇最適發(fā)酵溫度要既能滿足菌體的生長、又能滿足代謝產物合成的需要。但通常菌種不同，培養(yǎng)階段不同，培養(yǎng)目的不同，則最適溫度也不相同。最適生長溫度與最適生產溫度往往是不一致的。最適發(fā)酵溫度的選擇還要參考其他發(fā)酵條件，如培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件等。當發(fā)酵處于較差的通氣條件時，則可選擇較低的發(fā)酵溫度，以提高氧的溶解度，降低菌體生長速率、減少對氧的消耗量，從而彌補了因通氣不足而造成代謝異常。在使用濃度較稀或較易利用的培養(yǎng)基時，也可采用較低的培養(yǎng)溫度可避免菌體快速利用營養(yǎng)物質，導致的營養(yǎng)過早耗竭，菌體過早自溶，使產物合成提前終止的發(fā)酵異常。初級代謝產物乳酸的發(fā)酵，其生產菌乳酸鏈球菌的最適生長溫度為34℃，產酸量最多的溫度為30℃，發(fā)酵速度最高的溫度為40℃。在谷氨酸發(fā)酵中，生產菌的最適生長溫度為30℃～34℃，生產谷氨酸的最適溫度為36℃～37℃。次級代謝產物發(fā)酵青霉素的生產菌產黃青霉的最適生長溫度通常為30℃，而青霉素合成的最適溫度為24.7℃。返回6.2.4.3最適溫度的選擇最適發(fā)酵溫度要既能6.2.4.4溫度的控制工業(yè)上使用大體積發(fā)酵罐時，因發(fā)酵過程中釋放大量的發(fā)酵熱，一般不需要加熱，需要冷卻的情況較多。對于小型種子罐或發(fā)酵前期，散熱量有時會大于菌種所產生的發(fā)酵熱，特別是在氣候寒冷的地區(qū)或冬季．則需用熱水保溫。發(fā)酵罐的溫度控制，目前主要有罐內、罐外兩種換熱方式，罐內主要是采用蛇管或列管式換熱方式，常用于體積大于10m3以上的發(fā)酵罐。罐外換熱主要有夾套式換熱方式，常用于體積小于10m3的發(fā)酵罐，也有將發(fā)酵液引出罐外，在罐外用螺旋板式換熱器等換熱效率較高的換熱器對發(fā)酵液進行集中換熱，然后通過泵或壓差將發(fā)酵液打回發(fā)酵罐的循環(huán)換熱方式。發(fā)酵溫度的恒定常用自動化控制或手動調整的閥門來控制冷卻水的流量大小，以平衡時刻變化的發(fā)酵溫度，維持恒溫發(fā)酵。對于氣溫較高的季節(jié)，冷卻水達不到預期冷卻效果時，就可采用冷凍鹽水進行循環(huán)降溫，以迅速達到最適發(fā)酵溫度。返回6.2.4.4溫度的控制工業(yè)上使用大體積6.2.5pH

返回1pH對發(fā)酵的影響

2發(fā)酵過程中pH的變化情況

3影響發(fā)酵液pH值變化的因素4發(fā)酵pH的確定

5發(fā)酵pH的控制6.2.5pH返回1pH對發(fā)酵的影響2發(fā)酵過程中p6.2.5.1pH對發(fā)酵的影響發(fā)酵培養(yǎng)基的pH值，對微生物體內各酶系活性的發(fā)揮有著非常明顯的影響。pH對酶活性的影響，一方面是由于酶本身是蛋白質，過酸或過堿易使酶變性失活；另一方面是影響了酶分子的活性中心上有關基團或底物的解離，影響酶與底物的結合，從而影響酶的活力。多數(shù)微生物生長都有最適pH范圍及能忍受的pH上下限。大多數(shù)微生物能在3～４個pＨ單位范圍內生長，一般說來，大多數(shù)細菌生長的最適pH為6.3～7.5，霉菌和酵母菌生長最適pH為3～6；放線菌生長最適pH為7～8。通常，微生物能忍受的pH上限都在8.5左右，超過此上限，微生物將無法忍受而自溶，下限以酵母的2.5為最低。但菌體內的pH值一般認為是中性附近。釀酒酵母在pH為酸性時，酵母生長良好，而在pH偏堿性時，大量產生甘油。對于次級代謝產物鏈霉素生產菌灰色鏈霉菌的生長pH應控制在6.5～7.1，生產pH應控制在6.9～7.5。土霉素的生產菌龜裂鏈絲菌的生長pH應控制在6.0～6.6，生產pH應控制在5.6～6.4。若pH不當，會影響或改變菌體的生長和產物合成的代謝過程。在黑曲霉的檸檬酸發(fā)酵過程中，pH為2～3時，菌體合成檸檬酸；當pH為6～7，菌種則合成草酸。發(fā)酵過程pH的變化會引起菌體內ATP生產率的減少，因此引起細胞產量的減少，倍增時間增加。pH不同對細胞壁的機械強度也有明顯的影響，細胞壁的膨脹或收縮改變了細胞內部的滲透壓，使細胞形態(tài)發(fā)生變化。pH還對發(fā)酵液或代謝產物產生物理化學的影響，其中要特別注意的是對產物穩(wěn)定性的影響。

返回6.2.5.1pH對發(fā)酵的影響發(fā)酵培養(yǎng)基的pH6.2.5.2發(fā)酵過程中pH的變化情況在發(fā)酵過程中，pH的變化決定于所用菌種、培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)條件。一般在正常情況下，菌體在不同的生長階段，pH顯現(xiàn)一定的變化規(guī)律。(1)生長階段：根據(jù)菌體利用基質及涉及的代謝途徑的不同，pH呈現(xiàn)上升或下降的趨勢。如利福霉素B發(fā)酵起始pH為中性，但生長初期由于菌體產生的蛋白酶水解培養(yǎng)基中蛋白胨而生成銨離子，使pH上升至堿性。接著，隨著菌體量的增多、銨離子的利用及葡萄糖利用過程中產生的有機酸的積累使pH下降到酸性范圍，而有利于菌的生長。(2)生產階段：在此階段pH趨于穩(wěn)定，維持在最適產物合成的范圍。(3)自溶階段：隨著基質的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，發(fā)酵液中氨基氮增加，致使pH又上升，此時菌絲趨于自溶而代謝活動終止。返回6.2.5.2發(fā)酵過程中pH的變化情況在發(fā)酵過6.2.5.3影響發(fā)酵液pH值變化的因素(1)使pH下降的因素①培養(yǎng)基中碳源過多或降糖速度過快，特別是導致EMP途徑進行速度過快，打破了EMP和TCA之間的平衡，丙酮酸大量積累，使丙酮酸的代謝轉向生成乳酸，pH下降。②在發(fā)酵過程中，中間補料時添加碳源或消泡劑過量。其中消泡劑除了消泡的作用外，還可被微生物當作碳源利用掉，使pH下降。③在對數(shù)生長期，或者產物合成期，由于菌體需氧量增大，供氧不匹配，導致發(fā)酵液的溶解氧急劇下降，使得有氧呼吸等途徑受阻，乳酸等酸性物質積累，使pH下降。④培養(yǎng)基中的生理酸性物質被利用，引起pH下降。常見的生理酸性物質有(NH4)2SO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等，當其中的NH4+被利用后，余下的SO42-或PO43-被利用或者電離后，引起發(fā)酵液的pH下降。⑤酸性代謝產物，如檸檬酸、某些酸性氨基酸能溶解在發(fā)酵液中，造成HCO3－的CO2等的積累，也導致發(fā)酵液pH下降。⑥某些雜菌的感染，如醋酸桿菌、乳酸桿菌、野生酵母等，也會引起pH的下降。培養(yǎng)基在設計、配制過程中，氮源偏高，造成pH值上升。當菌體生長到一定的階段后，由于自身分泌的胞外蛋白酶，水解培養(yǎng)基中的蛋白質，產生并積累大量的氨基酸，從而使菌體內的氨基酸合成受阻，則NH4+濃度增加，導致發(fā)酵液的pH值上升。培養(yǎng)基中生理堿性物質被利用，引起pH的上升。常見的生理堿性物質有NaNO3、尿素等，當其中的NO3-被利用后，使發(fā)酵液pH值上升。在分批補料發(fā)酵過程中，中間補料時氨水或尿素等的堿性物質加入過多而使pH上升。發(fā)酵后期或發(fā)酵異常，菌體大量死亡、自溶造成菌體內容物的溶出，導致發(fā)酵液的pH上升。對于引起發(fā)酵液pH變化的生理酸性或生理堿性物質也是相對而言的，有些物質是生理酸性物質，但也可能在另一條件下表現(xiàn)為生理堿性物質，主要是由菌的生理特性所決定。如菌體氨基酸作為主要或唯一碳源進行好氧性發(fā)酵時，引起NH4+的產生和積累，當其量超過菌體需氮量時，就會引起pH值的上升。如果以氨基酸進行厭氧發(fā)酵，在進行脫氨作用時，即產生堿也產生酸，引起pH值變化。對于這些由于菌體代謝所引起的pH變化，如果不加以控制的話，必然要干擾微生物反應的正常進行。因此，需要對pH進行嚴格控制。6.2.5.3影響發(fā)酵液pH值變化的因素(2)使pH上升的因素培養(yǎng)基在設計、配制過程中，氮源偏高，造成pH值上升。當菌體生長到一定的階段后，由于自身分泌的胞外蛋白酶，水解培養(yǎng)基中的蛋白質，產生并積累大量的氨基酸，從而使菌體內的氨基酸合成受阻，則NH4+濃度增加，導致發(fā)酵液的pH值上升。培養(yǎng)基中生理堿性物質被利用，引起pH的上升。常見的生理堿性物質有NaNO3、尿素等，當其中的NO3-被利用后，使發(fā)酵液pH值上升。在分批補料發(fā)酵過程中，中間補料時氨水或尿素等的堿性物質加入過多而使pH上升。發(fā)酵后期或發(fā)酵異常，菌體大量死亡、自溶造成菌體內容物的溶出，導致發(fā)酵液的pH上升。對于引起發(fā)酵液pH變化的生理酸性或生理堿性物質也是相對而言的，有些物質是生理酸性物質，但也可能在另一條件下表現(xiàn)為生理堿性物質，主要是由菌的生理特性所決定。如菌體氨基酸作為主要或唯一碳源進行好氧性發(fā)酵時，引起NH4+的產生和積累，當其量超過菌體需氮量時，就會引起pH值的上升。如果以氨基酸進行厭氧發(fā)酵，在進行脫氨作用時，即產生堿也產生酸，引起pH值變化。對于這些由于菌體代謝所引起的pH變化，如果不加以控制的話，必然要干擾微生物反應的正常進行。因此，需要對pH進行嚴格控制。返回(2)使pH上升的因素返回6.2.5.4發(fā)酵pH的確定發(fā)酵最適pH的確定是以有利于菌體生長和產物的合成為原則。發(fā)酵時，須將發(fā)酵培養(yǎng)基調節(jié)成一定的出發(fā)pH值，在發(fā)酵過程中，定時測定、加酸或加堿來調節(jié)pH值，以維持出發(fā)pH值。除此外，還需在培養(yǎng)基配方中考慮pH緩沖性物質，以減緩在發(fā)酵過程中發(fā)酵液pH值的變化。常用的緩沖性物質有：CaCO3，檸檬酸鹽、磷酸鹽等。發(fā)酵最適pH值一般根據(jù)實驗結果來確定。在發(fā)酵過程中定時觀察菌體的生長情況，以菌體生長達到最高值的pH值為菌體生長的最適pH。以同樣的方法，可測得產物合成的最適pH。通常在不同的發(fā)酵階段最適pH范圍差別較大時，可以采用分階段地控制發(fā)酵pH值的方式，以滿足不同發(fā)酵階段的需要。

6.2.5.4發(fā)酵pH的確定發(fā)酵最適pH的確定有圖得知：在確定最適pH值時，除了考慮不同的菌種、培養(yǎng)基組成對pH的影響外，還需考慮培養(yǎng)條件特別是溫度對pH的影響，培養(yǎng)溫度的升高或降低都會使發(fā)酵最適pH波動。返回有圖得知：在確定最適pH值時，除了考慮不同的菌種、培6.2.5.5發(fā)酵pH的控制

pH值與比生長速率和產物比產生速率之間的幾種關系

6.2.5.5發(fā)酵pH的控制pH值與比生長速率和產A圖：菌體比生長速率μ和產物比生產速率qP在一個相似的較寬的范圍內，這種發(fā)酵比較容易控制。B圖：菌體比生長速率μ的最適pH范圍較寬的，而產物比生產速率qP的最適pH范圍較窄，或μ的較窄，qP的范圍較寬，此種發(fā)酵較難控制，應嚴格控制發(fā)酵過程的pH變化。C圖：菌體比生長速率μ和產物比生產速率qP的最適pH范圍較窄，對pH變化都很敏感，其最適pH相同，此種發(fā)酵過程也應嚴格控制。D圖：菌體比生長速率μ和產物比生產速率qP對pH都很敏感，并有各自的最適pH，此種情況更復雜，發(fā)酵過程控制難度最大。在分批或分批補料的發(fā)酵過程中，需考慮在培養(yǎng)基中采用合適的碳氮源配比及緩沖性物質在一定范圍內控制發(fā)酵過程的pH值變化。當pH值變化較大時，可通過補加物料的方式來控制pH值變化。A圖：菌體比生長速率μ和產物比生產速率qP在一個相似的較寬的青霉素發(fā)酵的pH值控制對青霉素產量的影響成功范例：青霉素發(fā)酵的pH值控制，用恒定加糖速率的補料工藝與加酸或堿來控制pH值的方式相比，青霉素產量可提高25%。

圖中實線是用酸、堿來控制pH，虛線是以控制加糖速率來控制pH，兩者的加糖量相同。這說明，以pH為依據(jù)，采用控制補料速率的方式來控制pH，正好滿足菌體合成代謝的要求，使產量提高。返回青霉素發(fā)酵的pH值控制對青霉素產量的影響成功青霉6.2.6氧的供給返回1溶氧對發(fā)酵的影響

2發(fā)酵過程中溶氧的變化及其異常

3影響溶氧的主要因素

4溶氧濃度的控制

6.2.6氧的供給返回1溶氧對發(fā)酵的影響2發(fā)酵過程中6.2.6.1溶氧對發(fā)酵的影響

1.微生物對氧的需求：氧是細胞的組成成分和各種產物的構成元素，又是生物能量代謝的必需元素，是生物體生存的重要元素。分子態(tài)的氧是好氣性微生物在氧化代謝過程中的電子最終受體，同時通過氧化磷酸化反應生成生物體生命活動過程中所需要的大量能量。此外，氧還作為反應物直接參與一些生物合成反應。微生物的耗氧量及其速率主要受菌體代謝活動變化的影響，對于微生物的耗氧速率可用兩個物理量表示：一是微生物攝氧率(γ)，即單位發(fā)酵時間內單位體積發(fā)酵液消耗的氧量，單位為mmo1(O2)/(m3·h)；一是呼吸強度(QO2)，即單位時間內單位重量的干菌體消耗的氧量，單位為mmo1(O2)/(g(干菌體)·h)。

2.氧對輔酶NAD(P)濃度的影響：在微生物的代謝過程中，有許多催化脫氫氧化反應的酶的輔酶是NAD(P)，NAD(P)的濃度是保證酶活力的基礎。NAD(P)作為H的受體，加氫還原為NAD(P)H，NAD(P)H只有在有氧的條件下才可以及時地通過呼吸鏈被氧化或在少數(shù)情況下通過還原反應脫氫，生成氧化性的NAD(P)，NAD(P)作為輔酶重新加入脫氫反應。但當發(fā)酵液中氧的濃度不夠時，NAD(P)的濃度大量降低，則與NAD(P)相關的酶促反應停止，影響代謝的正常進行。3.氧對代謝途徑的影響:通常情況下:溶氧濃度可能成為發(fā)酵的限制性因子，但對于不同的菌種，發(fā)酵產物的代謝途徑不同對氧的需求也不相同。氧的存在是TCA循環(huán)能夠進行的基礎，缺氧必然使丙酮酸積累，導致乳酸形成，使發(fā)酵液的pH值下降，影響菌體的正常代謝。6.2.6.1溶氧對發(fā)酵的影響1.微生物對氧的需求：通常情況下，溶氧濃度可能成為發(fā)酵的限制性因子，但對于不同的菌種，發(fā)酵產物的代謝途徑不同對氧的需求也不相同。氧的存在是TCA循環(huán)能夠進行的基礎，缺氧必然使丙酮酸積累，導致乳酸形成，使發(fā)酵液的pH值下降，影響菌體的正常代謝

通常情況下，溶氧濃度可能成為發(fā)酵的限制性因子，但對于不結論：在初級代謝產物氨基酸的發(fā)酵過程中，根據(jù)對氧的需求大小不同就可將氨基酸生產分為三類：一類在供氧充足條件下，產量最大，若供氧不足，產物合成將受到強烈抑制。如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等的生產；一類在供氧充足條件下，可得到最高產量，但供氧受限，產量受影響不明顯。如：異亮氨酸，賴氨酸，蘇氨酸等的生產；一類在供氧受限，細胞呼吸受抑制時，才能獲得最大的產物量，而在供氧充足時，產物形成反而受抑制。如：亮氨酸，纈氨酸，苯丙氨酸等的生產。所以不同的代謝產物其代謝途徑對氧的需求是不同的，當培養(yǎng)液中溶解氧量不能滿足菌體要求時，則會使代謝途徑的方向受到影響，影響產物的正常合成。返回結論：返回6.2.6.2發(fā)酵過程中溶氧的變化及其異常

☆發(fā)酵過程中溶氧的變化規(guī)律谷氨酸發(fā)酵時正常和異常的溶氧曲線

紅霉素發(fā)酵過程中溶氧和粘度的變化

在分批發(fā)酵過程中，正常的設備操作和發(fā)酵條件下，每種菌種發(fā)酵的溶氧濃度都有一定的變化規(guī)律。通常，在發(fā)酵前期(滯后期及對數(shù)生長期)，生產菌種開始大量繁殖，需氧量不斷增加。當需氧量超過供氧量時，溶氧濃度明顯下降，出現(xiàn)一個低峰(谷氨酸發(fā)酵的溶氧低峰在發(fā)酵后6～20h，抗生素的都在發(fā)酵后10～70h)，發(fā)酵液中的菌濃度也不斷上升，生產菌種的攝氧率同時也出現(xiàn)一個高峰。過了生長階段，菌種需氧量有所減少，溶氧濃度經(jīng)過一段時間的平穩(wěn)階段(如谷氨酸發(fā)酵)或上升階段(如抗生素發(fā)酵)后，就開始形成產物，溶氧濃度也不斷上升。6.2.6.2發(fā)酵過程中溶氧的變化及其異?！畎l(fā)酵過程中補料與溶氧濃度的變化關系

發(fā)酵中后期，對于分批發(fā)酵來說，因為菌體已繁殖到一定濃度，進入靜止期，呼吸強度變化也不大，如不補加基質，發(fā)酵液的攝氧率變化也不大，供氧能力仍保持不變，溶氧濃度變化也不大。但當外界進行補料(包括補加碳源、前體、消泡油)時，則溶氧濃度就會發(fā)生改變。變化的大小和持續(xù)時間的長短，則隨補料時的菌齡、補入物質的種類和劑量的不同而不同。如補加糖后，發(fā)酵液的攝氧率就會增加，引起溶氧濃度下降，經(jīng)過一段時間后又逐步回升；繼續(xù)補糖，溶氧濃度會繼續(xù)下降，甚至降至臨界氧濃度以下，成為生產的限制性因素，其補料與溶氧濃度的變化關系。在生產后期，由于菌體衰老，呼吸強度減弱，溶氧濃度也會逐步上升，一旦菌體自溶，溶氧濃度更會明顯上升。補料與溶氧濃度的變化關系發(fā)酵中后期，對于分批☆發(fā)酵過程中溶氧的異常變化

在發(fā)酵過程中，有時會出現(xiàn)溶氧濃度明顯降低或明顯升高的異常變化情況。在溶氧濃度的異常變化中較常見的是溶氧下降，可能由下列幾種原因造成：①污染好氣性雜菌，大量的溶氧被消耗掉，可能使溶氧在較短時間內下降到零附近。但如果雜菌本身的耗氧能力不強，溶氧變化可能不明顯。②菌體代謝發(fā)生異?，F(xiàn)象，對氧的要求增加，使溶氧下降。③發(fā)酵過程中，某些設備或工藝控制發(fā)生故障或變化，也可能引起溶氧下降。如攪拌功率消耗變小或攪拌速度變慢甚至停止，影響了供氧能力，使溶氧降低。在發(fā)酵過程中，在供氧條件沒有發(fā)生變化的情況下，出現(xiàn)溶氧上升主要是耗氧出現(xiàn)改變，如菌體代謝出現(xiàn)異常，耗氧能力下降，使溶氧上升。特別是污染烈性噬菌體，影響最為明顯，生產菌種尚未裂解前，呼吸已受到抑制，溶氧迅速上升，直到菌體破裂后，完全失去呼吸能力，溶氧就直線上升。返回☆發(fā)酵過程中溶氧的異常變化在發(fā)酵過程中，有時6.2.6.3影響溶氧的主要因素

(1)氧的傳遞

氧傳遞雙膜理論示意圖

氧在發(fā)酵液中的溶解，首先是氣態(tài)氧要從氣泡中通過擴散而溶入發(fā)酵液的液體中，最后被微生物所吸收利用。對于氧的傳遞過程常用雙膜理論來描述。雙膜理論認為，氣液兩相間存在一個界面，界面兩側分別為呈層流狀態(tài)的氣膜和液膜；在氣液界面上兩相濃度相互平衡，界面上不存在傳遞阻力；氣液兩相的主流中不存在的濃度差。氧在兩膜間的傳遞在穩(wěn)態(tài)下進行，因此氧在氣膜和液膜間的傳遞速率是相等的。6.2.6.3影響溶氧的主要因素(1)氧的傳遞氧傳遞雙膜理論的傳質公式：或者由上式可知，能使KLa及C﹡或P﹡增加的措施都能提高溶氧速率，使發(fā)酵供氧得以改善。在實際發(fā)酵過程中，氣液比表面積a的測定較為困難，一般將他與液膜傳遞系數(shù)kL合并考慮為KLa。研究表明，KLa不但與反應器的設計參數(shù)(結構參數(shù))D/T、渦輪形式、N、Pg/v等有關外，還與發(fā)酵液的粘度、濃度等性質有關。而且粘度及濃度也隨發(fā)酵過程的進行是不斷變化，因此，KLa的值也在不斷變化。

雙膜理論的傳質公式：氧傳遞各項阻力的示意圖

供氧方面的阻力需氧方面的阻力氣相主流到氣液界面間的氣膜阻力，1/k1細胞表面上的液膜阻力，1/k5克服氣液界面阻力，1/k2菌絲叢(團)內的傳質阻力，1/k6通過氣液界面到液體主流，氣體克服液膜的阻力，1/k3細胞膜的阻力，1/k7進入液相主流中的傳遞阻力，1/k4細胞內氧與呼吸酶反應的阻力，1/k8氧在傳質過程中所受總阻力R為：R=k1-1+k2-1+k3-1+k4-1+k5-1+k6-1+k7-1+k8-1(2)影響溶解氧的阻力返回氧傳遞各項阻力的示意圖供氧方面的阻力需氧方面的阻力氣相主流6.2.6.4溶氧濃度的控制

發(fā)酵液中的溶氧濃度是設備供氧和微生物需氧不平衡的結果，在發(fā)酵過程中，當發(fā)酵供氧量大于需氧量時，溶氧濃度就上升，直到飽和；反之就下降。因此要合理控制發(fā)酵液的溶氧濃度。盡管發(fā)酵液的溶氧濃度常成為好氧發(fā)酵的限制性因素，但并非溶氧濃度越大越好，有時溶氧太大，反而會抑制產物的形成。因此在發(fā)酵過程中需合理平衡供氧和需氧，使溶氧處于發(fā)酵的最適氧濃度。為了避免溶氧降到影響發(fā)酵正常進行的濃度，需對發(fā)酵的臨界氧濃度C臨界進行考察。

呼吸強度與溶氧的關系

6.2.6.4溶氧濃度的控制發(fā)酵液中的溶氧微生物溫度，℃呼吸臨界氧濃度mmol/Lmg/L大腸桿菌37.80.00820.26160.0031酵母菌34.80.00460.15產黃青霉200.0037300.0090.7240.022某些典型微生物的呼吸臨界氧濃度微生物溫度，℃呼吸臨界氧濃度mmol/Lmg/L大腸桿菌37(1)提高KLa

影響KLa的因數(shù)較復雜，主要有以下幾方面：有發(fā)酵罐形狀結構、攪拌器形狀及其直徑、擋板、空氣分布器等設備設計參數(shù)；有攪拌轉速N、攪拌器功率PW、空氣表觀線速度WS、發(fā)酵液體積V等操作參數(shù)；發(fā)酵液的粘度η、密度ρ、界面張力σ及擴散系數(shù)DL、泡沫狀態(tài)等物理化學性質。

KLa與其中的主要影響因素的函數(shù)關系可以使用下式表示：（1）對于牛頓型流體發(fā)酵液，KLa的關聯(lián)式可簡單表示為：

（2）

式中：PW——通氣時攪拌器的攪拌功率，kw；

V——發(fā)酵液的體積，m3。式中的α、β為關系指數(shù)。由式（2）式可知，對KLa影響較大的為攪拌器的效率及通氣速率等。(1)提高KLa①攪拌效率對KLa的影響在機械攪拌發(fā)酵罐內裝攪拌器的作用主要有：使發(fā)酵罐中的溫度和營養(yǎng)物質濃度均一，使組成發(fā)酵液的三相體系充分混合；能將進入發(fā)酵液的氣流打碎，氣體分散形成小氣泡，增加氣液接觸面積，以利于溶氧；增加氣泡在液體中的滯留時間；增加液體的湍流程度，降低氣液界面的液膜厚度，降低液膜阻力1/k3，減少氧在液相主流中的傳遞阻力1/k4；減少真菌、放線菌等的易結團現(xiàn)象，降低細胞壁的表面阻力，降低細胞周圍代謝物的濃度，有利于加強細胞的代謝活動。當發(fā)酵液的粘度很高時，攪拌轉速越大則氣穴體積越大。他們在實驗室中用6L的玻璃生物反應器較系統(tǒng)地研究了攪拌速率對黃原膠發(fā)酵過程中氣液混合的影響。①攪拌效率對KLa的影響當發(fā)酵液的粘度很高②氣體流速對KLa的影響

有上式得知：提高WS，即提高通氣量Q，也可以有效的提高KLa。研究表明，當通氣量Q較低時，隨著通氣量Q的增加，WS空氣表觀線速度也會增加。但Q增加到一定的量后，會隨著Q的增加而下降，也就是說單位體積發(fā)酵液所擁有的攪拌功率會下降，不但不能提高KLa，甚至會造成KLa值的下降。Q過大時，攪拌器不能有效地將空氣氣泡充分分散，而在大量氣體中空轉，形成所謂的“過載”現(xiàn)象。

通氣對KLα的影響②氣體流速對KLa的影響③設備參數(shù)的影響式中的α、β與發(fā)酵罐的大小、形狀、攪拌器的類型等因素有關。Bartholomew研究指出，9L的發(fā)酵罐的α為0.95；0.5m3的發(fā)酵罐，α變?yōu)?.67；而27~57m3的發(fā)酵罐的α變?yōu)?.5。攪拌器的類型不同，α、β值的大小也不相同，對于α值，彎葉>平葉>箭葉；對于β值，則箭葉>彎葉>平葉。④發(fā)酵液的性質在發(fā)酵過程中，菌體本身的繁殖、代謝還會引起發(fā)酵液物理化學性質的不斷改變。如改變了培養(yǎng)液的表面張力、pH、粘度和離子強度，進而影響到培養(yǎng)液中氣泡的大小、氣泡的溶解性、穩(wěn)定性以及合并為大氣泡的速度。發(fā)酵液的物理性質還會影響液體的湍動以及界面或液膜的阻力，因而顯著影響溶氧傳遞速率。③設備參數(shù)的影響④發(fā)酵液的性質(2)提高氧的傳遞動力(C﹡－C)氧傳遞動力中的飽和溶氧濃度C﹡，雖受到體系的溫度、發(fā)酵液的濃度、粘度、pH值等因素的影響，但受菌體生長、生產對發(fā)酵工藝要求的限制，C﹡的變化幅度并不大。提高罐壓，對增加氣體在液體中的溶解度，對提高(C﹡－C)是有一定作用的。但在溶氧濃度增加的同時，代謝產物CO2等在發(fā)酵液中的濃度也會增加，同樣也不利于菌體的正常代謝。利用純氧，雖可提高發(fā)酵液中溶氧濃度，但會導致生產成本高；在發(fā)酵罐中局部氧的濃度高，引起菌體的氧中毒；而且純氧易引起爆炸，增加了生產管理的難度。發(fā)酵培養(yǎng)基的組成和成分對菌體需氧量有影響，尤其是碳源、氮源的組成和比例。在培養(yǎng)基中氮源豐富，有機氮源與無機氮源的比例恰當，則菌體比生長速率大，增大了呼吸強度。培養(yǎng)基的濃度偏高，細胞獲得的營養(yǎng)豐富，特別是限制性基質的濃度得以保證，細胞代謝旺盛，呼吸強度就大，耗氧量大。發(fā)酵條件對菌體耗氧能力也有較大的影響，溫度、pH、補料方式等會對菌體內的酶系活性造成影響，從而影響了菌體生長及代謝能力，影響對氧的需求。所以，在一定范圍內，通過調節(jié)發(fā)酵條件也可控制菌體的需氧量。(2)提高氧的傳遞動力(C﹡－C)方法作用于投資運轉成本效果對生產作用備注氣體中氧的含量C＊中到低高高好氣相中高氧濃度可能會爆炸，適用于小規(guī)模攪拌速度KLa高低高好在一定限度內，要避免過份剪切力作用擋板KLa中低高好設備上須改裝通氣速率C＊和a低低低可能引起泡沫罐壓C＊中到高低中好罐強度要求高，對密封、探頭有影響基質濃度需求中低高不一定響應較慢須及早行動溫度需求,C＊低低變化不一定不是常應用表面活性劑KL低低變化不一定需試驗確定溶氧控制方法的比較返回方法作用于投資運轉成本效果對生產作用備注氣體中氧的含量C＊中6.2.7二氧化碳和呼吸商

返回1二氧化碳對發(fā)酵的影響

2呼吸商與發(fā)酵的關系

3CO2的控制

6.2.7二氧化碳和呼吸商返回1二氧化碳對發(fā)酵的影6.2.7.1二氧化碳對發(fā)酵的影響(1)二氧化碳對菌體生長及產物形成的影響發(fā)酵過程中，CO2既是微生物在生長繁殖過程中產生的代謝產物，同時它也是合成某些代謝產物的基質。由于CO2的溶解度比氧氣大，所以隨著發(fā)酵罐壓力的增加，其溶解量比氧氣增加得更快。大容量發(fā)酵罐的發(fā)酵液靜壓力可達到1×105Pa以上，又因為是正壓發(fā)酵，致使罐底部壓強達1.5×105Pa。如果當CO2濃度增大時，不改變通氣、攪拌速率，則CO2不易排出，易在罐底形成碳酸，使pH下降，進而影響微生物細胞的生長和產物合成。當在排氣中的CO2濃度超過4%時，即使溶解氧在臨界氧濃度以上，也會導致菌體的呼吸強度及對碳水化合物的代謝速率下降。同時，CO2也能促進某些菌體的生長及產物合成代謝。如環(huán)狀芽孢桿菌等發(fā)芽孢子在開始生長時就需要一定量的CO2，此現(xiàn)象被稱為CO2效應。CO2除對菌體生長、形態(tài)以及產物合成產生上述影響外，還對發(fā)酵液的酸堿平衡產生影響。使pH值下降，或與其他物質發(fā)生化學反應，導致發(fā)酵液pH發(fā)生改變。6.2.7.1二氧化碳對發(fā)酵的影響(1)二氧化碳對菌體CO2及HCO3-主要是影響細胞膜的結構，兩者分別作用不同的細胞膜位置。發(fā)酵液中的CO2主要作用于細胞膜的脂質核心部位；HCO3-影響細胞膜的膜蛋白。當細胞膜中脂相的CO2濃度達到臨界值時，就會導致膜的流動性及表面電荷密度發(fā)生改變，影響到細胞膜的輸送效率，導致細胞生長受到抑制、形態(tài)發(fā)生改變。也有因CO2是代謝產物，產生產物反饋抑制作用，影響產物的正常合成?；蚴峭ㄟ^CO2對發(fā)酵液的酸堿平衡的影響及與其他物質發(fā)生化學反應，對菌體的生長及產物的合成造成直接或間接的影響。(２)二氧化碳對發(fā)酵影響的機理返回CO2及HCO3-主要是影響細胞膜的結構，兩者6.2.7.2呼吸商與發(fā)酵的關系

對于菌體的耗氧速率及二氧化碳的釋放速率兩者間的關系可用呼吸商RQ來表示。其中的二氧化碳的釋放率，常用CER表示，耗氧速率，常用OUR表示.

6.2.7.2呼吸商與發(fā)酵的關系對于菌體的耗氧RQ的意義：RQ是碳-能源代謝的指示值，在碳-能源限制及供氧充分的情況下，碳-能源趨于完全氧化，RQ應達到完全氧化的理論值。因此，RQ可反映微生物的代謝情況。如酵母發(fā)酵過程的RQ＝1，表示糖代謝走有氧分解代謝途徑，僅生成菌體，無產物形成。如RQ＞1.1，表示菌體進行EMP途徑，生成乙醇；當RQ＝0.93，則菌體生成檸檬酸；RQ＜0.7，表示菌體生成的乙醇被當作基質利用。菌體在利用不同基質時，其RQ值也不相同。在實際生產中所測出的RQ值明顯低于理論值說明發(fā)酵過程中存在不完全氧化的中間代謝物和除葡萄糖以外的其他碳源。如在發(fā)酵中添加天然油脂作碳源，由于油具有不飽和性和還原性使RQ值大大低于葡萄糖為唯一碳源的RQ值。試驗結果表明，RQ值在0.5～0.7范圍，且隨葡萄糖和油加入量的相對比例而波動。如在發(fā)酵初期即菌體生長期，在碳源總量不變，提高油對葡萄糖的比例，結果OUR和CER上升的速度減慢，且菌濃度增加也慢；若降低其比例，OUR和CER則快速上升，菌濃度迅速增加。這說明葡萄糖有利于生長，油不利于生長。由此根據(jù)RQ值及OUR和CER的變化情況可得知，油的加入主要用于控制生長，并作為合成產物的碳源。返回RQ的意義：RQ是碳-能源代謝的指示值，在碳6.2.7.3CO2的控制

二氧化碳在發(fā)酵液中的濃度變化不像溶解氧那樣有一定的規(guī)律。它的大小受到許多因素的影響，如細胞的呼吸強度、發(fā)酵液的流變學特性、通氣攪拌程度、罐壓大小、設備規(guī)模等。在發(fā)酵過程中通常采用調節(jié)通風和攪拌的方式來控制。如果CO2對發(fā)酵有促進作用，應該提高其濃度，反之，則降低其濃度。通過提高通氣量和攪拌速率，通氣使溶解氧保持在臨界值以上，CO2又可隨著廢氣排出，使其維持在引起抑制作用的濃度之下。降低通氣量和攪拌速率，有利于提高CO2在發(fā)酵液中的濃度。另外，控制發(fā)酵時的罐壓、溫度、pH對CO2濃度也有一定的影響。當罐壓降低時CO2的分壓會降低，也就降低了CO2的濃度，但同時也降低了溶氧。所以，對于CO2敏感的發(fā)酵生產，液位高度也是一個控制指標，不宜采用大高徑比的反應器。發(fā)酵液溫度升高時，CO2在發(fā)酵液中的溶解度變小，所以提高發(fā)酵溫度也可以降低CO2濃度。降低發(fā)酵液的pH，也可以減少CO2在發(fā)酵液中的溶解，降低CO2濃度。在實際生產中，這些控制措施都應與發(fā)酵的工藝條件相結合。在分批補料發(fā)酵過程中，CO2的產生與補料控制密切相關，如在青霉素發(fā)酵過程中，由于補糖可使菌體生長、產物合成時都產生CO2，增加發(fā)酵液中的CO2濃度。溶解在發(fā)酵液中的CO2和代謝產生的有機酸，使發(fā)酵液pH下降。所以，補糖、CO2、pH三者之間具有一定的相關性，因排氣中的CO2量的變化比pH變化更為敏感，故采用CO2釋放率作為控制補糖的參數(shù)。返回6.2.7.3CO2的控制二氧化碳在發(fā)6.2.8基質濃度、補料對發(fā)酵的影響

返回1.基質濃度對發(fā)酵的影響2.補料對發(fā)酵的影響6.2.8基質濃度、補料對發(fā)酵的影響返回1.基質濃度對發(fā)6.2.8.1基質濃度對發(fā)酵的影響

基質即培養(yǎng)微生物的營養(yǎng)物質，基質的種類和濃度與發(fā)酵代謝有著密切的關系，所以選擇適當?shù)幕|和控制適當?shù)幕|濃度是提高代謝產物產量的重要途徑。在分批發(fā)酵中，根據(jù)Monod方程，微生物細胞的比生長速率大小受到基質濃度影響，隨基質濃度的增大而呈拋物線形狀變化。當基質濃度遠遠大于KS時，菌體的生長速度與營養(yǎng)成分的濃度無關，在正常情況下，可達到最大比生長速率。但當基質濃度過高時，易造成底物或產物的抑制作用，而使μ下降，不再符合Monod方程。當基質濃度遠遠小于KS時，比生長速率與基質濃度呈線性關系。在培養(yǎng)基中，碳源濃度的控制相當重要，在發(fā)酵過程中，如果碳源過于豐富則可能引起菌體繁殖速度加快，對菌體代謝、產物合成及氧的傳遞都會產生不良影響。若碳源用量過大，則產物合成會受到明顯的抑制；反之，僅供給維持量的碳源，菌體生長和產物合成就都可能停止。所以對菌體生長、生產的各階段需合理控制碳源濃度。通常培養(yǎng)基中碳源濃度超過５％時，可能導致細菌細胞脫水，使其生長速率開始下降。而酵母或霉菌因對水的依賴性較低，可耐受更高的葡萄糖濃度，可達200ｇ/Ｌ。培養(yǎng)基中的氮源要和碳源合理搭配，一般工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的碳氮比為100：(0.2～2.0)，對于含有氮的產物中，如氨基酸的生產，含氮量可略高一些，達100：(15～21)。在培養(yǎng)基中如果基質濃度過高，即營養(yǎng)過于豐富，會使菌體生長過盛，發(fā)酵液非常粘稠，傳質狀況很差。培養(yǎng)基中各成分的最適濃度應取決于菌種特性、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)基組成和來源等因素，結合具體情況和對使用的原材料進行試驗來確定。為了更合理地控制各基質的濃度，通常采用中間補料的方法來控制各階段的基質濃度，即根據(jù)不同代謝類型來確定補料時間、補料量和補料方式?；蚋鶕?jù)菌體的比生長速率、糖等的比消耗速率及產物的比生產速率等動力學參數(shù)來控制中間補料。返回6.2.8.1基質濃度對發(fā)酵的影響基質即6.2.8.2補料對發(fā)酵的影響

常見的補料種類主要有幾種：補充能源和碳源：常在發(fā)酵液中添加葡萄糖、液化淀粉等，除此外，作為消沫劑的天然油脂，也可起到了補充碳源的作用。補充氮源：常在發(fā)酵過程中添加蛋白胨、豆餅粉、花生餅、玉米漿、酵母粉和尿素等有機氮源和氨水、硫酸銨等無機氮源。由于氮源本身及其代謝后能引起一定的酸堿度變化，可起到一定的調節(jié)發(fā)酵液pH值的作用。加入微量元素或無機鹽，如磷酸鹽、硫酸鹽、氯化鈷等，對生產菌的生長、生產起著調節(jié)促進作用。補充誘導物：對于產誘導酶的微生物，在補料中加入該酶的作用底物，是提高酶產量的重要措施。補充產物合成的前體物質：在發(fā)酵過程中適當?shù)奶砑忧绑w物質，可避免氨基酸、抗生素、核苷酸等產物合成途徑的反饋和抑制作用，獲得較高的產率。通常前體物質加入量越多，產物的產量就越高，但前體的濃度越大，利用率就越低。而且大多數(shù)前體物質，會對菌體有一定的毒性，不宜一次加入量過大。所以，采用分批補料的方式加入。在補料控制中最常見的是補加碳源及氮源。補料時要以基礎培養(yǎng)基中碳源、氮源種類、用量和消耗速度、前期發(fā)酵條件、菌種特性和種子質量等因素來判斷補料的方式、時間及用量。一般在加糖后開始的階段，維持較高濃度的還原糖含量，對生物合成有利；但維持過久，則會導致菌絲大量繁殖，影響發(fā)酵產率。分批補料發(fā)酵方式能有效地解除基質濃度過高所導致的產物反饋抑制和葡萄糖分解阻遏效應等作用，并能避免細胞在過于豐富的基質中大量生長，出現(xiàn)耗氧過多而供氧不足、發(fā)酵液粘度太大而影響傳質等情況，可通過補料對基質濃度的控制使發(fā)酵朝著有利于產品合成的方向順利進行。補料過程的控制就是通過控制菌體的中間代謝過程，使之向著有利于產物積累的方向發(fā)展。為此，要根據(jù)菌體的生長代謝、生物合成規(guī)律，利用中間補料的措施給予生產菌適當?shù)恼{節(jié)，讓它在生物合成階段有足夠而又不過多的養(yǎng)料，供給其合成代謝的需要。這有賴于在菌體的比生長曲線形態(tài)、產物生成速率等代謝規(guī)律及發(fā)酵的初始條件及環(huán)境條件等的情況充分了解的基礎上，建立分批補料發(fā)酵的數(shù)學模型及選擇最佳控制程序。但由于對微生物代謝的規(guī)律尚未充分掌握，現(xiàn)有的各種補料措施仍主要是根據(jù)實驗而確定的。返回6.2.8.2補料對發(fā)酵的影響常見的補料6.2.9泡沫的形成及其對發(fā)酵的影響

返回1.泡沫的形成

4.泡沫的控制

3.泡沫對發(fā)酵的影響2.發(fā)酵過程中泡沫的變化6.2.9泡沫的形成及其對發(fā)酵的影響返回1.泡沫的形成在發(fā)酵液中的氣體有兩種來源：氣體由外界進入液體，在好氧發(fā)酵過程中通入大量的無菌空氣，液體經(jīng)攪拌吸入氣體；氣體由液體內部產生的氣體聚結生成，如在微生物代謝過程中產生的代謝產物CO2。從液體內部產生的氣體，形成的泡沫一般較小、較穩(wěn)定，在代謝旺盛時才比較明顯。氣泡產生的另一原因是在發(fā)酵液中存在能穩(wěn)定氣泡的物質，另外，細胞本身也具有穩(wěn)定泡沫的作用。當形成氣泡時，液體中出現(xiàn)氣液界面，這些物質在界面上形成定向吸附層，與液體親和性弱的一端朝著氣泡內部，與液體親和性強的一端伸向液相，在氣液界面做定向排列，增加了泡沫的力學強度。6.2.9.1泡沫的形成

發(fā)酵液中氣體的來源泡沫是氣體被分散在少量液體中的膠體體系，是體積密度接近氣體，而不接近液體的“氣/液”分散體。泡沫有兩種類型，一種是發(fā)酵液液面上的泡沫，氣相所占的比例特別大，與液體有較明顯的界限；另一種是發(fā)酵液中的泡沫，又稱流態(tài)泡沫，分散在發(fā)酵液中，比較穩(wěn)定，與液體之間無明顯的界限。泡沫的類型：在發(fā)酵液中的氣體有兩種來源：氣體由外界進入液體泡沫的多少一方面與通風、攪拌的劇烈程度有關；另一方面與培養(yǎng)基所用原材料的性質有關，蛋白質原料如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要的起泡因素。通常，培養(yǎng)基的配方中含蛋白質多，濃度高，粘度大，容易起泡，且泡沫多而持久穩(wěn)定。水解不完全的多糖，糊精含量多，也容易引起泡沫的產生。在培養(yǎng)基中膠體物質多造成發(fā)酵液粘度大，更容易產生泡沫，如糖蜜原料與石油烴類原料，發(fā)泡能力特別強，泡沫多而持久穩(wěn)定。泡沫形成的影響因素返回泡沫的多少一方面與通風、攪拌的劇烈程度有關；另6.2.9.2發(fā)酵過程中泡沫的變化

在發(fā)酵過程中，因微生物的代謝活動影響培養(yǎng)液的性質，進而影響泡沫的形成和消長。在發(fā)酵前期，由于培養(yǎng)基濃度大，粘度高，營養(yǎng)豐富，泡沫量大，且較穩(wěn)定。隨著發(fā)酵的進行，培養(yǎng)基中蛋白質等能穩(wěn)定泡沫的物質被消耗利用，使液體表面粘度下降，泡沫的壽命逐漸縮短。當菌體大量繁殖時，尤其是細菌本身具有穩(wěn)定泡沫的作用時，泡沫形成較多。在發(fā)酵后期因菌體自溶使發(fā)酵液中可溶性蛋白質增加，又導致泡沫量的回升。此外，發(fā)酵過程中若污染雜菌而使發(fā)酵液粘度增加，導致發(fā)酵異常，也會產生大量的泡沫。返回6.2.9.2發(fā)酵過程中泡沫的變化在發(fā)酵過程中，因6.2.9.3泡沫對發(fā)酵的影響大量泡沫的存在會給發(fā)酵帶來一系列的負面影響：(1)通風發(fā)酵罐的裝料系數(shù)(料液體積/發(fā)酵罐容積)一般取0.7左右。通常充滿余下空間的泡沫約占所需培養(yǎng)基的10%，而此部分空間及其所含培養(yǎng)基不能用來生產產物，則降低了發(fā)酵設備及原料的利用率；(2)導致氧傳遞系數(shù)的減小，嚴重時通氣攪拌也無法進行，菌體呼吸受阻，導致代謝異?；蚓w自溶；(3)導致了菌群的非均一性，由于泡沫高低的變化和處在不同生長周期的微生物隨泡沫飄浮，或粘附在罐壁上，這部分菌體可能在氣相環(huán)境中生長，從而引起菌體的分化、變異，甚至自溶，影響菌群的整體質量；(4)當大量起泡時，如控制不及時，會引起逃液，導致發(fā)酵液在排氣管及軸封處殘留或流失，引起營養(yǎng)成分及產物的損耗，并增大雜菌感染的機會；(5)消沫劑的加入有時會影響發(fā)酵或給提取工序帶來麻煩。返回6.2.9.3泡沫對發(fā)酵的影響大量泡沫的存在會6.2.9.4泡沫的控制泡沫的控制通常采用兩種途徑：一是調整培養(yǎng)基中的成分，如少加或緩加易起泡的原材料，或改變某些發(fā)酵控制參數(shù)，如溫度、通氣和攪拌功率，或改變發(fā)酵方式，如采用分次投料，以減少泡沫形成的機會。但這些方法的效果有一定的限度。二是在發(fā)酵過程中，采用機械消泡或化學消泡這兩大類方法來消除已形成的泡沫。另外，近年來也從生產菌種本身的特性著手，從遺傳的角度來預防泡沫的形成。6.2.9.4泡沫的控制泡沫的控制通常采機械消泡是一種靠機械強烈振動、壓力的變化，促使氣泡破裂的方法。機械消泡的優(yōu)點在于不需要引入外界物質，從而減少染菌的機會，節(jié)省原材料和不會增加下游工段的負擔。缺點是需要消泡裝置并消耗一定的動力，而且不能從根本上消除泡沫成因。機械消泡的方法主要有兩大類：一類是在發(fā)酵罐內設置消泡裝置將泡沫消除，另一類是將泡沫引到發(fā)酵罐外的消泡裝置，將泡沫消除后，分離的發(fā)酵液再返回發(fā)酵罐內。罐內消泡常有耙式消泡槳、流體吹入式消泡、氣體吹入管內的吸引式消泡、沖擊反射板消泡、碟片式消泡器等機械消泡方式及設備。

化學消泡是在發(fā)酵罐中外加消沫劑使泡沫破滅的方法，是目前應用最廣的一種消泡方法。大多數(shù)的消沫劑是表面活性劑，其作用是降低泡沫液膜的機械強度，或表面粘度，使泡沫破裂。優(yōu)點是來源廣泛，消泡效果好，作用迅速可靠，尤其是合成消泡劑效率高，用量少，同時，在發(fā)酵罐中安裝泡沫的液位控制裝置后，可通過控制消沫劑的自控添加實現(xiàn)對泡沫量的自動控制。根據(jù)消泡原理和發(fā)酵液的性質，發(fā)酵過程中使用的理想消沫劑必須具有以下特點：消沫劑必須是表面活性劑，具有較低的表面張力，消泡作用迅速，效率高；消沫劑具有一定的親水性，在氣液界面的擴散系數(shù)必須足夠大，才能迅速發(fā)揮它的消泡活性；消沫劑應具有持久的消泡或抑泡性能力；對發(fā)酵過程無毒，對人、畜無害；不影響產物的提取和產品質量；不影響氧的傳遞，不干擾溶解氧、pH值等測定儀表的正常使用。能耐高溫、高壓滅菌；成本低。消沫劑的消泡效果與它們在發(fā)酵液中的擴散能力有關。消沫劑的分散可借助于機械方法，也可借助某種稱為載體或分散劑的物質，使消沫劑更易于分布均勻。

化學消泡

機械消泡

返回機械消泡是一種靠機械強烈振動、壓力的變化，促使6.3雜菌及噬菌體感染

1.雜菌感染對發(fā)酵的影響及其防治2.噬菌體感染對發(fā)酵的影響及其防治6.3雜菌及噬菌體感染1.雜菌感染對發(fā)酵的影響及其6.3.1雜菌感染對發(fā)酵的影響及其防治(1)雜菌感染對發(fā)酵的影響目前，大多數(shù)的發(fā)酵為純種培養(yǎng)過程，要求在發(fā)酵系統(tǒng)中只允許有生產菌存在，而當其他的微生物侵入了發(fā)酵系統(tǒng)，使發(fā)酵過程受到影響失去純培養(yǎng)的意義時，即發(fā)生發(fā)酵染菌。在發(fā)酵各過程中污染雜菌與噬菌體的影響是不同的，當感染了噬菌體，傳播迅速，較難防治。發(fā)酵產量將大幅度下降，嚴重時造成斷種，被迫停產，故危害極大。在污染的雜菌中，一般的真菌、不產芽孢的細菌，不耐熱，找到染菌原因后，一般不會造成連續(xù)性染菌，而感染產芽孢的細菌時，由于芽孢耐熱，不易殺死，往往一次染菌后會造成連續(xù)性染菌。6.3.1雜菌感染對