发酵工程第八章讲解.ppt

菌体的代谢是受发酵液中溶氧浓度的影响，依据总需求来供氧是欠妥的。溶氧浓度对比摄氧率(QO2每克干菌体每小时所消耗的氧的毫摩尔数)用米氏型曲线表示。 Dissolved Oxygen Concentration QO2 Ccritical 发酵过程的溶氧变化 发酵前期菌丝体大量繁殖，需氧量大于供氧，溶氧出现一个低峰。 在生长阶段，产物合成期，需氧量减少，溶氧稳定，但受补料、加油等条件大影响。 补糖后，摄氧率就会增加，引起溶氧浓度的下降，经过一段时间以后又逐步回升并接近原来的溶解氧浓度。如继续补糖，又会继续下降，甚至引起生产受到限制。 发酵后期，由于菌体衰老，呼吸减弱，溶氧浓度上升，一旦菌体自溶，溶氧浓度会明显上升 发酵中溶氧异常下降的原因： 1?污染好气性杂菌，大量溶氧被消耗掉 2?菌体异常代谢 3?设备或者工艺控制发生故障，搅拌速度明显下降、加消泡剂过多，引起溶氧下降。  发酵中溶氧异常上升的原因 菌体异常代谢，污染烈性噬菌体，菌体破裂后完全失去呼吸能力，溶氧就直接上升。 临界氧浓度（C临）：指不影响菌体呼吸所允许的最低氧浓度，或微生物对发酵液中溶解氧浓度的最低要求。 可通过尾气中氧气含量的变化和通气量共同测定，也可用溶氧电极测定 在发酵过程中加强通气搅拌，使溶氧(DO)尽可能达到最大，停止通气，继续搅拌，在罐顶部空间充氮，溶氧迅速下降，直线斜率绝对值开始减小时所处的溶氧值即为临界氧浓度 发酵工业一般用空气饱和度（%）表示DO含量的单位 ■ 某些微生物的临界氧浓度 微 生 物 温度（?C） 临界氧浓度 （mmol/L） 固 氮 菌 30 0.018 大肠杆菌 37 0.008 酵 母 30 0.004 产黄青霉 24 0.022 氧的有害作用 新生氧 超氧化物基 过氧化物基 羟自由基 破坏细胞和细胞膜 溶氧对发酵的影响 溶氧浓度高于其临界值，可维持菌体的最大比摄氧率，得到最大的菌体合成量。 如果溶氧浓度低于临界值，则菌体代谢受到干扰。发酵工业的目标是要得到发酵产物而非菌体本身。因此，由氧饥饿而引起的细胞代谢干扰，可能对形成某些产物是有利的；因此，某种产物形成的最佳条件可能不同于菌体生长的最佳通气条件。 根据需氧不同，可将初级代谢发酵分为： a.供氧充足条件下，产量最大；若供氧不足，合成受强烈抑制；如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等 b.供氧充足条件下，可得最高产量；若供氧受限，产量受影响不明显； 如：异亮氨酸，赖氨酸，苏氨酸等 c.若供氧受限，细胞呼吸受抑制时，才获得最大量产物；若供氧充足，产物形成反而受抑制；如：亮氨酸，缬氨酸，苯丙氨酸等 溶解氧浓度过低（代谢异常，产量降低） 溶解氧浓度过高（代谢异常，菌体提前自溶） 在实际生产过程中需注意 ■ 实例一 在对黄色短杆菌(Brevibacterium flavum)生物合成氨基酸进行研究时发现，溶氧浓度对相关的氨基酸的生物合成具有很大的影响。研究表明：菌体的临界溶氧浓度为0.01mg/L。 当溶氧浓度低于1.0时，谷氨酸和天冬氨酸的合成受到影响，但苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸最佳合成的溶氧浓度分别为0.55、0.60和0.85。 从合成途径中可知，谷氨酸和天冬氨酸来自于三羧酸循环(TCA)的中间体，而苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸来自于糖酵解的中间体，即来自于丙酮酸和磷酸稀醇式丙酮酸。 发酵过程的溶氧变化 发酵前期：由于微生物大量繁殖，需氧量不断大幅度增加，此时需氧超过供氧，溶氧明显下降 发酵中后期，溶氧浓度明显地受工艺控制手段的影响，如补料的数量、时机和方式等 发酵后期由于菌体衰老，呼吸减弱，溶氧浓度也会逐步上升，一旦菌体自溶，溶氧就会明显地上升 控制溶氧的作用 判断操作故障或事故引起的异常现象 判断中间补料是否恰当 判断发酵体系是否污染杂菌 控制代谢方向的指标 影响溶解氧的因素 增加C*： 提高氧分压、提高罐压、改变通气速率 生产中提高 KLa，改善设备的供氧能力 增加通气量 改善搅拌条件 改变搅拌器直径或转速 改变挡板的位置和数目 搅拌转速的影响 发酵液黏度的影响 培养基丰富程度的影响 温度的影响 气体组成成分对DO值的影响 生物热随菌株培养基成分和发酵时期的不同而不同。一般，菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富，生物热也就越大。发酵旺盛期的生物热大于其他时间的生物热。 (1)pH影响酶的活性，当pH抑制菌体中某些酶的活性时，使菌体的新陈代谢受阻； (2)pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态，从而改变细胞膜的渗透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的排泄，因此影响代谢的正常进行； (3)pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解；从而影响微生物对这些物质的利用