9.7微生物发酵制药工艺.ppt

9.7 发酵工艺过程的控制 温度 发酵中的所维持的温度， 重要的参数，可由温度计直接读出。 温度的高低直接关系到细胞的酶活性和反应速度、培养基中的溶解氧和传递速度、菌体的生长速度和产物合成速度等。 罐压 罐体内维持正常的压力。 罐压的测定是原位传感，压力计上直接读出。 发酵罐维持正压防止杂菌侵入，罐压影响CO2和O2的溶解度，压力大小对细胞本身有影响。 搅拌速度（r/min） 每分钟搅拌器的转动次数。 影响氧等气体在发酵液中的传递速度和发酵液的均匀程度。 搅拌功率（kw）影响液相体积氧传递系数。 粘度（Pa?s）：反映细胞生长或形态，用表观黏度表示。 黏度高时，对氧传递阻力大。 相对菌丝浓度：浊度（％）：反映单细胞生长状况。 （二）化学参数 化学测量：基质、前体、产物等的浓度；pH、溶氧、CO2溶解度、氧化还原电位、气相成分等。 溶解氧（dissolved oxygen,DO）浓度 氧是细胞呼吸的底物，氧浓度的变化对细胞影响很大，也反映了设备的性能。 常用绝对含量表示，也可用饱和氧浓度的百分数表示。 废气中O2浓度和CO2浓度 废气中的氧含量和细胞的摄氧率有关，CO2就是细胞呼吸释放出，测定废气中的氧和CO2含量可以计算出细胞的摄氧率、呼吸率和发酵罐的供氧能力。 pH计、溶氧电极等是原位传感测定，基质浓度、代谢产物等往往需要人工取样，离线分析。信息具有不连贯和迟至性。 连接对流动注射分析（FIA）系统和高效液相层析（HPLC）系统，则可实现发酵液成分的在线测定。FIA可分析葡萄糖、氨离子和硫酸盐浓度； HPLC可分析有机酸、酚类、红霉素、其他副产物。 GC可分析乙酸、乙醇、甘油、酮类、尾气。 （三）生物参数 菌丝形态 衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发酵过程的代谢变化。 菌体的形态需要离线在显微镜下观察。 根据发酵液的菌体量、溶解氧浓度、底物浓度、产物浓度等， 计算菌体比生长速率、氧比消耗速率、底物比消耗速率和产物比生产速率。 这些参数是控制菌体代谢、决定补料和供氧等工艺条件的主要依据。 9.7.2 菌体浓度的影响及其控制 在一定条件下，菌浓的大小不仅反映菌体细胞的多少，而且反映菌体细胞的生理特性不完全相同的分化阶段。 (1)菌浓大小与生长速率的关系 菌体生长速率主要取决于菌种的遗传特性和培养基成分与条件。 比生长速率大的菌种，菌体浓度增长迅速，反之就缓慢。 细胞体积微小、结构和繁殖方式简单的生物，生长快，反之，体积大、结构复杂的生物，生长缓慢。 在一定浓度范围内，比生长速率随着浓度增加而增加，超过上限后，浓度增加会引起比生长速率下降，基质前馈抑制作用。 (2)菌浓对发酵产率的影响 菌体浓度影响产物的产率。 发酵产物的产率与菌体浓度成正比，即产率为最大比生长速率与菌体浓度的乘积。 临界菌体浓度是氧传递速率随菌体浓度变化曲线和摄氧速率随菌体浓度变化曲线的交叉点处的菌体浓度。 为了获得高产，必须采用摄氧速率和氧传递速率平衡时菌体浓度。 菌体浓度超过此值，产率会迅速下降。 在通氧和强搅拌下、氧传递效率高时，氧传递速率曲线上升；反之，曲线下降。但这种情况都会使临界菌体浓度上升，反之则下降。 (3)菌浓的控制 发酵过程中要把菌体浓度控制在适宜的范围之内，主要靠调节基质浓度，确定基础培养基配方中的适当比例，避免过浓或过稀的菌浓。 在发酵中采用中间补料、控制CO2和O2量来实现。 生长缓慢，菌体浓度低时，补加磷酸盐，促进生长。 不同菌种和产品，其控制方法也不尽相同。 (4) 噬菌体污染的检测与控制 噬菌体感染后，必然引起菌体生长缓慢，基质消耗减少，产物合成等停止。 菌体变得稀疏，在短时间内大量自溶，光密度值(optical delnsity OD)下降，溶氧浓度回升，pH逐渐上升，大量泡沫等。 噬菌体的确认检测-采用双平板法 先制备2％琼脂糖培养基，作为底层。 将被检测的样品、正常的无污染的工程菌以及1％琼脂糖培养基（冷却至45℃以下）混合均匀，涂布在底层培养基上。 在一定温度下培养过夜。 如果被噬菌体感染，就会出现透明的噬菌斑。 电子显微镜检测法 发酵液离心后，取上清，电子显微镜检测，会发现有噬菌体颗粒存在。 杂菌污染的原因 a 培养基灭菌不彻底； b 空气带菌； c 设备及附件渗漏等。 噬菌体对发酵工业危害极大，要严格防止。 对于污染噬菌体的发酵液，不能随意排放，必须彻底高压灭菌后，再放弃。对废气、逃液、剩余样品等存在活菌体的物料，严禁排放活体菌，消除噬菌体赖以生存的条件。 噬菌体污染的控制重在于生产环境的质量建设。 培养基中添加化学品如柠檬酸钠、草酸盐、三聚磷酸盐及抗生素等可抑制噬菌体生长繁殖，可根据实际情况使用。 9.7.3 温度的影响及其控制 (一)温度对发酵的影响 a 发酵温度对菌体