提高發(fā)酵產(chǎn)率與速度的方法

提高發(fā)酵產(chǎn)率與速度的方法l=J發(fā)酵是細(xì)菌和酵母等微生物在無(wú)氧條件下，酶促降解糖分子產(chǎn)生能量的過(guò)程.但由于發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，所以對(duì)于不同的領(lǐng)域又將其細(xì)化，如：(1)微生物生理學(xué)嚴(yán)格定義的“發(fā)酵”：有機(jī)物被生物體氧化降解成氧化產(chǎn)物并釋放能量的過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為生物氧化.微生物生理學(xué)把生物氧化區(qū)分為呼吸和發(fā)酵，呼吸又可進(jìn)一步區(qū)分為有氧呼吸和無(wú)氧呼吸.因此，發(fā)酵是生物氧化的一種方式.2)工業(yè)生產(chǎn)上定義的發(fā)酵——“工業(yè)發(fā)酵”:工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生命活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)均稱(chēng)為“發(fā)酵”.這樣定義的發(fā)酵就是“工業(yè)發(fā)酵”就工業(yè)發(fā)酵而言必須提高其發(fā)酵產(chǎn)率與速度，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng).這不僅可以降低成本，而且效益大幅度增加，利潤(rùn)增大.所以研究提高發(fā)酵產(chǎn)率與速度的方法是重中之重?那么對(duì)于提高發(fā)酵產(chǎn)率和速度的方法，我個(gè)人認(rèn)為有如下幾個(gè)方案：多用純種菌發(fā)酵，盡量少用多種菌發(fā)酵多用純種菌發(fā)酵，盡量少用多種菌發(fā)酵由于我國(guó)傳統(tǒng)的發(fā)酵采用多菌種發(fā)酵，如茅臺(tái)、五糧液等名酒，如果離開(kāi)其特定環(huán)境，就不可能實(shí)現(xiàn)其風(fēng)味特征；又如酸菜，是最為普通的傳統(tǒng)發(fā)酵，北方居民幾乎各家各戶(hù)都能生產(chǎn)，但是由于環(huán)境不盡相同，生產(chǎn)出的產(chǎn)品差別也很大，質(zhì)量亦不穩(wěn)定正因?yàn)槭嵌嗑N混合發(fā)酵，所以菌種不好控制，不利于規(guī)?；a(chǎn) .以日本為例，日本種曲已由傳統(tǒng)的自然培養(yǎng)制曲發(fā)展為純種制曲 ；既將純種培養(yǎng)的若干不同霉菌按一定比例混合，制得的種曲發(fā)酵效果很好.因此，如果我們能像日本一

樣分離出純菌種，然后再按一定比例混合用于工業(yè)化生產(chǎn)，這樣既能保持我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵的風(fēng)味，又能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、自動(dòng)化.二、供養(yǎng)要充足[1]溶氧(D0)是需氧微生物生長(zhǎng)所必需，是氧傳遞和氧消耗的一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn).乙酰CoA和草酰乙酸結(jié)合生成檸檬酸過(guò)程中要引進(jìn)一個(gè)氧原子，因此氧也可以看作為檸檬酸生物合成底物.它對(duì)檸檬酸發(fā)酵的作用為：氧是發(fā)酵過(guò)程生成的NADH2重新氧化的氫受體.近來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，黑曲霉中除了具有一條標(biāo)準(zhǔn)呼吸鏈以外，還有一條側(cè)系呼吸鏈.當(dāng)缺氧時(shí)，只要很短時(shí)間中斷供氧，就會(huì)導(dǎo)致此側(cè)系呼吸鏈的不可逆失活，而導(dǎo)致檸檬酸產(chǎn)酸急劇下降.結(jié)果表明：從溶氧濃度對(duì)補(bǔ)料分批發(fā)酵生產(chǎn)纖維素的影響中可見(jiàn)最佳的溶氧濃度在10%，其產(chǎn)量達(dá)15.3g/L.通過(guò)大提高.四、三、二氧化碳固定反應(yīng)可提高產(chǎn)率通過(guò)大提高.四、選育優(yōu)良菌株提高發(fā)酵產(chǎn)率[5]CO2固定反應(yīng)提供C4二羧酸，可見(jiàn),CO2選育優(yōu)良菌株提高發(fā)酵產(chǎn)率[5]選育優(yōu)良菌株必須要在菌絲濃度、菌絲生長(zhǎng)速度、菌絲形態(tài)等上進(jìn)行注意 ，要控制菌絲濃度不超過(guò)臨界菌體濃度，從而使氧傳遞速率與氧消耗速率在某一溶氧水平上達(dá)到平衡；必須使比生長(zhǎng)速率不低0.015h-1;控制菌絲形態(tài)使其保持適當(dāng)?shù)姆种Ш烷L(zhǎng)度，并避免結(jié)球，是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵要素之一.選育優(yōu)良菌株純種發(fā)酵英國(guó)啤酒的生產(chǎn)，采用轉(zhuǎn)基因啤酒酵母，利用淀粉和糊精，提高了發(fā)酵產(chǎn)率 .五、 先進(jìn)的培養(yǎng)基組成和細(xì)胞代謝物的分析技術(shù)對(duì)于建立高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)酵過(guò)程非常關(guān)鍵.培養(yǎng)基的成分對(duì)微生物發(fā)酵產(chǎn)物的形成有很大影響.每一種代謝產(chǎn)物有其最適的培養(yǎng)基配比和生產(chǎn)條件.養(yǎng)分的需求發(fā)酵培養(yǎng)基必須滿足微生物的能量、元素和特殊養(yǎng)分的需求如下：碳源+氮源+礦物質(zhì)+O2一細(xì)胞量+產(chǎn)物+CO2十H20+△H.六、 滅菌條件培養(yǎng)基的滅菌情況對(duì)不同品種的發(fā)酵生產(chǎn)的影響是不一樣的.一般隨滅菌溫度的升高，時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)養(yǎng)分的破壞作用愈大，從而影響產(chǎn)物的合成，特別是葡萄糖，不宜與其它養(yǎng)分一起滅菌.葡萄糖氧化酶發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌條件對(duì)產(chǎn)酶有顯著影響 .通常滅菌溫度比滅菌時(shí)間對(duì)產(chǎn)酶的影響更大.七、種子質(zhì)量[3]發(fā)酵期間菌種生長(zhǎng)的快慢和產(chǎn)物合成的多少在很大程度上取決于種子的質(zhì)和量.接種菌齡是指種子罐中的培養(yǎng)物開(kāi)始移種到下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間選擇適當(dāng)?shù)慕臃N菌齡十分重要.太年輕或過(guò)老的種子對(duì)發(fā)酵不利.一般接種菌齡以對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的后期，即培養(yǎng)液中菌濃接近高峰時(shí)所需的時(shí)間較為適宜 .接種量是指移種的種子液體積和發(fā)酵液體積之比.一般發(fā)酵常用的接種量為5%?10%.接種量的大小是由發(fā)酵罐中菌的生長(zhǎng)繁殖速度決定的.通常，采用較大的接種量可縮短生長(zhǎng)達(dá)到高峰的時(shí)間，使產(chǎn)物的合成提前.但是，如接種量過(guò)大，也可能使菌種生長(zhǎng)過(guò)快，培養(yǎng)液粘度增加，導(dǎo)致溶氧不足，影響產(chǎn)物的合成.八、 溫度微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成均需在其各自適合的溫度下進(jìn)行.溫度是保證酶活性的重要條件，故在發(fā)酵過(guò)程中必須保證最適宜的溫度環(huán)境.因?yàn)樽钸m溫度的控制可以提高產(chǎn)物的產(chǎn)量.九、 PH值pH的變化會(huì)影響各種酶活、菌對(duì)基質(zhì)的利用速率和細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，從而影響菌的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成.所以在工業(yè)發(fā)酵中維持生長(zhǎng)和產(chǎn)物的所需最適 pH是生產(chǎn)成敗的關(guān)鍵之一.如:醬油生產(chǎn)過(guò)程中，醬醪發(fā)酵的起始溫度以40?42°C，pH埴以接近中性為好.因?yàn)槌汕胶茫琾H值越接近中性.據(jù)我廠的經(jīng)驗(yàn)，好的大曲pH6.5—6.8,這樣的成曲拌鹽水后，pH下降速度慢，酶的作用時(shí)間長(zhǎng)，生成的氨基酸多，醬油產(chǎn)率高.十、補(bǔ)料對(duì)發(fā)酵的影響及其控制[7]在分批發(fā)酵中糖量過(guò)多造成細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)旺，供氧不足，解決這個(gè)問(wèn)題可在過(guò)程中加補(bǔ)料.補(bǔ)料的作用是及時(shí)供給菌合成產(chǎn)物的需要對(duì)酵母生產(chǎn)，過(guò)程補(bǔ)料可避免因crabtree效應(yīng)引起的乙醇形成，導(dǎo)致發(fā)酵周期的延長(zhǎng)和產(chǎn)率降低^十一、設(shè)備與產(chǎn)率[2,6]選擇高密度細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備是提高生產(chǎn)效率的又一關(guān)鍵 ，例如:利用已投資的大量轉(zhuǎn)瓶機(jī)配合新型多層轉(zhuǎn)瓶，獲得高密度細(xì)胞培養(yǎng)是可行的，細(xì)胞密度可提高200%.另外，發(fā)酵罐壓力、攪拌速度、發(fā)酵液粘度等也是影響微生物發(fā)酵的重要囚素，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)目的來(lái)篩選適宜的發(fā)酵工藝參數(shù)目前，我們對(duì)于大部分發(fā)酵的生化背景了解甚少，獲得某些所需功能的發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)，不僅僅是該過(guò)程的條件與化學(xué)或物理過(guò)程相比較為溫和，而且它可同時(shí)實(shí)現(xiàn)幾種功能.除此之外，所進(jìn)行的有關(guān)發(fā)酵的研究仍停留在產(chǎn)品和工藝的描述上 .在大部分的發(fā)酵背后的生化原理和起作用的機(jī)理仍需揭示，因?yàn)檫@一知識(shí)可以用作開(kāi)發(fā)新工藝和產(chǎn)品，以獲得配料中所需功能的重要工具.因此，我們應(yīng)該做到：(l)把已確定的發(fā)酵工藝用于開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品；(2)探索屬于發(fā)酵的知識(shí)，以把這些原理應(yīng)用于開(kāi)發(fā)帶有所需有益功能的配料.我國(guó)的發(fā)酵行業(yè)目前存在的主要問(wèn)題是：生產(chǎn)沒(méi)有形成規(guī)?；蛴幸欢ǖ囊?guī)模，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，環(huán)境污染突出，經(jīng)濟(jì)效益低下 .從世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和企業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)看，只有形成規(guī)模