课用第五章-发酵条件及过程控制.ppt

第五章 发酵条件及过程控制 本章主要内容 第一节 营养基质和菌体浓度 的影响及控制 第二节 温度的影响及其控制 第三节 pH的影响及控制 第四节 溶氧的影响及控制 第五节 泡沫的影响及控制 第六节 二氧化碳和呼吸商 第七节 发酵终点的控制 第八节 发酵过程的控制 本章主要内容 第一节 营养基质和菌体浓度 的影响及控制 第二节 温度的影响及其控制 第三节 pH的影响及控制 第四节 溶氧的影响及控制 第五节 泡沫的影响及控制 第六节 二氧化碳和呼吸商 第七节 发酵终点的控制 第八节 发酵过程的控制 第一节 营养基质和菌体浓度的影响及控制 （一）碳源 1、碳源的种类的影响 2、碳源的浓度影响发酵过程举例 （1）过高浓度对菌体生长的影响：在重组毕赤酵母发酵生产水蛭素过程中，甲醇既作为碳骨架，使细胞生长，又作为诱导物可以提高产物表达，但甲醇浓度的提高会抑制细胞生长甚至导致细胞死亡。因此，利用甲醇传感器控制甲醇流量，同时以限制性速度混合流加甘油，可获得较高的水蛭素产量. （2）碳分解代谢物阻遏：在某一浓度下碳源会阻遏一个或多负责产物合成的酶。克服该效应：a是采用中间补料的方式使补入碳源的速率等于其消耗速率；b是使用非阻遏性碳源。 （3）yeast Crabtree effect：即酵母生长在高糖浓度下，即使溶氧充足，它还会进行厌氧发酵，从葡萄糖生产乙醇。 因此，一般采用补料分批或连续培养方式来避免crabtree效应。 （二）氮源的种类与浓度的影响及控制 1、氮源的种类 无机氮源和有机氮源：发酵工业中常用的无机氮源包括硝酸盐、铵盐、氨水等；有机氮源包括豆饼粉、花生饼粉、蛋白胨、酵母粉、酒糟、尿素等。 无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源，反之为迟效氮源。前者包括氨基态氮的氨基酸或者铵盐形式的硫酸铵和玉米浆等，后者包括黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉等。 速效氮源易于被菌体吸收利用，所以有利于菌体生长，却会影响某些产物的的产量；迟效氮源对延长次级代谢产物的分泌期、提高产物产量有好处，但一次性投入容易使养分过早耗竭，导致菌体过早衰老自溶，从而缩短产物分泌期。因此，发酵培养基一般选用含有速效迟效氮源的混合氮源。 对某些发酵过程来说，培养基中某些氮源的添加有利于该发酵过程中产物的积累，这些主要是培养基中的有机氮源作为菌体生长繁殖的营养外，还有作为产物的前体。无机氮源利用会快于有机氮源，但是常会引pH值的变化，这必须注意随时调整。 2、氮源的浓度 氮源浓度过高，会导致细胞脱水死亡，且影响传质；浓度过低，菌体营养不足，影响产量。 影响发酵的方向：谷氨酸发酵——NH4+供应不足,促使形成α-酮戊二酸；NH4+过量,促使谷氨酸转变成谷氨酰胺，所以要控制适量的NH4+浓度 。 为调节菌体生长和防止菌体衰老自溶，可根据需要随时补加有机和无机氮源。 （三）磷酸盐浓度的影响及控制 微生物生长良好时，所允许的磷酸盐浓度为0.32～300mmol/L，但次级代谢产物合成良好时所允许的磷酸盐最高水平浓度仅为1mmol/L。因此，在许多抗生素，如链霉素、新霉素、四环素、土霉素、金霉素和万古霉素等的合成中要以亚适量添加。 举例：四环素发酵：菌体生长最适的磷浓度为65～70 μg/mL,而四环素合成最适磷浓度为25～30 μg/mL。 基础培养基中采用适量的浓度给予控制，以保证菌体的正常生长所需； 代谢缓慢：补加磷酸盐。举例：在四环素发酵中,间歇,微量添加磷酸二氢钾,有利于提高四环素的产量。 （四）菌体浓度的影响及控制 1、菌体浓度（cell concentration）指单位体积中菌体的含量，是发酵工业中的一个重要参数。它不仅代表菌体细胞的多少，而且反应菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段。在发酵动力学研究中，常采用菌体浓度来计算菌体的比生长速率和产物的比生产速率等动力学参数及相互关系。 菌体浓度的检测 浊度法：用于非丝状菌的浓度测定。通常测定420-600nm波长范围内的光密度值（OD）。吸光度要求控制在0.3-0.5。 干重法：取一定体积的发酵液离心或过滤，105℃烘至恒重称重。 离心称湿重法：取一定体积的发酵液离心或过滤，自然沉降或离心，测定湿重。 3、菌体浓度对产物的影响 在适当的比生长速率下，发酵产物的产率与菌浓成正比关系,即 P=QPmc(X)。 式中， P ——发酵产物的产率(产物最大生成速率或生率),g/(L·h); QPm ——产物最大比生成速率,h-1; c(X) ——菌体浓度,g/