發(fā)酵工程期末復習題要點

PAGE22發(fā)酵工程第一章緒論1.發(fā)酵：1）傳統(tǒng)發(fā)酵2）生化和生理學意義的發(fā)酵3）工業(yè)上的發(fā)酵傳統(tǒng)發(fā)酵工程：利用微生物的生長和代謝活動來大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品的過程理論與工程技術(shù)體系。該技術(shù)體系主要包括菌種選育與保藏、菌種擴大生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的生物合成與分離純化制備等技術(shù)集成?，F(xiàn)代發(fā)酵工程：是將DNA重組及細胞融合技術(shù)、酶工程技術(shù)、組學及代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控技術(shù)、過程工程優(yōu)化與放大技術(shù)等新技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵工程融合，大大提高傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)水平，拓展傳統(tǒng)發(fā)酵應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品范圍的一種現(xiàn)代工業(yè)生物技術(shù)體系（新一代工業(yè)生物技術(shù)）。工業(yè)上的發(fā)酵：利用微生物、植物、動物，在合適的條件下，經(jīng)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物的過程。2.發(fā)酵工程是生物技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心。3.發(fā)酵工業(yè)的特點優(yōu)點：1.產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復雜性和特異性：手性或光學活性2.過程安全性：水相、常溫、常壓、中性、不燃不爆3.主要原料可再生性：陽光和土地4.原料可替換性5.反應(yīng)自控性6.設(shè)備通用性7.副產(chǎn)物可綜合利用性8.生產(chǎn)能力可提高性：突變與基因擴增9.產(chǎn)物類型可塑性：突變與轉(zhuǎn)基因缺點：1.副產(chǎn)物多，分離精制困難2.反應(yīng)速度慢3.原料轉(zhuǎn)化率低4.反應(yīng)濃度低5.生產(chǎn)穩(wěn)定性差6.設(shè)備龐大，輔助設(shè)備多，投資大7.廢水、廢渣排放量大，處理費用高8.生產(chǎn)過程容易受到其他微生物的污染9.通氣、攪拌、冷卻等能耗大4.發(fā)酵工業(yè)的范圍微生物菌體酶制劑代謝產(chǎn)物生物轉(zhuǎn)化第二章發(fā)酵工程菌種一發(fā)酵工業(yè)中常用微生物菌種（了解）（一）細菌1、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)2、大腸桿菌(Escherichiacoli)3、乳酸桿菌(Lactobacillussp.)4、丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutyleum)5、腸膜狀明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)6、醋酸菌(Acetobacter)7、棒狀桿菌(Corynebacterium)8、短桿菌(Brevibacterium)9、黃單胞菌(Xanthomonas)10、假單胞菌(Pseudomonas)（二）放線菌1、鏈霉菌屬(Streptomyces)2、小單胞菌屬(Micromonospora)3、游動放線菌屬（Actinoplanes）4、諾卡氏菌屬(Norcadia)5、孢囊鏈霉菌屬(Streptosporangium)（三）酵母菌1、啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)2、葡萄汁酵母(Saccharomycesuvarum)4、球擬酵母(Toruiopsis)5、假絲酵母(Candida)6、紅酵母(Rhodotorula)7、棉病針孢酵母(Nematsporagossypii)8.畢赤氏酵母(Pichia)（四）霉菌1、根霉(Rhizopus)2、毛霉(Mucor)3、曲霉(Aspergillus)4、青霉(Penicillum)5、白地霉(Geotrichumcandidum)6、產(chǎn)黃頭孢霉(Cephalosporiumchrysogen)二.盡管工業(yè)用微生物菌種多種多樣，但作為大規(guī)模生產(chǎn)，選擇菌種應(yīng)遵循以下原則：1、能在廉價原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長，并形成所需的代謝產(chǎn)物，產(chǎn)量高；2、培養(yǎng)條件易于控制；3、生長速度和反應(yīng)速度較快，發(fā)酵周期較短；4、滿足代謝控制的要求；5、選育抗噬菌體和雜菌能力強的菌株；6、菌種純粹，不易變異退化，以保證發(fā)酵生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。7、菌種不是病原菌，不產(chǎn)生有害的生物活性物質(zhì)和毒素，以保證安全。8、發(fā)酵過程中產(chǎn)生的泡沫少，有利于提高裝料系數(shù)和單罐產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本；9、對需要添加的前體物質(zhì)有耐受能力，且不能將前體物質(zhì)作為碳源使用。三.發(fā)酵工程工業(yè)生產(chǎn)水平的三個決定要素:生產(chǎn)菌種的性能發(fā)酵和提取工藝條件生產(chǎn)設(shè)備四.高產(chǎn)培養(yǎng)基設(shè)計的幾個原則制備一系列的培養(yǎng)基，其中有各種類型的養(yǎng)分成為生長限制因素；使用一聚合或復合形式的生長限制養(yǎng)分；避免使用容易同化的碳源或氮源，防止分解代謝物阻遏；確定含有所需的輔因子（Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+）；使用pH緩沖劑以減少pH變化；前體、促進劑及抑制劑的采用。五.菌種選育：自然選育誘變育種雜交育種(有性、準性)原生質(zhì)體融合育種基因工程育種六.自然選育：在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工處理，利用菌種的自發(fā)突變而進行菌種篩選的過程叫自然選育。自發(fā)突變(spontaneousmutation)，也稱自然突變，指某些微生物在沒有人工參與下所發(fā)生的那些突變，但這決不意味著這種突變是沒有原因的。自然選育的一般程序：制備單孢子（單細胞）懸液∨適當稀釋∨在固體平板上分離∨挑取部分單菌落進行生產(chǎn)能力測定∨經(jīng)反復篩選以確定生產(chǎn)能力更高的菌株替代原來的菌株七.誘變育種表型遲延現(xiàn)象：遺傳物質(zhì)經(jīng)誘變處理后發(fā)生的突變，必須經(jīng)復制才能表現(xiàn)出來。第三章種子擴大培養(yǎng)一.種子擴大培養(yǎng)：定義：菌種的擴大培養(yǎng)就是把保藏在砂土管、冷凍干燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶和種子罐，逐級擴大培養(yǎng)后達到一定的數(shù)量和質(zhì)量的純種培養(yǎng)過程。這些純種的培養(yǎng)物稱為種子。二.作為生產(chǎn)用種子的準則1）菌種細胞的生長活力強，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長，延滯期短。2）生理性狀穩(wěn)定3）菌體總量及濃度能滿足大容量發(fā)酵罐的要求4）無雜菌污染5）保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力三.種子罐種子制備的工藝工程因菌種不同而異，一般可分為：一級種子、二級種子、三級種子對于生長快的細菌，種子用量比例小，故種子罐相應(yīng)也少。如：谷氨酸生產(chǎn)中，采用茄瓶斜面或搖瓶種子接入種子罐于32℃培養(yǎng)7～10h，菌體濃度達108～109個/ml，即可接入發(fā)酵罐作為種子。這稱為一級種子罐擴大培養(yǎng)，也稱二級發(fā)酵。生長較慢的菌種，如青霉素生產(chǎn)菌種，其孢子懸浮液接入一級種子罐擴大培養(yǎng)于27℃培養(yǎng)40h，此時孢子發(fā)芽，長出短菌絲，再移至含有新鮮培養(yǎng)基的第二級種子罐，于27℃培養(yǎng)10～24h，菌絲迅速繁殖，獲粗壯菌體，即可移至發(fā)酵罐作為種子。這稱為二級種子罐擴大培養(yǎng)，也稱三級發(fā)酵。一般50m3發(fā)酵罐都采用三級發(fā)酵生長更慢的菌種，鏈霉素生產(chǎn)菌種灰色鏈霉菌，一般采用三級種子罐擴大培養(yǎng)（四級發(fā)酵）在小型罐（5～500L）中進行實驗時，通常采用直接將孢子或菌絲體接入罐中發(fā)酵，這可稱為一級發(fā)酵。四.移種方式：1）單種：一個種子罐接種到一個發(fā)酵罐中。2）雙種：為加大接種量，兩個種子罐接種到一個發(fā)酵罐中。3）倒種：種子罐染菌又無備用種子時或種子質(zhì)量不理想可采樣倒種法，以適宜的發(fā)酵罐倒出部分給另一發(fā)酵罐。4）混種：一部分種子來源于種子罐，一部分來源于發(fā)酵罐。五.種齡——種子罐中培養(yǎng)的菌體開始移入下一級種子罐或發(fā)酵罐時的培養(yǎng)時間。六.接種量——是指移入的種子液體積和接種后培養(yǎng)液體積的比例。（接種量：細菌1-5%，酵母5-10%，霉菌10-20%）大多數(shù)抗生素發(fā)酵的最適接種量為7～15%，有時可增加到20～25%；而由棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸接種量只需1%。除了始于斜面培養(yǎng)的初次接種外，發(fā)酵過程的各階段接種量一般均需0.5～10%的接種量。七.種子質(zhì)量的判斷1、細胞或菌體2、生化指標通常測定的參數(shù)有：1）pH2）培養(yǎng)基滅菌后磷、糖、氨基氮的含量變化3）菌體形態(tài)、菌體濃度和培養(yǎng)液外觀（色素、顆粒等）4）其它參數(shù)，如某種酶的活力3、產(chǎn)物生成量4、酶活力第四章發(fā)酵工業(yè)原料及其處理培養(yǎng)基基本要求：1)都必須含有作為合成細胞組成的原料。2)滿足一般生化反應(yīng)的基本條件，如碳源、氮源、無機鹽、生長因子；3)一定的pH等條件。4）工業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)基所用的原材料必須來源豐富、價格低廉、質(zhì)量穩(wěn)定。二.培養(yǎng)基的成分及來源1.、碳源2.、氮源3.、無機鹽及微量元素4.、生長因子5.、前體、促進劑和抑制劑碳源常用碳源：糖類、油脂、有機酸和低碳醇。各種菌種對不同碳源的利用速率和效率不一樣。氮源1.有機氮源2.無機氮源有機氮源和無機氮源應(yīng)當混合使用早期：容易利用易同化的氮源—無機氮源中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì)3.有機氮源常用：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白陳、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟等。它們在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被吸收后再進一步分解代謝。成分復雜：除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。4.無機氮源：常用的有：銨鹽、硝酸鹽和氨水等。無機氮源的迅速利用會引起pH的變化。生理酸性物質(zhì)：硫酸銨。生理堿性物質(zhì)：如硝酸鈉。在常用的無機氮中，硫酸銨被菌體利用后會使培養(yǎng)液的pH下降，為生理酸性物質(zhì)；硝酸鈉被同化時則引起培養(yǎng)液pH上升，為生理堿性物質(zhì)。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH有積極作用。5.無機氮源和尿素、玉米漿等可被迅速利用，為速效氮源；蛋白質(zhì)氮則需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用，屬遲效氮源。三.前體：指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中能直接結(jié)合到產(chǎn)物中，而自身結(jié)構(gòu)沒有多大變化，但是產(chǎn)物產(chǎn)量卻有較大提高。抑制劑：會抑制某些代謝途徑的進行，同時會使另一代謝途徑活躍，從而獲得人們所需的某種產(chǎn)物，或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來。促進劑：指那些既不是營養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。四.培養(yǎng)基成分和配比的選擇注意事項：1、要注意快速利用的碳(氮)源和慢速利用的碳(氮)源的相互配比。2、選用適當?shù)奶嫉取?、要注意生理酸、堿性鹽和pH緩沖劑的加入和搭配。培養(yǎng)基設(shè)計與優(yōu)化的任務(wù)：確定最佳成分組成確定各成分的最佳配比確定最佳pH確定最佳配制工藝培養(yǎng)基中影響菌體生長和產(chǎn)物形成的因素：培養(yǎng)基組成（包括原料來源與加工方法）配比緩沖能力黏度消毒是否徹底消毒對營養(yǎng)的破壞程度原料的雜質(zhì)五.水解方法三類：酸水解（副反應(yīng)多，最差），酶水解（生產(chǎn)周期長），酸酶結(jié)合水解法酸解法優(yōu)點：工藝簡單，水解時間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備周轉(zhuǎn)快。缺點：副產(chǎn)物多，影響糖液純度，一般DE值只有90％左右。對淀粉原料要求嚴格，不能用粗淀粉，只能用純度較高的精制淀粉。酶解法優(yōu)點：（1）反應(yīng)條件溫和，不需高溫、高壓設(shè)備。（2）副反應(yīng)少，水解糖液純度高。（3）對原料要求粗放，可用粗原料并在較高淀粉乳濃度下水解。（4）糖液顏色淺，質(zhì)量高。缺點：（1）生產(chǎn)周期長，一般需要48小時。（2）需要更多的設(shè)備，且操作嚴格。酸酶結(jié)合法集酸解法和酶解法的優(yōu)點而采取的生產(chǎn)工藝。根據(jù)原料淀粉性質(zhì)分：酸酶法酶酸法六.發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基的滅菌方法：化學試劑滅菌法，射線滅菌法，干熱滅菌法，濕熱滅菌法，過濾除菌法，火焰滅菌法致死溫度：殺死微生物的極限溫度。致死時間：在此溫度下，殺死全部微生物所需要的時間。熱阻：對熱的抵抗力，指微生物在某一特定條件（主要是溫度和加熱方式）下的致死時間。相對熱阻：幾種微生物對熱的相對抵抗能力。指微生物在某一特定條件下的致死時間與另一微生物在相同條件下的致死時間的比值。對數(shù)殘留定律：在一定溫度下，微生物的受熱死亡遵照分子反應(yīng)速度理論。在滅菌過程中，微生物的死亡速率與任一瞬時殘存的活菌數(shù)成正比,對數(shù)殘留定律。-dN/d=NN：培養(yǎng)基中活的微生物個數(shù)；：時間（s）;：比死亡速率（s-1）(死亡速率常數(shù))dN/d：微生物的瞬間變化率，即死亡速率微生物的受熱死亡屬于單分子反應(yīng)，其滅菌速率常數(shù)K與溫度之間的關(guān)系可用阿累尼烏斯公式表示：K—滅菌速度常數(shù)（s-1），也稱反應(yīng)速度常數(shù)或比死亡速度常數(shù).A—比例常數(shù)E—殺死細菌所需的活化能，(E)（×4.18J/mol）T—絕對溫度，(K)R—氣體常數(shù)，[1.978×4.18J/(mol·K)]e—2.71(exp)影響滅菌的因素：微生物細胞中水分對滅菌的影響細胞含水越多，蛋白質(zhì)變性的溫度越低微生物細胞菌齡對滅菌的影響老細胞水分含量低、低齡細胞水分含量高培養(yǎng)基的物理狀態(tài)對滅菌的影響培養(yǎng)基中微生物數(shù)量對滅菌的影響1.為什么說培養(yǎng)基中脂肪、糖分和蛋白質(zhì)的含量越高，滅菌溫度就得相應(yīng)高些？答：培養(yǎng)液中油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)會增加微生物的耐熱性，高濃度有機物會包于細胞周圍形成一層薄膜，影響熱的傳遞；因此，在固形物含量高的情況下，滅菌溫度可高些。高濃度鹽類、色素能削減其耐熱性。2.滅菌的徹底與否應(yīng)以殺死營養(yǎng)細胞為準還是殺死細菌孢為標準，為什么？3.在滅菌過程中，為什么說培養(yǎng)基發(fā)生泡沫對滅菌很不利？答：泡沫中的空氣形成隔熱層,使傳熱困難，熱難穿透過去殺滅微生物。因而有時需要在培養(yǎng)基中加入消泡沫劑以減少泡沫的產(chǎn)生，或適當提高滅菌溫度，延長滅菌時間。4.問題判斷培養(yǎng)基的PH值越低，滅菌所需的時間就愈短。（）在實際生產(chǎn)中，不宜采用嚴重霉腐的腐敗的水質(zhì)，是因為其微生物數(shù)量多，影響滅菌效果。（）在滅菌過程中，充分攪拌更有利于滅菌。（）年輕細胞比年老細胞更易殺死。（）微生物含水量越多，滅菌時間就得越長。（）七.空消：實消：連消：第五章無菌空氣的制備一.無菌要求：在發(fā)酵過程中不因空氣染菌而造成損失。一般要求1000次使用周期中只允許有一個菌通過，即經(jīng)除菌后空氣的無菌程度為N=10-3。二..空氣的除菌方法1.輻射殺菌2．熱殺菌3．靜電除菌4．過濾除菌法三…空氣過濾除菌空氣過濾除菌的原理深層過濾：以棉花、玻璃纖維、活性炭為過濾介質(zhì)。介質(zhì)過濾是以大空隙的介質(zhì)過濾層除去較小顆粒，這顯然不是面積過濾（即不是絕對過濾），而是一種滯留現(xiàn)象。這種滯留現(xiàn)象是由多種作用機制構(gòu)成的，主要有慣性碰撞、阻截、布朗運動、重力沉降和靜電吸引等。四.過濾除菌流程的設(shè)備（了解）常用的過濾介質(zhì)：1）棉花2)活性炭3）玻璃纖維4）玻璃纖維紙第六章氧的供需與傳遞1.呼吸強度（比耗氧速率）單位質(zhì)量的菌體(以干重計)在單位時間內(nèi)消耗氧的量mmolO2/（g干細胞·h）。用Qo2表示。2.耗氧速率指單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)的消耗氧的量，以r表示，單位為[mmolO2/L·h]。3.臨界氧濃度：在溶氧濃度低時，呼吸強度隨溶解氧濃度的增加而增加，當溶氧濃度達到某一值后，呼吸強度不再隨溶解氧濃度的增加而變化時的溶解氧濃度。用C臨界表示臨界溶氧濃度CCr:指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度。4.飽和溶氧濃度：在一定溫度和壓力下，空氣中的氧在水中的溶解度。(mmol/L)5.最適氧濃度：6.氧的傳遞供氧：空氣中的氧從空氣泡里通過氣膜、氣液界面和液膜擴散到液體主流中。耗氧：氧分子自液體主流通過液膜、菌絲叢、細胞膜擴散到細胞內(nèi)①從氣泡中的氣相擴散通過氣膜到氣液界面；②通過氣液界面；③從氣液界面擴散通過氣泡的液膜到液相主體；④液相溶解氧的傳遞；⑤從液相主體擴散通過包圍細胞的液膜到大細胞表面；⑥氧通過細胞壁；⑦微生物細胞內(nèi)氧的傳遞；通常③和⑤步傳遞阻力最大，是整個過程的控制步驟7.測定溶氧傳遞系數(shù)的方法：亞硫酸鹽氧化法，取樣極譜法，排氣法，物物料衡算法，動態(tài)法。第七章微生物發(fā)酵機制1.酵母菌酒精發(fā)酵一型：酵母菌酒精發(fā)酵三型：酵母菌酒精發(fā)酵Ⅱ型1mol葡萄糖只產(chǎn)生1mol甘油，不產(chǎn)生ATP，整個過程無ATP積余，可見在甘油發(fā)酵過程中亞硫酸鹽不能加得太多，否則會使酵母菌因得不到能量而終止發(fā)酵，必須留一部分酒精發(fā)酵，以使獲得一些能量，供生命活動所需。該過程也稱酵母菌的II型發(fā)酵。2.同型乳酸發(fā)酵：進行乳酸發(fā)酵的主要是細菌。它們利用糖經(jīng)糖酵解途徑生成丙酮酸，丙酮酸還原產(chǎn)生乳酸。發(fā)酵產(chǎn)物中主要為乳酸的稱為同型乳酸發(fā)酵。如乳鏈球菌（Streptococcuslactics）、乳酪球菌（Streptococcuscremoris）、干酪乳桿菌（lactobacilluscasei）、保加利亞乳桿菌（Lac.bulgaricus）等。異型乳酸發(fā)酵：發(fā)酵產(chǎn)物中除乳酸外同時還有比例較高的乙酸、乙醇、二氧化碳等，稱為異型乳酸發(fā)酵。其生物合成途徑有兩種。1.6-磷酸葡萄糖酸途徑2.Bifidus途徑（雙歧途徑）3.檸檬酸的發(fā)酵機制檸檬酸的合成途徑黑曲霉(Asp.niger)原料：糖類，乙醇，醋酸途徑：EMP（HMP）丙酮酸羧化TCA環(huán)黑曲霉生長，EMP與HMP途徑的比率是2：1，生產(chǎn)檸檬酸時為4：1。葡萄糖＞檸檬酸(citricacid)理論轉(zhuǎn)化率：106.7%檸檬酸積累機理：1、由于錳的缺乏，抑制了蛋白質(zhì)的合成，而導致細胞內(nèi)的NH4+濃度升高，促進了EMP途徑的暢通。2、由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供草酰乙酸。3、在控制Fe++含量的情況下，順烏頭酸酶活性低，從而使檸檬酸積累。順烏頭酸水合酶在催化時建立如下平衡檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸＝90：3：7檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié)：糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)及時補加草酰乙酸檸檬酸的發(fā)酵機制：4.谷氨酸合成途徑谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，谷氨酸生產(chǎn)菌屬于生物素缺陷型菌種5.許多抗生素的基本結(jié)構(gòu)是由少數(shù)幾種初級代謝產(chǎn)物構(gòu)成的，所以次級產(chǎn)物是以初級產(chǎn)物為母體衍生出來的，次級代謝途徑并不是獨立的，而是與初級代謝途徑有密切聯(lián)系的。糖代謝的中間體，既可以來合成初級代謝產(chǎn)物，又可以來合成次級代謝產(chǎn)物，這種中間體叫分叉中間體，如丙二酰CoＡ。微生物的初級代謝對次級代謝具有調(diào)節(jié)作用。第八章發(fā)酵動力學得率：是指被消耗的物質(zhì)和所合成產(chǎn)物之間的量的關(guān)系。生長得率：是指每消耗1g(或mo1)基質(zhì)(一般指碳源)所產(chǎn)生的菌體重(g)。轉(zhuǎn)化率：指投入的原料與合成產(chǎn)物數(shù)量之比?；|(zhì)比消耗速率(qs，g(或mo1)／g菌體·h)：指每克菌體在一小時內(nèi)消耗營養(yǎng)物質(zhì)的量。它表示細胞對營養(yǎng)物質(zhì)利用的速率或效率。在比較不同微生物的發(fā)酵效率上這個參數(shù)很有用。產(chǎn)物比生產(chǎn)速率(qp，g(或mo1)／g菌體·h)：指每克菌體在一小時內(nèi)合成產(chǎn)物的量，它表示細胞合成產(chǎn)物的速度或能力，可以作為判斷微生物合成代謝產(chǎn)物的效率。分批培養(yǎng)（batchculture）指在一個密閉系統(tǒng)內(nèi)一次性投入有限數(shù)量營養(yǎng)物進行發(fā)酵的方法。連續(xù)培養(yǎng)（continuousculture）指在一開放系統(tǒng)中，以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)連續(xù)供給新鮮培養(yǎng)基，同時以相同速度將含有微生物和產(chǎn)物的培養(yǎng)液從發(fā)酵罐內(nèi)放出，從而使發(fā)酵罐內(nèi)液體量維持恒定，使培養(yǎng)物在近似恒定狀態(tài)下生長和進行代謝活動的方法。補料分批培養(yǎng)（fed-batchculture）指在分批發(fā)酵中間歇地或連續(xù)地補加（流加）新鮮培養(yǎng)基的方法。2.分批培養(yǎng)中的產(chǎn)物形成：Ⅰ型：生長偶聯(lián)產(chǎn)物生成——菌體生長、碳源利用和產(chǎn)物形成幾乎在相同時間出現(xiàn)高峰。產(chǎn)物形成直接與碳源利用有關(guān)。Ⅱ型：生長與產(chǎn)物生成部分偶聯(lián)——在生長開始后并無產(chǎn)物生成，在生長繼續(xù)進行到某一階段才有產(chǎn)物生成。產(chǎn)物形成間接與碳源利用有關(guān)。Ⅲ型：非生長偶聯(lián)產(chǎn)物生成——在生長停止后才有產(chǎn)物生成。產(chǎn)物形成與碳源利用無準量關(guān)系。分批發(fā)酵中生長和產(chǎn)物形成的關(guān)系：第九章發(fā)酵過程的控制1.代謝參數(shù)按性質(zhì)可分為三類：物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓、空氣流量、溶解氧、表觀粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等化學參數(shù)：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷）、pH、產(chǎn)物濃度、核酸量等生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌體濃度、菌體比生長速率、呼吸強度、攝氧率、關(guān)鍵酶活力等直接參數(shù)：如T、pH、罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、溶氧濃度等間接參數(shù)：將直接參數(shù)通過公式計算獲得的如攝氧率(γ)、呼吸強度(QO2)、比生長速率（μ)、體積溶氧系數(shù)(KLa)、呼吸商(RQ)等。2.發(fā)酵熱：發(fā)酵過程中釋放出的凈熱量。[J/m3·h]或單位體積的發(fā)酵液在單位時間內(nèi)釋放出來的凈熱量。Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q顯–Q輻射生物熱：產(chǎn)生菌在生長繁殖過程中本身會產(chǎn)生大量的熱，此為生物熱。攪拌熱（Q攪拌）：攪拌帶動發(fā)酵液作機械運動，造成液體之間、液體和設(shè)備之間的摩擦，產(chǎn)生數(shù)量可觀的熱。蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā))：空氣進入發(fā)酵罐后，就和發(fā)酵液廣泛接觸進行熱交換，同時必然會引起水分的蒸發(fā)，蒸發(fā)所需的熱量即為蒸發(fā)熱。顯熱（Q顯）：排出氣體所帶的熱輻射熱（Q輻射）：因罐內(nèi)外的溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過罐體向外輻射。輻射熱的大小決定于罐內(nèi)外的溫差3.溫度對發(fā)酵的影響體現(xiàn)在影響發(fā)酵動力學特性，改變菌體代謝產(chǎn)物的合成方向，影響微生物大的代謝調(diào)節(jié)機制，影響發(fā)酵液的理化性質(zhì)和產(chǎn)物的生物合成。四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌同時能產(chǎn)生金霉素。在低于30℃下，該菌合成金霉素能力較強；溫度提高，合成四環(huán)素的比例提高；在溫度達到35℃時，則只產(chǎn)生四環(huán)素，金霉素的合成停止。溫度對發(fā)酵的影響：1）溫度影響產(chǎn)物合成的速率及產(chǎn)量2）溫度可能會影響終產(chǎn)物的質(zhì)量3）溫度還可能影響生物合成的方向4.最適溫度：是指在該溫度下最適于菌的生長或產(chǎn)物的形成。在發(fā)酵的整個周期內(nèi)僅選一個溫度不一定好。因為最適合菌生長的溫度不一定適合產(chǎn)物的合成。發(fā)酵過程中，在生長初期抗生素還未開始合成，菌絲還未長濃，這時的溫度應(yīng)適于微生物的生長；到抗生素分泌期，菌絲已長到一定濃度，積累抗生素是重點考慮，此時應(yīng)滿足生物合成的最適溫度。5.引起pH下降的因素：（凡是導致酸性物質(zhì)生成或釋放及堿性物質(zhì)消耗的發(fā)酵，其pH都會下降）1）培養(yǎng)基中碳氮比例不當，碳源過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補糖過多加之溶解氧不足，致使有機酸大量積累而pH下降。2）消泡油加得過多3）生理酸性物質(zhì)的存在，氨被利用，pH下降引起pH上升的因素：（凡是導致堿性物質(zhì)生成或釋放及酸性物質(zhì)消耗的發(fā)酵，其pH都會下降）1）培養(yǎng)基中碳氮比例不當，氮源過多，氨基氮釋放，使pH上升。2）生理堿性物質(zhì)存在3）中間補料中氨水或尿素等堿性物質(zhì)的加入過多使pH上升。大多數(shù)細菌生長的最適pH6.3～7.5霉菌最適生長pH3～6放線菌生長最適pH7～86.發(fā)酵液中溶解氧的控制培養(yǎng)液中溶解氧濃度的任何變化都是供需平衡的結(jié)果，因此調(diào)節(jié)發(fā)酵液中溶氧量不外乎從供、需兩方面考慮、著手。1、供氧方面1）增加空氣中氧的含量，使氧分壓增加，進行富氧通氣2）提高罐壓3）改變通氣速率4）增加攪拌速度2、需氧方面1）調(diào)整養(yǎng)料的濃度2）調(diào)節(jié)控制溫度Note：溶氧濃度必須與其它參數(shù)配合起來分析泡沫的控制兩種方式：1機械消泡2化學消泡消泡劑的種類：1）天然油脂用豆油、玉米油、米糠油（能兼作碳源）