發(fā)酵工藝控制

第七章發(fā)酵工藝控制溫度、pH、氧氣、二氧化碳、泡沫發(fā)酵染菌的防治與處理發(fā)酵終點(diǎn)的判斷等發(fā)酵是一種很復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，其好壞涉及諸多因素，如菌種的生產(chǎn)性能、培養(yǎng)基的配比、原料質(zhì)量、滅菌條件、種子質(zhì)量、發(fā)酵條件和過(guò)程控制等。研究意義：1、不論是老或新品種，都必須經(jīng)過(guò)發(fā)酵研究這一階段，以考察其代謝規(guī)律、影響產(chǎn)物合成的因素，優(yōu)化發(fā)酵工藝條件。

2、高產(chǎn)菌種對(duì)工藝條件的波動(dòng)比低產(chǎn)菌種更敏感，故掌握生產(chǎn)菌種的代謝規(guī)律和發(fā)酵調(diào)控的基本知識(shí)對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定和提高具有重要的意義。一、發(fā)酵條件的影響及其控制

微生物發(fā)酵的生產(chǎn)水平取決于生產(chǎn)菌種的特性和發(fā)酵條件的控制。了解發(fā)酵工藝條件對(duì)過(guò)程的影響和掌握反映菌的生理代謝和發(fā)酵過(guò)程變化的規(guī)律，可以幫助人們有效地控制微生物的生長(zhǎng)和生產(chǎn)。常規(guī)的發(fā)酵條件：罐溫、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌功率、空氣流量、罐壓、液位、補(bǔ)料、加糖、油或前體，通氨速率以及補(bǔ)水等。表征過(guò)程性質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)：pH、溶氧（DO）、溶解CO2、氧化還原電位、尾氣O2和CO2

含量、基質(zhì)或產(chǎn)物濃度、代謝中間物或前體濃度、菌濃等。間接狀態(tài)參數(shù)：比生長(zhǎng)速率、攝氧率、釋放速率（CER）、呼吸商（RQ）、基質(zhì)消耗速率和產(chǎn)物合成速率等。1、溫度對(duì)發(fā)酵的影響和及其控制

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)中必須保證穩(wěn)定而合適的溫度環(huán)境。(1)溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響大多數(shù)微生物在20-40℃的溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)。嗜冷菌在溫度低于20℃下生長(zhǎng)速率最大，嗜中溫菌在30-35℃左右生長(zhǎng)，嗜熱菌在50℃以上生長(zhǎng)。(2)溫度對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響溫度對(duì)青霉菌生長(zhǎng)速率、呼吸強(qiáng)度和青霉素生產(chǎn)速率的影響如上圖所示?？梢钥闯?，溫度對(duì)參與生長(zhǎng)繁殖、呼吸和青霉素形成的各種酶的影響是不同的。(3)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

溫度溶氧＃影響基質(zhì)的分解速率

如菌體對(duì)硫酸鹽吸收在25℃時(shí)最小(4)溫度對(duì)生物合成方向的影響金色鏈絲菌

研究發(fā)現(xiàn)，溫度與微生物的調(diào)節(jié)機(jī)制關(guān)系密切。例如，在20℃時(shí)，氨基酸末端產(chǎn)物對(duì)其合成途徑的第一個(gè)酶的反饋抑制作用，比在其正常生長(zhǎng)溫度37℃時(shí)更大。（5）影響發(fā)酵溫度的因素發(fā)酵熱

發(fā)酵熱指的是發(fā)酵過(guò)程中釋放出來(lái)的凈熱量，以J/(m3·h)為單位表示。

生物熱：生產(chǎn)菌在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中產(chǎn)生的熱叫生物熱。營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)被菌體分解產(chǎn)生大量的熱能，部分用于合成高能化合物ATP，供給合成代謝所需要的能量，多余的熱量則以熱能的形式釋放出來(lái)，形成生物熱。

攪拌熱：攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)引起的液體之間和液體與設(shè)備之間的摩擦所產(chǎn)生的熱能。

蒸發(fā)熱

：空氣進(jìn)入發(fā)酵罐與發(fā)酵液廣泛接觸后，進(jìn)行熱交換，必然引起水分的蒸發(fā)，被空氣和蒸發(fā)水分帶走的熱量。Q蒸發(fā)

=G

（I出-I進(jìn)）

輻射熱：由于罐外壁和大氣間的溫度差異而使發(fā)酵液中的部分熱能通過(guò)罐體向大氣輻射的熱量。發(fā)酵熱在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中是隨時(shí)間變化的。所以，為使發(fā)酵在一定溫度下進(jìn)行，必須采取措施——在夾套或蛇管內(nèi)通入冷水加以控制（小型的發(fā)酵罐，在冬季和發(fā)酵初期，散熱量大于產(chǎn)熱量則需用熱水保溫。）（6）

最適溫度的選擇

所謂最適溫度是指在該溫度下最適于菌的生長(zhǎng)或產(chǎn)物的合成。對(duì)不同的菌種、不同的培養(yǎng)條件、不同的酶反應(yīng)以及不同的生長(zhǎng)階段，最適溫度有所不同。

最適生長(zhǎng)溫度與最適生產(chǎn)溫度往往是不一致的。如乳酸發(fā)酵，乳鏈球菌最適生長(zhǎng)溫度是34

C，而產(chǎn)酸最多的溫度是30

C，但發(fā)酵速度最高的溫度達(dá)40

C。青霉素產(chǎn)生菌的最適生長(zhǎng)溫度為30℃，但產(chǎn)生青霉素的最適溫度是24.7℃。

★在不同的發(fā)酵階段選擇不同的溫度應(yīng)根據(jù)發(fā)酵的不同時(shí)期，選擇不同的培養(yǎng)溫度。生長(zhǎng)階段，選最適生長(zhǎng)溫度，在產(chǎn)物分泌階段，選最適生產(chǎn)生產(chǎn)溫度。即變溫控制。e.g

青霉素變溫發(fā)酵：起初5小時(shí)，維持在30C，以后降到25C培養(yǎng)5小時(shí)，再降到到20C培養(yǎng)28小時(shí)，最后又提高到25C，培養(yǎng)40小時(shí)，放罐。青霉素的產(chǎn)量比在25C恒溫發(fā)酵條件下提高14.7%?！锟紤]培養(yǎng)基成分和濃度例如，在使用較稀薄或較易利用的培養(yǎng)基時(shí)，提高溫度則養(yǎng)分往往過(guò)早耗竭，導(dǎo)致菌絲過(guò)早自溶，產(chǎn)量降低?！飬⒖计渌l(fā)酵條件例如，通氣條件較差的情況下，可以適當(dāng)降低溫度，一方面增加溶解氧濃度，另一方面降低菌體的生長(zhǎng)速率，以彌補(bǔ)因通氣不足而造成的代謝異常。氧是一種難溶于水的氣體。在25℃，1×105Pa條件下，純氧在水中的溶解度為1.26mmol/L，在28℃氧在發(fā)酵液中的溶解度只有0.22mmol/L，而發(fā)酵液中的大量微生物耗氧迅速（耗氧速率大于25~100mmol/L.h。

在好氧深層培養(yǎng)中，氧氣的供應(yīng)往往是發(fā)酵能否成功的重要限制因素之一。2、溶氧對(duì)發(fā)酵的影響和及其控制

好氧微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)都需要消耗氧氣，它們只有在氧分子存在的情況下才能完成生物氧化作用。液體中的微生物只能利用溶解氧，氣液界面處的微生物還能利用氣相中的氧。強(qiáng)化氣液界面也將有利于供氧。在微生物的培養(yǎng)過(guò)程中，應(yīng)保持供氧與耗氧的平衡，滿足微生物對(duì)氧的利用。（1）臨界氧

發(fā)酵生產(chǎn)中用空氣飽和度百分?jǐn)?shù)來(lái)表示溶氧濃度。這只能在相似的條件下，在同樣的溫度、罐壓、通氣攪拌下進(jìn)行比較。這種方法能反映菌的生理代謝變化和對(duì)產(chǎn)物合成的影響。臨界氧：不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度，如對(duì)產(chǎn)物而言，便是不影響產(chǎn)物合成所允許的最低濃度。

各種微生物的臨界氧值：細(xì)菌和酵母：3~10%放線菌：5~30%霉菌：10~15%注意：

●實(shí)際上，呼吸臨界氧值不一定與產(chǎn)物合成臨界氧值相同。

●生物合成臨界氧濃度并不等于其最適氧濃度。

●在培養(yǎng)過(guò)程中并不是維持溶氧越高越好。過(guò)高的溶氧對(duì)生長(zhǎng)可能不利。（2）溶氧作為發(fā)酵異常的指標(biāo)生長(zhǎng)過(guò)程從培養(yǎng)液中溶氧濃度的變化可以反映菌的生長(zhǎng)生理狀況。發(fā)酵溶氧變化異常，可及時(shí)預(yù)告生產(chǎn)可能出現(xiàn)的問(wèn)題?！锊僮鞴收匣蚴鹿省镏虚g補(bǔ)料是否得當(dāng)★污染雜菌：溶氧會(huì)反常地迅速（一般2~5h)跌到零，并長(zhǎng)時(shí)間不回升。這比無(wú)菌試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)染菌要提前幾個(gè)小時(shí)。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)染菌后溶氧反而升高的現(xiàn)象。

微生物的“需氧”可用耗氧速率或呼吸強(qiáng)度來(lái)表示：

耗氧速率（oxygenuptakerate)：指單位體積的培養(yǎng)液在單位時(shí)間的耗氧量。單位為mmolO2/(L·

h)，用r表示

呼吸強(qiáng)度（respiratorystrength)：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的細(xì)胞干重在單位時(shí)間的耗氧量。單位為mmolO2/(g·干細(xì)胞

·h)，用Ｑo2表示兩者的關(guān)系：（3）溶氧的控制需氧方面式中，r——攝氧率，mmolO2/(L·h)；

QO2——呼吸強(qiáng)度，mmolO2/(g菌·h)；

X——菌濃，g/L。

在發(fā)酵過(guò)程中，影響耗氧的因素有以下幾方面：

★培養(yǎng)基成分和補(bǔ)料培養(yǎng)基的成分和濃度顯著影響耗氧；培養(yǎng)液營(yíng)養(yǎng)豐富，菌體生長(zhǎng)快，耗氧量大；發(fā)酵濃度高，耗氧量大；發(fā)酵過(guò)程補(bǔ)料或補(bǔ)糖，微生物對(duì)氧的攝取量隨著增大。

★菌齡影響耗氧：呼吸旺盛，耗氧力強(qiáng)，發(fā)酵后期菌體處于衰老狀態(tài)，耗氧能力自然減弱。★發(fā)酵條件影響耗氧：在最適條件下發(fā)酵，耗氧量大。發(fā)酵過(guò)程中，排除有毒代謝產(chǎn)物如二氧化碳、揮發(fā)性的有機(jī)酸和過(guò)量的氨，也有利于提高菌體的攝氧量?！锟諝獾牧魉?/p>

KLa隨空氣流速的增加而增大，但空氣速度過(guò)大，則可使葉輪發(fā)生過(guò)載，即葉輪不能分散空氣，氣體不經(jīng)分散而沿?cái)嚢杵骶徛\(yùn)動(dòng)的中心迅速上升而逸出?！锱囵B(yǎng)液的物理性質(zhì)發(fā)酵液的表面張力、粘度、離子濃度等都會(huì)影響氣體的溶解度，還影響液體的湍動(dòng)以及界面和液膜的阻力，因而影響傳遞效率。發(fā)酵液中菌絲濃度增大，表觀粘度增大，通氣效率下降。發(fā)酵過(guò)程中添加糖、花生餅粉等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、前體或無(wú)菌水、消泡劑等均可改變培養(yǎng)液的理化性質(zhì)。

★空氣分布器對(duì)通氣效率的影響發(fā)酵罐中裝有多孔分布器和單孔分布器，在氣流速度很低時(shí)，多孔分布器有較高的通氣效率。但兩者的區(qū)別隨著氣流速度的增加而逐漸減少。可能是低氣流時(shí)多孔分布器可形成更大的傳遞面積，而當(dāng)通氣量增大時(shí)，單孔分布器能更大的增加發(fā)酵液的湍動(dòng)程度。方法作用機(jī)理投資運(yùn)轉(zhuǎn)成本效果對(duì)生產(chǎn)作用氣體成分C*變化中到低高好好攪拌速度KLa變化高低好好擋板KLa變化中低好好通氣速率KLa變化低低中不定溫度C*、氧需求變化低低變化不定基質(zhì)濃度氧需求變化中低好不定罐壓C*變化中到高低中好電解生產(chǎn)氧C*變化中低高小規(guī)模傳氧中間介質(zhì)KLa變化中中好好各種溶氧控制方法的比較KL——氧傳質(zhì)系數(shù)，m/h；a——比表面積（m2/m3)c*——氧在水中的飽和濃度，mmol/L；cL——發(fā)酵液中的溶氧濃度，mmol/L。

發(fā)酵過(guò)程中培養(yǎng)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。3、pH對(duì)發(fā)酵的影響和及其控制（1）pH對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響pH影響菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成：（1）影響酶的活性，當(dāng)pH值抑制菌體中某些酶的活性時(shí)，會(huì)阻礙菌體的新陳代謝；（2）細(xì)胞膜的電荷狀態(tài)：引起膜滲透性的變化，從而影響菌對(duì)養(yǎng)分的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌（3）對(duì)某些生物合成途徑有顯著影響：pH值往往引起菌體代謝過(guò)程的不同，使代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量和比例發(fā)生改變。微生物生長(zhǎng)和生物合成的最適pH微生物生長(zhǎng)：細(xì)菌（6.3~7.5),霉菌和酵母菌（3~6),放線菌（7~8)

微生物生長(zhǎng)階段和產(chǎn)物合成階段的最適pH往往不一樣，這不僅與菌種的特性有關(guān)，也取決于產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)。產(chǎn)品菌生長(zhǎng)最適pH范圍產(chǎn)物合成最適pH范圍青霉素6.5~7.26.2~6.8鏈霉素6.3~6.96.7~7.3四環(huán)素6.1~6.65.9~6.3土霉素6.0~6.65.8~6.1紅霉素6.6~7.06.8~7.3灰黃霉素6.4~7.06.2~6.5幾種抗生素發(fā)酵的最適pH范圍（2）發(fā)酵過(guò)程中pH的變化

發(fā)酵過(guò)程中，由于菌種在一定溫度及通氣條件下對(duì)培養(yǎng)基中碳、氮源等的利用，隨著有機(jī)酸或氨基氮的積累，會(huì)使pH產(chǎn)生一定的變化。這種變化的根源是培養(yǎng)基的成分和微生物的代謝特性。引起培養(yǎng)液的pH發(fā)生波動(dòng)的因素引起pH下降的因素：1）培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)，碳源過(guò)多，特別是葡萄糖過(guò)量，或者中間補(bǔ)糖過(guò)多加之溶解氧不足，致使有機(jī)酸大量積累2）消沫油加得過(guò)多3）生理酸性物質(zhì)的存在引起pH上升的因素：1）氮源過(guò)多2）生理堿性物質(zhì)存在3）中間補(bǔ)料中氨水或尿素等的堿性物質(zhì)加入過(guò)多（3）最適pH的選擇和調(diào)節(jié)選擇最適pH的原則：既有利于菌體的生長(zhǎng)繁殖，又要最大限度地使產(chǎn)物合成獲得高的產(chǎn)量。

考慮發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎(chǔ)配方，使之有適當(dāng)?shù)谋壤?，使發(fā)酵過(guò)程pH

的變化在適合的范圍內(nèi)。因?yàn)榕囵B(yǎng)基中含有代謝產(chǎn)酸[如葡萄糖產(chǎn)生酮酸、(NH4)2SO4]和產(chǎn)堿

[如NaNO3、尿素]的物質(zhì)以及緩沖劑[如CaCO3]等成分，它們?cè)诎l(fā)酵過(guò)程中要影響pH的變化，特別是CaCO3能與酮酸等反應(yīng)，而起到緩沖作用，所以它的用量比較重要。在分批發(fā)酵中，常采用這種方法來(lái)控制pH的變化?？刂苝H的方法利用上述方法調(diào)節(jié)pH值的能力是有限的，如果達(dá)不到要求，可以用在發(fā)酵過(guò)程直接補(bǔ)加酸或堿和補(bǔ)枓的方式來(lái)控制，特別是補(bǔ)料的方式，效果比較明顯。現(xiàn)在常用的是以生理酸性物質(zhì)(硫酸銨)和堿性物質(zhì)(氨水)來(lái)控制。它們不僅可以凋節(jié)pH值，還可以補(bǔ)充氮源。當(dāng)發(fā)酵的pH值和氨氮含量都低時(shí)，補(bǔ)加氨水，就可以達(dá)到調(diào)節(jié)pH

和補(bǔ)充氨氮的目的。反之，pH值較高，氨氮含量又低時(shí)，就補(bǔ)加硫酸銨。

目前，已比較成功地采用補(bǔ)料的方法來(lái)調(diào)節(jié)pH值，如氨基酸發(fā)酵采用流加尿素的方法，特別是次級(jí)代謝產(chǎn)物抗生素發(fā)酵，更常用此法。既可以達(dá)到穩(wěn)定pH值的目的，又可以不斷補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是能產(chǎn)生阻遏作用的物質(zhì)。采用補(bǔ)料的方法，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)、延長(zhǎng)發(fā)酵周期、調(diào)節(jié)pH值和培養(yǎng)液的特性（如菌濃等）等幾個(gè)目的。最成功的例子就是青霉素的補(bǔ)枓工藝，利用控制葡萄糖的補(bǔ)加速率來(lái)控制pH值的變化范圍（現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化），其青霉素產(chǎn)量比用恒定的加糖速率和加酸或堿來(lái)控制pH值的產(chǎn)量高25%。4、二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響及其控制CO2的抑制作用

影響菌體生長(zhǎng)、形態(tài)及產(chǎn)物合成高濃度的CO2會(huì)影響產(chǎn)黃青霉的菌絲形態(tài)。大多數(shù)微生物適應(yīng)低CO2濃度（0.02~0.04%體積分?jǐn)?shù)）。當(dāng)尾氣CO2濃度高于4%時(shí)微生物的糖代謝與呼吸速率下降。（1）CO2對(duì)細(xì)胞的作用機(jī)制：CO2——主要作用在細(xì)胞膜的脂肪酸核心部位

——影響磷脂的親水頭部帶電荷的表面及細(xì)胞膜表面上的蛋白質(zhì)當(dāng)細(xì)胞膜的脂質(zhì)相中CO2濃度達(dá)到一臨界值時(shí)，膜的流動(dòng)性及表面電荷密度發(fā)生變化。這將導(dǎo)致膜對(duì)許多基質(zhì)的運(yùn)輸受阻，影響了細(xì)胞膜的運(yùn)輸效率，使細(xì)胞處于“麻醉”狀態(tài)，生長(zhǎng)受抑制，形態(tài)發(fā)生變化。（2）呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系呼吸商：RQ值可以反映菌體的代謝情況，例如酵母培養(yǎng)過(guò)程：

RQ=1糖代謝走有氧分解代謝途徑，僅供生長(zhǎng)、無(wú)產(chǎn)物形成；

RQ>1.1走EMP途徑，生成乙醇；

RQ=0.93生成檸檬酸；

RQ<0.7生成的乙醇被當(dāng)作基質(zhì)再利用。（3）二氧化碳濃度的控制

發(fā)酵液中CO2濃度受到許多因素的影響，如細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度、發(fā)酵液的流變學(xué)特性、通氣攪拌程度、罐壓大小和設(shè)備規(guī)模等。值得注意的是，罐內(nèi)的CO2分壓是液體深度的函數(shù)。CO2濃度的控制：根據(jù)其對(duì)發(fā)酵的促進(jìn)或抑制作用，通過(guò)調(diào)節(jié)通氣量和攪拌速率，提高或降低其濃度。

（1）碳源的種類和濃度的影響和控制碳源分為迅速利用的碳源和緩慢利用的碳源。迅速利用的碳源能較迅速地參與代謝、合成菌體和產(chǎn)生能量，并分解產(chǎn)物（如丙酮酸），有利于菌體的生長(zhǎng)。但有的分解代謝產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)物的合成可能產(chǎn)生阻遏作用。

五、基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響慢速利用的碳源為菌體緩慢利用，有利于延長(zhǎng)代謝產(chǎn)物的合成（如抗生素），許多藥物發(fā)酵采用。例如乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油分別是青霉素、頭孢菌素C、鹽霉素、核黃素及生物堿發(fā)酵的最適碳源。因此選擇最適碳源對(duì)提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量是很重要的。

在工業(yè)上，發(fā)酵培養(yǎng)基中常采用迅速和緩慢利用的混合碳源，來(lái)控制菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。

（2）氮源的種類和濃度的影響和控制氮源象碳源一樣,也有迅速利用的氮源和緩慢利用的氮源。

迅速利用的氮源有：氨基態(tài)氮的氨基酸、硫酸銨、玉米漿。慢速利用的氮源有：黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉等蛋白質(zhì)。

快速利用氮源容易被菌體所利用，促進(jìn)菌體生長(zhǎng)，但對(duì)某些代謝產(chǎn)物的合成，特別是某些抗生素的合成產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，影響產(chǎn)量。如鏈霉菌的竹桃霉素發(fā)酵中，采用促進(jìn)菌體生長(zhǎng)的銨鹽，能刺激菌絲生長(zhǎng)，但抗生素產(chǎn)量下降。

緩慢利用的氮源對(duì)延長(zhǎng)次級(jí)代謝產(chǎn)物的分泌期，提高產(chǎn)物的產(chǎn)量是有好處的。但一次投入，也容易促進(jìn)菌體生長(zhǎng)和養(yǎng)分過(guò)早耗盡，以致菌體過(guò)早衰老而自溶，從而縮短產(chǎn)物的分泌期，因而要選擇適當(dāng)?shù)牡春瓦m當(dāng)?shù)臐舛取?/p>

（3）磷酸鹽濃度的影響和控制

磷是微生物生長(zhǎng)繁殖所必需的成分，也是合成代謝產(chǎn)物所必需的。微生物生長(zhǎng)良好所允許的磷酸鹽濃度為0.32-300mmol，但對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物合成良好所允許的最高平均濃度僅為1.0mmol，提高到10mmol，就明顯影響其合成。

磷酸鹽濃度在初級(jí)代謝中的要求不如次級(jí)代謝嚴(yán)格。

對(duì)抗生素來(lái)說(shuō)，常常是采用生長(zhǎng)亞適量（對(duì)菌體生長(zhǎng)不是最適合但又不影響生長(zhǎng)的量）磷酸鹽濃度，其最適濃度取決于菌種特征、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)基的組成和來(lái)源等因素。6、泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及控制（1）由外界引進(jìn)的氣流被機(jī)械地分散形成（2）由發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的氣體聚結(jié)生成的發(fā)酵泡沫（3）發(fā)酵液中糖、蛋白質(zhì)和代謝物等的存在起到加強(qiáng)或穩(wěn)定泡沫的作用泡沫產(chǎn)生的原因（1）通氣、攪拌的劇烈程度（2）培養(yǎng)基所用原材料性質(zhì)：蛋白質(zhì)原料如蛋白胨、玉米漿、花生餅粉、黃豆餅干粉、酵母粉和糖蜜等是主要的發(fā)泡物質(zhì)。培養(yǎng)基中蛋白質(zhì)含量越多，發(fā)酵液的粘度也越大，越容易起泡，泡沫多而且持久穩(wěn)定。另外，培養(yǎng)基的滅菌方法、滅菌溫度和時(shí)間也會(huì)影響到培養(yǎng)基成分的變化，從而影響培養(yǎng)基的起泡能力。泡沫消長(zhǎng)的影響因素：泡沫對(duì)發(fā)酵的危害（1）使發(fā)酵罐的裝填系數(shù)減少（2）造成大量逃液，導(dǎo)致產(chǎn)物損失（3）增加了染菌的機(jī)會(huì)（4）增加了菌群的非均一性（5）消泡劑的加入給提取工序帶來(lái)困難發(fā)酵過(guò)程中泡沫的控制★機(jī)械消沫★化學(xué)消沫（消沫劑消沫）（1）機(jī)械消沫原理：利用物理作用，靠機(jī)械的強(qiáng)烈振動(dòng)或壓力的變化促使泡沫破碎。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省原材料，不會(huì)增加下游工段的負(fù)擔(dān)，減少染雜菌。缺點(diǎn)：效率不高（作為消沫的輔助方法），不能從根本上消除泡沫成因。例如：耙式消泡槳裝在發(fā)酵罐的攪拌軸上，槳上的齒面略高于液面，靠軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)來(lái)打碎泡沫，起到消泡的作用。罐內(nèi)機(jī)械消沫

通過(guò)噴頭將含氣泡的培養(yǎng)液噴向轉(zhuǎn)向板，使其破裂，然后再流回發(fā)酵罐。罐外機(jī)械消沫（2）化學(xué)消沫★化學(xué)消沫的機(jī)理：化學(xué)消沫劑是表面活性劑。一般好的消沫劑應(yīng)同時(shí)具備降低液膜的機(jī)械強(qiáng)度和表面粘度這兩種性能?！锍Ｓ玫南瓌ㄈ芙舛容^小、分散性較差的高分子化合物）：a)天然油脂類：玉米油、豆油、菜油及豬油等b)高級(jí)醇類：十八醇、聚二醇等c)聚醚類：聚氧丙烯甘油(GP)、聚氧乙烯氧丙烯甘油（“泡敵”）(GPE)等P187d)硅酮類：聚二甲基硅氧烷及其衍生物e)氟化烷烴

消泡劑多數(shù)是溶解度小、分散性不十分好的高分子化合物，所以在使用時(shí)，要考慮如何降低它的黏度和提高它的分散性，來(lái)增強(qiáng)它們的消泡效果。使用的增效方法有:

a機(jī)械分散、或借助分散劑

b與載體一起使用

c多種消沫劑并用

d利用乳化劑增強(qiáng)消沫劑的消沫作用

染菌是發(fā)酵生產(chǎn)中的一個(gè)致命弱點(diǎn)，輕者影響了生產(chǎn)產(chǎn)品的收率和產(chǎn)品質(zhì)量，重者會(huì)導(dǎo)致“倒罐”，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。目前：提高生產(chǎn)技術(shù)水平，盡可能防止發(fā)酵染菌的發(fā)生，而且一旦發(fā)生染菌，要能盡快找出其污染的原因，并采取相應(yīng)的有效措施，把發(fā)酵染菌造成的損失降低到最小。三、發(fā)酵染菌的防治及處理1、染菌的途徑分析●種子包括進(jìn)罐前菌種室階段出問(wèn)題●培養(yǎng)基的配制和滅菌不徹底●設(shè)備上特別是空氣除菌不徹底和過(guò)程控制操作上的疏漏●連續(xù)攪拌●供給無(wú)菌空氣、排放多余空氣●多次添加消沫劑、補(bǔ)充培養(yǎng)基●定時(shí)取樣分析2、染菌的判斷和防治◆鏡檢◆無(wú)菌試驗(yàn)◆一些狀態(tài)參數(shù)，如溶氧變化、排氣中的CO2含量等◆異?，F(xiàn)象，如菌體生長(zhǎng)不良、耗糖慢、pH值異常變化、發(fā)酵過(guò)程中泡沫的異常增多、發(fā)酵液的顏色異常變化、代謝產(chǎn)物含量的異常下跌、發(fā)酵周期的異常延長(zhǎng)、發(fā)酵液的粘度異常增加等。▲造成發(fā)酵染菌的原因有很多，且常因工廠不同而有所不同，但設(shè)備滲漏、空氣中有雜菌、種子帶菌、滅菌不徹底和技術(shù)管理不善等是造成各廠污染雜菌的普遍原因?！话悖瑥娜揪姆N類可大致判斷其來(lái)源

從發(fā)酵染菌的規(guī)模分析不同染菌時(shí)間分析▲對(duì)抗生素發(fā)酵染菌：前期——原則上可適當(dāng)改變生長(zhǎng)參數(shù)，使有利于生產(chǎn)菌而不利于雜菌的生長(zhǎng)，或加入某些抑制雜菌的化合物。中后期——除非是噬菌體通常后果不會(huì)那么嚴(yán)重。3、染菌的挽救或處理（1）種子培養(yǎng)期染菌的處理種子受到雜菌污染后，應(yīng)經(jīng)滅菌后棄之，并對(duì)種子罐、管道等進(jìn)行仔細(xì)檢查和徹底滅菌。同時(shí)采用備用種子。（2）發(fā)酵前期染菌的處理如培養(yǎng)基中的碳、氮源含量還比較高時(shí)，終止發(fā)酵，將培養(yǎng)基重新進(jìn)行滅菌處理后再用；否則，補(bǔ)充新鮮培養(yǎng)基，再進(jìn)行滅菌處理。也可采取降溫培養(yǎng)、調(diào)節(jié)pH值、調(diào)整補(bǔ)料量、補(bǔ)加培養(yǎng)基等措施。（3）發(fā)酵中、后期染菌的處理加入適當(dāng)?shù)臍⒕鷦┗蚩股?，以抑制雜菌的生長(zhǎng)，也可采取降低培養(yǎng)溫度、降低通風(fēng)量、停止攪拌、少量補(bǔ)糖等其他措施。若產(chǎn)物含量已達(dá)一定值，也可放罐。廢液應(yīng)加熱滅菌后才能排放。（4）染菌后對(duì)設(shè)備的處理徹底清洗發(fā)酵罐，并加熱滅菌后才能使用。也可用甲醛熏蒸或甲醛溶液浸泡12h以上等方法進(jìn)行處理。4、噬菌體污染及其防治

利用細(xì)菌或放線菌進(jìn)行的發(fā)酵容易受噬菌體的污染，由于噬菌體的感染力非常強(qiáng)，傳播蔓延迅速，且較難防治，對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)有很大的威脅。噬菌體是一種感染細(xì)菌或放線菌的病毒。噬菌體有兩類：烈性噬菌體：感染宿主細(xì)胞后，立即引起細(xì)胞裂解