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第七章 发酵过程的工艺控制 一个成功的工业微生物发酵受到两方面因素的制约： 1）生产菌种的遗传特性； 2）赋以菌种最佳表达的环境条件； 发酵过程控制的实现来源于对生产菌在合成目的产物过程中的代谢调控机制以及可能代谢途径的了解和化学工程、计算机应用的发展。 绪论 一、发酵过程监测和控制参数 二、发酵过程中几个重要参数的影响及其控制 三、发酵过程中泡沫的消长规律和控制方法 四、发酵终点的判断 一 发酵过程监测和控制参数（物理、化学、生物） 1. 物理参数 2. 化学参数 3. 生物参数 1. 物理参数 1.温度（℃） 2.压力(Pa) 3.搅拌转速(r/min) 4.搅拌功率（KW） 5.空气流量（V/（V·min）） 6.粘度（Pa·s） 7.浊度（%） 8.料液流量（L/min） 2. 化学参数 1.pH（酸碱度） 2.基质浓度（g或mg%） 3.溶解氧浓度（ppm或饱和度，%） 4.氧化还原位(mV) 5.产物的浓度(μg(u)/ml) 6.废气中的氧浓度（Pa） 7.废气中的CO2浓度（%） 3. 生物参数 菌丝形态:通过观察发酵过程中不同时期的菌丝形态来判断发酵的生产潜力和发酵终点。 菌浓和菌龄 二、发酵过程中几个重要参数的影响及其控制 （一）温度对发酵过程的影响及其控制 1．影响发酵温度的因索 (1)生物热(Q生物):微生物分解蛋白质、糖、脂肪等生物氧化过程产生大量的能量，一部分转变为热能散发出来，称为生物能。不同微生物产热程度不同，比如辅酶Q10产生的生物热比霉酚酸的要多。 (2)搅拌热(Q搅拌):机械装置的摩擦、机械装置和发酵液之间摩擦产生一定量的机械热的释放。 (3)蒸发热(Q蒸发) (4)辐射热(Q辐射) 2．温度对微生物生长和产物形成的影响 1.从酶动力学角度来看，酶促反应导致温度升高，反应速率加大，生长代谢加快，生产期提前。但因酶本身很容易因热而失去活性，温度越高，酶的失活也越快，表现在菌体易于哀老，发酵周期缩短，影响产物的最终产量。 2.温度会影响基质和氧在发酵液中的溶氧相和传递速率、菌体对某些基质的分解吸收速度等改变发酵液的物理性质，间接影响菌体的生物合成 3.发酵温度的控制 按控制方法分为自控和手控。 自控的优点：操作方便，温度控制平稳，可以提高抗生素的产量。 手控的优点：设备故障、温度波动大等特殊情况下控制效果比较突出。 按使用水系统分为冷冻水、热水和高温水（自来水） 冷冻水：适用放热相对较大的种子罐和发酵罐。 热水：适用于放热相对较小的种子罐。 高温水：适用于刚灭菌结束需要降温的种子罐和发酵罐。 4．最适温度的选择 所谓最适温度是指在该温度下最适宜于菌体生长或产物的合成。对不同的菌种和不同的培养条件以及不同的酶反应和不同的生长阶段，最适温度应有所不同 5.实例分析 霉酚酸和辅酶Q10 霉酚酸种子罐控制温度28℃，发酵罐控制温度28℃。 辅酶Q10种子罐控制温度32℃，发酵罐控制温度34℃。 一级种子罐一般情况下使用热水控制（原因：蒸发热＞生物热＋搅拌热，反之，当蒸发热＜生物热＋搅拌热，应该使用冷冻水控制） 二级种子罐和发酵罐一般使用冷冻水控制（原因：产生的生物热较大） （二）、pH值对发酵过程的影响及控制 1．影响pH值变化的因素 -----引起发酵液pH值下降的因素有： ①培养基中碳、氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过量；或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累； ②消沫油加得过多； ③生理酸性物质过多，氨被利用。 -----引起发酵液pH值上升的因素有： ①培养基中碳、氮肥比例不当，氮源过多，氨基酸释放； ②生理碱性物质过多； ③中间补料时氨水或尿素等碱性物质的加入量过多。 2．pH值对菌体生长和产物形成的影响 培养液的pH值是微生物庞杂的代谢过程的综合反映。反之，环境的pH值也能影响微生物的代谢和形态 pH值能影响酶促反应和代谢途径的变化 微生物发育阶段，最适pH值并不一致，但大多数不超越4—9的范围。 3．最适pH值的选择及其控制 发酵过程的pH值控制主要是合理组合培养基，使培养液的PH值变化随着发酵正常进行，始终保持在最佳范围之中 常用的方法有： (1)调整培养基中生理碱性和生理酸性盐类的比例； (2)选择不同代谢速度的碳氮源的种类和比例； (3)在培养基中添加缓冲剂。 4.调节pH的方式 按调节pH的物质可以分为： 酸性调节和碱性调节。 按调节pH的时机不同可以分为： 培养基调节和培养时调节。 5.发酵液pH值高如何调节？ 由于某些事故造成发酵液pH高而使抗生素合成停滞，可用小体积的生理酸性营养物质加入发酵液以调节pH。比如玉米浆、硫酸铵、磷酸二氢钾等生理酸性物质可以调节，一