第一章-第三节-生物反应器的生物学基础-理化条件对微生物生长的影响.pptxVIP

第一章 生物反应器设计基础;温度 温度是影响微生物生长的最重要环境因素之一。 温度对微生物生长影响两种可能机制： 影响酶活性 温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成代谢。 影响细胞膜的流动性 温度变化影响细胞膜的流动性，影响物质的跨膜运输，;处于最适生长温度时，生长速度最快，代时最短。 超过最低生长温度时，微生物不生长，温度过低，甚至会死亡。 超过最高生长温度时，微生物不生长，温度过高，甚至会死亡。 ;根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为三个类型：;1、高温对微生物的影响 高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞结构（溶菌）。 2、低温对微生物的影响 当环境温度低于微生物的最低生长温度时，微生物的生长繁殖停止，当微生物的原生质结构并未破坏时，不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动。;?;?;生物反应器温度的温度控制;?;环境pH值对微生物生长的影响 改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母菌在pH4.5-5产乙醇，在 pH6.5以上产甘油、酸。 影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物质的吸收能力。 环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程度，从而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。 ;不同微生物对pH要求不同 微生物的生长pH值范围极广，从pH2-8之间都有微生物能生长。但是绝大多数种类都生活在pH5.0-9.0之间。 微生物生长的pH值三基点： 各种微生物都有其生长的最低、最适和最高pH值。低于最低、或超过最高生长pH值时，微生物生长受抑制或导致死亡。 ;一些微生物生长的pH值范围;生长的最适pH值与发酵的最适pH值; 微生物 生长最适、pH合成抗生素最适pH 灰色链霉菌 6.3~6.9 6.7~7.3 红霉素链霉菌 6.6~7.0 6.8~7.3 产黄青霉 6.5~7.2 6.2~6.8 金霉素链霉菌 6.1~6.6 5.9~6.3 龟裂链霉菌 6.0~6.6 5.8~6.1 灰黄青霉 6.4~7.0 6.2~6.5;微生物的生命活动对环境pH值的影响 微生物在生长过程中也会使外界环境的pH值发生改变，原因： 由于有机物分解： 分解糖类、脂肪等，产生酸性物质，使培养液pH值下降； 分解蛋白质、尿素等，产生碱性物质，使培养液pH值上升 由于无机盐选择性吸收： 铵盐吸收 pH下降 硝酸盐吸收 pH上加;生物反应器的pH控制 培养过程中调节pH值的措施 过酸时：加入碱或适量氮源，提高通气量。 过碱时：加入酸或适量碳源，降低通气量。 配制培养基时调整pH值的措施 采用缓冲溶液 ;氧气浓度和氧化还原电位;氧浓度对不同微生物生长的影响;生物反应器的溶氧浓度控制; 渗透压 水或其他溶剂经过半透性膜而进行的扩散称为渗透，在渗透时溶剂通过半透性膜时的压力称为渗透压，其大小与溶液的浓度成正比。; 渗透压与溶质的种类及浓度有关: 溶质浓度高,渗透压大； 不同种类的溶质形成的渗透压大小不同,小分子溶液比大分子溶液渗透压大； 离子溶液比分子溶液渗透压大； 相同含量的盐、糖、蛋白质所形成的溶液渗透压为 盐糖蛋白质。 ; 渗透压与溶质的种类及浓度有关: ; 渗透压对微生物的影响 细胞内溶质浓度与胞外溶液的溶质浓度相等时，为等渗溶液,溶液的溶质浓度高于胞内溶质浓度为高渗溶液,溶液的溶质浓度低于胞内溶质浓度为低渗溶液。 在等渗溶液中,微生物的活动保持正常,细胞外形不变。 在高渗溶液中,细胞易失水,脱水后发生质壁分离,生长受抑制或死亡。 在低渗溶液中,细胞吸水膨胀,甚至导致细胞破裂死亡。 ; 生物反应器器的培养液渗透压控制 ; 表面张力 液体表面尽可能缩小表面积的力称为表面张力。 要求出表面张力的大小可在液体表面上画出一个任意的面积元。设此面积元每个边长都是l，表面其他部分垂直作用在每一边上的张力为F，于是表面张力σ为： σ =F/l0 ; 表面张力 一些无机盐可增强溶液的表面张力 有机酸、蛋白质、肥皂、多肽和醇等能降低溶液的表面张力。 能显著改变液体表面张力的物质为表面活性剂，分为阳离子型、阴离子型和非离子型三类。表面活性剂加入培养基中，可影响微生物细胞的生长和分裂。 液体培养基的表面张力与微生物的形态、生长、繁殖密切相关。 表面活性剂加入培养基中，可影响微生物细胞的生长和分裂。; 表面活性剂的在生物工程中应用: 在发酵工业中表面活性剂作为消泡剂应用（现采用聚醚类代替植物油），防止发酵罐因泡沫多而跑液。