发酵工程6下-本科-工艺(下).pdf

第六节 菌体浓度和基质对发酵的影响与控制 一、菌体浓度对发酵的影响与控制 菌体浓度：单位体积培养基菌体含量，g/L 反映菌体细胞多少，也反映菌体细胞生理特 性不完全相同的分化阶段 以菌体浓度为参数测量并计算出菌体的比生长速 率和产物的比生产速率等动力学参数，研究其相 互关系，探明动力学规律，进一步研究发酵机 理、建立数学模型实施发酵过程自动化控制 1、影响菌体浓度的因素 菌体浓度和菌体比生长速率密切相关，菌体比 生长速率与微生物种类和自身遗传特性有关 1）微生物比生长速率首先取决于细胞结构的复 杂程度和生长机制 典型的细菌、酵母、霉菌和动物细胞的倍增时间t ，分别 d 是45min、90min、3h和6h左右 随着物种等级升高，细胞结构复杂，细胞增殖速度越慢 td = ln2/ μ=0.693/ μ μ— 比生长速率 比生长速率大，菌体增长迅速；反之则慢 2 ）菌体生长速率还与营养物质和环境因素密切相关 Monod方程 S μ μ · max K S ＋ s μ— 比生长速率h-1(min-1) μ — 最大比生长速率h-1(min-1) max Ks — 饱和参数mg/L，表示底物亲和力，当μ是μmax 一半时的底物浓度，K 越大底物亲和力越低 s S — 限制性营养物质质量浓度g/L，又表示为C(s) 营养物质越丰富越有利于细胞生长 基质抑制作用： 营养物质存在一个上限浓度，在此限度内，菌 体的比生长速率随营养物质浓度增加而增加， 但超过此浓度，浓度继续增加会引起生长速率 下降（可能基质浓度过高形成高渗透压，抑制 关键酶或细胞结构改变） 一些营养物质的上限浓度为： NH + ·······5g/L 当S 10K 时，比生长 4 s PO43- ······· 10g/L 速率达到最大值 葡萄糖······· 100g/L 环境条件变化对菌体浓度也有很大影响 温度 pH值 渗透压（水分活度） 2、菌体浓度的影响 菌体浓度大小，对发酵产物的得率有重要影响 适当的比生长速率μ下，发酵产物与菌体浓 度成正比，发酵产率R =Q ·X p pm 设定μ下，Q 为最大比生产速率 pm 1）菌体浓度越大，产物产量越大 如氨基酸等初级代谢产物的发酵 2 ）次级代谢产物存在菌体浓度范围，如抗生素的发酵 菌体浓度过高，营养成分消耗过快，引起培养基成分 明显改变和有毒物质（抑制和阻遏性物质）积累，代 谢途径改变，特别是氧传递限制，使产量下降 3 ）临界菌体浓度 摄氧率和供氧速率平衡时的菌体浓度为临界菌体 浓度，此时获得最大生产速率 临界菌体浓度是菌体的遗传性和发酵罐的传氧特 性的综合反映 临界菌体浓度 N γ 传氧速率随菌浓变 化的曲线和摄氧率 随菌浓变化的曲线 的交点所对应的菌 体浓度