發(fā)酵工藝控制2

第三節(jié)

pH值對(duì)發(fā)酵過程的影響及控制

發(fā)酵過程中培養(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)菌體的生長和產(chǎn)品的積累有很大的影響。一.pH值對(duì)發(fā)酵過程的影響1.對(duì)微生物生長和生物合成的影響每一類菌有其最適的和能耐受的PH范圍。大多數(shù)細(xì)菌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。微生物生長階段和產(chǎn)物合成階段的最適PH往往不一致這不僅與菌種特性有關(guān)，也取決于產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)如霉菌類，由產(chǎn)黃青霉菌產(chǎn)生的弱酸性青霉素，其合成的最適PH為6.5-6.8，而由黑曲霉產(chǎn)生的檸檬酸，其合成的最適PH為3.5-4.0。

2.發(fā)酵過程中pH的變化

發(fā)酵過程中由于菌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。一般情況下：（1）生長階段

pH上升：菌體蛋白酶分解蛋白胨而生成銨離子

pH下降：葡萄糖分解產(chǎn)生的有機(jī)酸及銨離子利用（2）生產(chǎn)階段

在生產(chǎn)階段，pH趨于穩(wěn)定，維持在最適產(chǎn)物合成的范圍（3）自溶階段菌絲自溶階段，隨著基質(zhì)的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，培養(yǎng)液中氨基氮增加，致使pH又上升，此時(shí)菌絲趨于自溶而代謝活動(dòng)終止引起發(fā)酵液中pH下降的因素有：培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)，碳源過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補(bǔ)糖過多加之溶解氧不足，致使有機(jī)酸大量積累而PH下跌。消沫油加得過多。生理酸性物質(zhì)（如：糖類氧化不完全時(shí)產(chǎn)生有機(jī)酸、脂肪不完全氧化后產(chǎn)生的脂肪酸）的存在，氨鹽被氧化，PH下降。引起發(fā)酵液中pH上升的因素有：

培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)，氮源過多，氨基氮釋放，使pH上升。生理堿性物質(zhì)（有機(jī)氮源、硝酸鹽、有機(jī)酸等）存在。中間補(bǔ)料中氨水或尿素等的堿性物質(zhì)的加入過多。

PH的變化會(huì)引起各種酶活力的改變，影響菌對(duì)基質(zhì)的利用速度和細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，以致影響菌體的生長和產(chǎn)物的合成.pH值還會(huì)影響菌體細(xì)胞膜電荷狀況，引起膜的滲透性的變化，因而影響菌對(duì)營養(yǎng)的吸收和代謝產(chǎn)物的形成等。此外它還影響某些產(chǎn)物合成的方向。因此，確定發(fā)酵過程中的最佳pH值及采取有效控制措施是保證或提高產(chǎn)量的重要環(huán)節(jié)。二.最適PH值的選擇最適PH值的選擇原則是既有利于菌體的生長繁殖，又可以最大限度地獲得高的產(chǎn)量。一般都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確定的。方法：通常將發(fā)酵培養(yǎng)基調(diào)節(jié)成不同的起始PH值，在發(fā)酵過程中定時(shí)測定、并不斷調(diào)節(jié)PH，以維持其起始PH值，或者利用緩沖劑來維持發(fā)酵液的PH值。同時(shí)不斷的觀察菌體的生長情況，菌體生長達(dá)到最大值的PH值即為菌體生長的最適PH。產(chǎn)物形成的最適PH也可以這樣測得。三.pH值的控制首先要在基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中考慮到維持pH的需要，然后通過中間補(bǔ)料來控制pH

培養(yǎng)基碳過多：pH下降培養(yǎng)基氮過多：pH上升2通過補(bǔ)加氨水、尿素或硫酸銨、碳酸鈣來調(diào)節(jié)pH在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)上如何保證發(fā)酵中氧的供給，以滿足生產(chǎn)菌對(duì)氧需求，使氧的供、需這一對(duì)矛盾不成為發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)限制因素是穩(wěn)定和提高生產(chǎn)、降低成本的關(guān)鍵之一。如何利用溶氧參數(shù)來指導(dǎo)發(fā)酵生產(chǎn)是溶氧監(jiān)控技術(shù)能否推廣的關(guān)鍵。第四節(jié)溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制一.溶解氧作為考察發(fā)酵中氧是否足夠的度量，了解菌對(duì)氧利用的規(guī)律。為什么發(fā)酵中氧容易變?yōu)橹饕苣?

氧是一種難溶于水的氣體，在25℃，大氣壓下，氧在純水中的溶解度僅為1.26mmol/L，空氣中的氧在純水中的溶解度更低，培養(yǎng)基因含有大量的有機(jī)無機(jī)物質(zhì)，氧的溶解度比水中還要更低。而隨著高產(chǎn)菌株的廣泛應(yīng)用和豐富培養(yǎng)基的采用，對(duì)氧氣的需求更大，即使培養(yǎng)基是被空氣飽和的，它所儲(chǔ)存的氧量很少，在發(fā)酵旺盛期一般只能維持正常呼吸15-60秒，其后，微生物的呼吸就會(huì)受到抑制，所以大多數(shù)微生物深層培養(yǎng)需要適當(dāng)?shù)耐鈼l件，才可以維持一定的生產(chǎn)水平。好氣性微生物深層培養(yǎng)時(shí)需要適量的溶解氧以維持其呼吸代謝和某些代謝產(chǎn)物的合成。對(duì)多數(shù)發(fā)酵來說，氧的不足會(huì)造成代謝異常，產(chǎn)量降低。

臨界氧濃度一般指不影響菌的呼吸所允許的最低氧濃度。如對(duì)產(chǎn)物形成而言便稱為產(chǎn)物合成的臨界氧濃度。

通過在各批發(fā)酵中維持不同氧濃度看其對(duì)攝氧率或產(chǎn)量的影響，可以求出菌呼吸或合成的臨界氧濃度

卷須霉素三批發(fā)酵的氧濃度與攝氧率，可見其臨界氧濃度在13%-23%飽和度之間

影響抗生素合成的臨界氧濃度不一定與影響呼吸的臨界氧濃度一樣。頭孢菌素C發(fā)酵的呼吸臨界氧濃度為7％，而其生物合成的最低允許氧濃度比前者大，為10％一20％。對(duì)卷須須霉素來說，呼吸臨界氧濃度為13％一23％，而合成所需要的最低允許氧濃度比前者小，為8％左右。

生物合成最適氧濃度與臨界氧濃度是不同的，前者是指溶氧濃度對(duì)生物合成有一最適范圍。低了固然不好，但過高對(duì)產(chǎn)量也未必都有利。對(duì)卷須霉素來說，發(fā)酵12－70小時(shí)之間維持在10％，氧濃度顯然比在45％氧濃度或0％氧濃度的產(chǎn)量要高由此可見，為了避免使抗生素的合成處在限制氧的條件下，需要考查每一種發(fā)酵產(chǎn)物的臨界氧濃度和最適氧濃度，并使發(fā)酵過程中保持在最適氧濃度。這樣便有可能減少批與批之間的波動(dòng)和更有效地利用空氣動(dòng)力。在正常的發(fā)酵的工藝的情況下，溶氧變化有一定的規(guī)律

在一批發(fā)酵中的不同階段，需氧和供氧情況都在變化，若菌需氧量大于供氧能力，此時(shí)培養(yǎng)液中的溶氧值就會(huì)下降。在前期生長階段常有一溶氧低谷是多數(shù)發(fā)酵的規(guī)律，但低谷到來的遲早和低谷時(shí)的溶氧水平隨工藝、設(shè)備條件而有不同，同一品種在供氧較充裕條件下，低谷時(shí)的溶氧水平較高，反之，溶氧水平較低。在溶氧低谷階段，加強(qiáng)供氧對(duì)發(fā)酵單位是否有好處目前還沒有足夠的數(shù)據(jù)加以判斷。但若低谷時(shí)的溶氧水平低于臨界值，改善供氧狀況會(huì)有益。在產(chǎn)物合成階段，同一種發(fā)酵有一定的規(guī)律，這種規(guī)律會(huì)受到工藝控制改變的顯著影響。如補(bǔ)料、加糖、加油、通氨的數(shù)量、加入時(shí)機(jī)和方式對(duì)溶氧水平均有一定影響。一般一次補(bǔ)料過多會(huì)再次出現(xiàn)溶氧低谷，前期耗氧比中后期大。到后期因停止補(bǔ)料，溶氧就會(huì)逐漸升高。二.溶解氧作為發(fā)酵異常情況的指標(biāo)1.發(fā)酵中污染好氣性雜菌－發(fā)酵2～3小時(shí)時(shí)溶解氧迅速下降跌零后長時(shí)間不回升

這比無菌試驗(yàn)預(yù)報(bào)幾乎提前4—5個(gè)小時(shí)。但不是一染雜菌溶氧就掉到零，要看雜菌的種類和數(shù)量。在灌內(nèi)與生產(chǎn)菌比，誰占優(yōu)勢。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)染菌后溶氧反而升高的現(xiàn)象，這是因?yàn)樯a(chǎn)菌受到雜菌的抑制。而雜菌本身又非十分好氣。這樣生產(chǎn)菌的呼吸大為減弱而使溶氧上升。另外補(bǔ)料或加油在供氧不良的灌內(nèi)也會(huì)引起溶氧迅速降低，若溶氧原來較低就容易降至零，一般1—3小時(shí)溶氧即回升，這可與染菌時(shí)的溶氧變化相區(qū)別。2污染噬菌體－菌液變稀，溶氧回升3工藝錯(cuò)誤赤霉素發(fā)酵時(shí)有的罐批會(huì)出現(xiàn)發(fā)酸現(xiàn)象，遇到發(fā)酸時(shí)氨基氮迅速上升，溶氧會(huì)很快升高，發(fā)酸可能是溶氧不足而引起的。導(dǎo)致溶氧處于較低水平的原因是工藝控制不善，如補(bǔ)料間隔過密或補(bǔ)料量一次較多均會(huì)引起上述情況，如圖所示。。4操作故障

有的也能從溶氧變化中得到反映。例如，停攪拌后未能及時(shí)開動(dòng)或攪拌發(fā)生故障、空氣未能與液體充分接觸等均會(huì)使溶氧比通常所處水平低得多。又如一次加油過多也會(huì)使溶氧水平顯著降低。5.作為質(zhì)量控制指標(biāo)

在天門冬酰氨酶發(fā)酵中，前期是好氣培養(yǎng)而后期轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)，酶的活力可大為提高。而掌握由好氣轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)的時(shí)機(jī)是頗為關(guān)鍵的；經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)溶氧值下降到45％飽和度時(shí)，就從好氣培養(yǎng)轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)，并適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充基質(zhì)，培養(yǎng)液中天門冬酰氨酶的活力提高六倍。三.溶氧作為發(fā)酵中間控制的手段之一國外有的廠已成功地將溶氧或排氣二氧化碳與pH值一起作為控制青霉素發(fā)酵的參數(shù)。原理：在發(fā)酵過程中添加糖時(shí)，菌絲量和呼吸會(huì)因此增加，攝氧率增加多少取決于所補(bǔ)糖的質(zhì)和量，補(bǔ)糖后從記錄中可看出溶氧明顯下降的趨勢。相反，培養(yǎng)液中可利用的碳源的減少，便導(dǎo)致呼吸的減少，溶氧上升，故利用上述現(xiàn)象便可有效控制溶氧在所需的最適范圍內(nèi)。補(bǔ)料方法：經(jīng)驗(yàn)告訴我們補(bǔ)糖控制最好是少量多次或流加。

原因：如果通氣效果較差，如空氣攪拌罐，一次加糖過多，將導(dǎo)致氧的需要總量超過設(shè)計(jì)灌所能提供的最大供氧速率，培養(yǎng)液中的溶氧便容易跌到零，以使處于生物合成臨界氧值以下。據(jù)報(bào)導(dǎo)，青霉素發(fā)酵的臨界氧值在5％一10％之間。低于此值會(huì)使青霉素的合成帶來不可逆的損失，時(shí)間越長，損失越大，故如何恰當(dāng)?shù)乜刂蒲a(bǔ)料或加糖使矛盾不要轉(zhuǎn)化為氧的不足方面是值得研究的?？刂圃瓌t：應(yīng)當(dāng)是葡萄糖加入的速度正好在生產(chǎn)菌處于所謂“半饑餓狀態(tài)”。使其僅能維持正常的生長代謝，即把更多的糖用于抗生素的合成。并永遠(yuǎn)不超過罐設(shè)計(jì)時(shí)的灌所能提供的最大供氧速率“水平。

四.溶氧作為考查設(shè)備、工藝條件對(duì)氧供需與產(chǎn)物形成影響指標(biāo)之一在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)溶氧水平較低，處于臨界氧值以下時(shí)，為了提高發(fā)酵液中的溶氧水平不外從兩方面著手：一方面提高設(shè)備的供氧能力?？紤]改變設(shè)備條件以提高供氧系數(shù)是積極的方面

如攪拌器類型和葉片形狀另一方面可以從需氧方面考慮。有效地利用現(xiàn)有的設(shè)備條件就需要適當(dāng)?shù)乜刂凭鷮?duì)氧的消耗，使之既能充分利用現(xiàn)有的供氧條件又不致于生長過盛而陷于缺氧的處境，事實(shí)上工藝方面有許多行之有效的措施，如控制補(bǔ)料速度、溫度的調(diào)節(jié)、液化培養(yǎng)基，中間補(bǔ)水、添加表面活性劑等均與溶氧的改善或維持合適的溶氧水平有關(guān)。五.溶解氧濃度的控制

培養(yǎng)液中氧濃度的任何變化都是供需平衡的結(jié)果。調(diào)節(jié)發(fā)酵液中溶氧含量不外從供、需兩個(gè)方面去考慮。A供氧方面，凡能使在灌內(nèi)氧分壓下培養(yǎng)液中氧的飽和濃度和傳質(zhì)系數(shù)增加的方法，均能使發(fā)酵液的供氧改善。可通過下列辦法：(1)在通入的空氣中摻入純氧，使氧分壓增高(2)提高灌壓，這種方法固然能增加氧的飽和度，但同時(shí)會(huì)增加二氧化碳的溶解度，影響PH及可能會(huì)影響菌的代謝。另外還會(huì)增加對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度要求。(3)改變通氣速率其作用是增加液體中夾持氣體體積的平均成分。但在常速攪拌下增加通氣速率以提高氧的傳遞速率是一種遞減性的，即當(dāng)氣流速度越大，再增加其速度對(duì)氧的溶解度的提高作用越小。并且當(dāng)系統(tǒng)被氣流引起液泛時(shí)，傳質(zhì)速率會(huì)顯著下降，使泡沫增多，罐的有效利用率減小。故還是采用控制攪拌效果較佳?？傊黾訑嚢璧闹匾饔迷谟诟纳乒鄡?nèi)液體的混合和循環(huán)，從而具有抑制氣泡聚合的效果。并且液相的良好混合可避免低于平均氧濃度的“死角”的存在。B需氧方面(1)養(yǎng)料的豐富程度影響菌的生長。通過減少菌的生長速率也可達(dá)到限制菌對(duì)氧的大量消耗從而提高溶氧水平。(2)溫度的影響由于氧傳質(zhì)的溫度系數(shù)比生長速率的溫度系數(shù)低，降低培養(yǎng)溫度可得到較高的溶氧值。但采用降低溫度使偏離最適的產(chǎn)物生物合成的溫度以來得較高的溶氧值是不值得的。大規(guī)模生產(chǎn)中采用控制氣體成分的方法是既費(fèi)事又不合算，因氧的成本高。但在緊要關(guān)頭，也就是菌體的攝氧率，達(dá)到最大時(shí)，可用富氧的方法提高氣體中氧的含量，從而改善供氧狀況。一般來說，高氧需求的時(shí)間是相當(dāng)短的。因此這一方法總的來說是較為便宜可靠的。

溶氧濃度只是發(fā)酵參數(shù)之一，它對(duì)發(fā)酵過程的影響還必須與其他參數(shù)配合起來分析。如攪拌的程度對(duì)菌的呼吸和溶氧濃度有較大的影響，但分析時(shí)要考慮到其他因素，如菌絲形態(tài)、泡沫的形成，二氧化碳的排除等的作用。第五節(jié)其它因素對(duì)發(fā)酵的影響及控制一.二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響及控制1.二氧化碳的來源及對(duì)發(fā)酵的影響

CO2是微生物的代謝產(chǎn)物，同時(shí)也是某些合成代謝的一種基質(zhì)，它是細(xì)胞代謝的重要指示。溶解在發(fā)酵液中的CO2對(duì)氨基酸、抗生素等微生物發(fā)酵具有刺激或抑制作用。

CO2對(duì)生長具有直接的影響。例如，環(huán)狀芽孢桿菌等已經(jīng)發(fā)芽的孢子在開始生長的時(shí)候，對(duì)CO2有特殊需要。CO2是大腸桿菌和鏈霉菌突變株的生長因子，菌體有時(shí)需要含30％CO2的氣體才能生長。這種現(xiàn)象被稱為CO2效應(yīng)。通常CO2

對(duì)菌體生長具有抑制作用．當(dāng)排氣中CO2的濃度高于4％時(shí)，微生物的糖代謝和呼吸速率下降。CO2對(duì)微生物生長的影響CO2對(duì)微生物發(fā)酵也有影響

如牛鏈球菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖，最重要的發(fā)酵條件是提供的空氣中要含有5％的CO2。精氨酸發(fā)酵也需要一定量的CO2

，才能獲得最大產(chǎn)量，通常的最適分壓約為0.12×105Pa，或高或低產(chǎn)量都會(huì)下降。CO2對(duì)某些發(fā)酵還能產(chǎn)生抑制作用，如對(duì)肌苷、異亮氨酸、組氨酸、抗生素等的發(fā)酵，特別是抗生素發(fā)酵中。對(duì)紅霉素合成也有明顯抑制作用，若在發(fā)酵15h后，按通氣量的11％加入CO2

，對(duì)產(chǎn)生菌生長無不良影響、但紅霉素產(chǎn)量減少60％。在四環(huán)素發(fā)酵中，需要控制一個(gè)最佳的CO2分壓，才能獲得最高產(chǎn)量。CO2會(huì)影響菌體的形態(tài)：

例,產(chǎn)黃青霉菌：當(dāng)CO2分壓為0~8%，菌絲主要呈絲狀；

當(dāng)CO2分壓為15~22%，菌絲主要呈膨脹、粗短狀當(dāng)CO2分壓為0.08×105時(shí)，則出現(xiàn)球狀或酵母狀，致使青霉素合成受阻CO2影響發(fā)酵的機(jī)理

CO2及HCO3-主要是影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響菌體生長、形態(tài)及產(chǎn)物合成它們分別作用于細(xì)胞膜的不同位點(diǎn):溶解于培養(yǎng)液中的CO2主要作用在細(xì)胞膜的脂肪酸核心部位;而HCO3-則影響磷脂、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)一臨界值時(shí)，使膜的流動(dòng)性及細(xì)胞膜表面電荷密度發(fā)生變化，這將導(dǎo)致許多基質(zhì)的膜運(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)，細(xì)胞生長受到抑制，形態(tài)發(fā)生了改變。影響發(fā)酵液的酸堿平衡，使發(fā)酵液的PH值下降，或與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或與生長必需金屬離子形成碳酸鹽沉淀，或氧的過分消耗引起溶氧濃度下降等原因，造成間接作用而影響菌體生長和產(chǎn)物合成。2.二氧化碳濃度的控制

CO2在發(fā)酵液中的濃度變化受細(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、設(shè)備規(guī)模等的影響。由于CO2的溶解度比氧氣大，所以隨著發(fā)酵罐壓力的增加，其含量比氧氣增加的更快。大容量發(fā)酵罐的發(fā)酵液的按壓力可達(dá)1×105Pa以上，再加上正壓發(fā)酵，致使罐底部壓強(qiáng)達(dá)1.5×105Pa。當(dāng)CO2濃度增大時(shí)，若通氣攪拌不改變，CO2不易排出。在罐底形成碳酸，使PH下降，進(jìn)而影響微生物細(xì)胞的呼吸和產(chǎn)物合成。有時(shí)為了防止“逃液”而采用增加罐壓消泡的方法，會(huì)增加CO2的溶解度，不利于細(xì)胞的生長。

對(duì)CO2濃度的控制主要看其對(duì)發(fā)酵的影響。如果對(duì)發(fā)酵有促進(jìn)作用，應(yīng)該提高其濃度；反之應(yīng)設(shè)法降低CO2濃度。通過提高通氣量和攪拌速率，在調(diào)節(jié)溶解氧的同時(shí)，還可以調(diào)節(jié)CO2的濃度，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。

CO2的產(chǎn)生與補(bǔ)料控制有密切關(guān)系。例如，在青霉素發(fā)酵中，補(bǔ)糖可增加排氣中CO2的濃度，并降低培養(yǎng)液的pH值。

呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系呼吸商：CO2釋放速率與耗氧速率之比。

耗氧速率（

OUR）與CO2的釋放率（

CER）成反向同步關(guān)系

呼吸商RQ=CER/OUR

RQ值反應(yīng)菌體的的代謝情況,以酵母發(fā)酵為例:RQ=1,糖代謝走有氧分解途徑，僅生成菌體，無產(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)利用

菌在利用不同基質(zhì)時(shí),RQ值不同：以大腸桿菌為例延胡索酸為基質(zhì),RQ=1.44

丙酮酸為基質(zhì),RQ=1.26

琥珀酸為基質(zhì),RQ=1.12

乳酸為基質(zhì),RQ=1.02

葡萄糖為基質(zhì),RQ=1.00

乙酸為基質(zhì),RQ=0.96

甘油為基質(zhì),RQ=0.80

在菌體生長、維持以及產(chǎn)物形成的不同階段,其RQ值不同

二.基質(zhì)濃度對(duì)補(bǔ)料發(fā)酵的影響及補(bǔ)料控制

１.基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響

低基質(zhì)濃度對(duì)代謝有誘導(dǎo)作用高基質(zhì)濃度對(duì)分解代謝有阻遏作用

在葡萄糖濃度低于100~150g/L時(shí),不會(huì)出現(xiàn)生長的抑制；但超過350~500g/L時(shí),多數(shù)生物不能生長,這種濃度下會(huì)使細(xì)胞脫水。只有嗜滲性的生物能在這樣高濃度的溶液中生長。基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物收率的影響

２.補(bǔ)料控制

為解除基質(zhì)過濃的抑制、產(chǎn)物的反饋抑制和葡萄糖分解阻遏效應(yīng)，以及避免在分批發(fā)酵中因一次性投糖過多造成細(xì)胞大量生長，耗氧過多而供氧不足的狀況，采用中間補(bǔ)料的培養(yǎng)方法是較為有效的。

補(bǔ)料方式：連續(xù)流加、變速流加單組分補(bǔ)料、多組分補(bǔ)料三.泡沫控制一）泡沫的產(chǎn)生及其影響原因:通氣和攪拌空氣進(jìn)人發(fā)酵液后，為了增加氧溶解速度，可以通過攪拌使大氣泡變?yōu)樾馀?，以增加氣體與液體的接觸面積，導(dǎo)致氧傳遞速率增加，這樣也有利于二氧化碳?xì)怏w的逸出。為了達(dá)到充分的氣體交換目的，氣泡應(yīng)該在發(fā)酵液中有一定的滯留時(shí)間。所以在通氣攪拌下產(chǎn)生一定數(shù)量的小氣泡是增加氧溶解速度的必要手段。但是過多的泡沫就對(duì)發(fā)酵不利了。微生物細(xì)胞生長代謝和呼吸排出氣體

如氨氣、二氧化碳等，這些氣體使發(fā)酵液產(chǎn)生的氣泡也稱為發(fā)酵性泡沫。培養(yǎng)基物理化學(xué)性質(zhì)

培養(yǎng)基中的花生餅粉、玉米漿、皂苷、黃豆餅粉、糖蜜等中所含的蛋白質(zhì)，以及微生物菌體等具有穩(wěn)定泡沫的作用。許多起泡物質(zhì)是表面活性物質(zhì)，這些物質(zhì)能降低發(fā)酵液的表面張力，而使發(fā)酵液容易起泡。此外液體的黏度越大，氣泡液膜的黏度也大，泡沫也較穩(wěn)定.

2.泡沫對(duì)發(fā)酵的影響A積極影響：

可以增加氣液接觸面積，導(dǎo)致氧傳遞速率增加。

B泡沫在發(fā)酵中的副作用:降低了發(fā)酵罐的裝料系數(shù)，大多數(shù)罐的裝料系數(shù)為0.6~0.7增加了細(xì)菌的非均一性由于泡沫液位的變動(dòng)，以及不同生長周期微生物隨泡沫漂浮，或粘在罐壁，使附著的菌體改變了環(huán)境，有的分化有的瓦解影響了菌群的整體效果。增加了污染雜菌的機(jī)會(huì)培養(yǎng)基隨泡沫濺到軸封處容易染菌。導(dǎo)致產(chǎn)物的損失

大量起泡引起“逃液”，如降低通氣量或加入消泡劑將干擾工藝過程。消泡劑的加入會(huì)使下游工程的分離帶來困難3.工業(yè)發(fā)酵中泡沫的消長規(guī)律發(fā)酵過程中，培養(yǎng)液的性質(zhì)隨微生物的代謝活動(dòng)而不斷變化影響了泡沫的消長。發(fā)酵初期泡沫的穩(wěn)定性高高表觀粘度和低表面張力中期泡沫減少

隨著霉菌產(chǎn)生的蛋白酶、淀粉酶的增多對(duì)碳、氮源的利用，造成泡沫穩(wěn)定的蛋白質(zhì)分解，培養(yǎng)液粘度降低促進(jìn)表面張力上升，泡沫減少。另外菌體也有穩(wěn)定泡沫的作用在發(fā)酵后期泡沫上升菌體自溶可溶性蛋白質(zhì)濃度增加二）泡沫的控制了解了發(fā)酵過程中產(chǎn)生泡沫的原因及其消長規(guī)律，即可有效地控制泡沫，以不致于造成“逃液”對(duì)發(fā)酵不利的狀況。泡抹控制的方法：機(jī)械消沫和消沫劑消沫微生物本身的特性著手，防止泡沫的形成。如單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)中，篩選在生長期不產(chǎn)生泡沫的微生物突變株。利用幾種微生物混合培養(yǎng)。A機(jī)械消泡原理：機(jī)械消沫是依靠物理學(xué)的原理，即靠機(jī)械力引起強(qiáng)烈振動(dòng)或者壓力變化促使泡沫破裂。罐內(nèi)消泡:離心力罐外消泡:通過噴嘴的加速作用或離心力優(yōu)點(diǎn)：不需要引進(jìn)外界物質(zhì)，可減少培養(yǎng)液性質(zhì)復(fù)雜化的程度，也可節(jié)省原材料，減少污染機(jī)會(huì)。缺點(diǎn):不能徹底消除泡沫B消泡劑消泡

消沫機(jī)理：降低液膜機(jī)械強(qiáng)度及表面粘度當(dāng)泡沫的表層存在著由極