第八章.发酵过程控制8.ppt

第七节 补料的控制 近年来发酵产量有了很大提高 一方面是由于高产菌株的不断更新 另一方面则是发酵工艺和设备条件的相继改进。 其中补料通氨工艺的采用，对发酵单位的提高起了重要作用。 这种中间控制的明显效果是产生菌的自溶期被推迟，生物合成期得到延长，可维持较高的产物增长幅度和增加发酵的总体积，从而使产量大幅度上升。 例如： 在实验罐内四环素发酵不补糖的批号，培养72～96h，发酵单位在5500～7000单位/mL之间 补糖的批号，发酵周期延长到120～130h，单位提高到10000～12000单位/mL。 又如: 有些品种采用通氨工艺后，在其他条件配合下，发酵单位能提高50%左右。 目前大部分发酵品种如谷氨酸、赖氨酸、酶制剂、有机酸、抗生素等均采用补料措施。在工业生产上，补料还经常作为纠正异常发酵的一个重要手段。 一、补料的内容 所谓补料，顾名思义是在发酵过程中补充某些养料以维持菌的生理代谢活动和合成的需要。 补料的内容大致可分为以下四个方面 1.补充微生物能源和碳源，如在发酵液中添加葡萄糖、饴糖、液化淀粉。作为消沫剂的天然油脂，同时也起了补充碳源的作用。 2.补充菌体所需要的氮源，如在发酵过程添加蛋白胨、豆饼粉、花生饼、玉米浆、酵母粉和尿素等有机氮源。有的发酵品种还采用通入氨气或添加氨水。以上这些碳源，由于它本身和代谢后的酸碱度也可用于控制发酵的合适的PH值范围。 3.加入某些微生物生长或合成需要的微量的元素或无机盐，如磷酸盐、硫酸盐、氯化钴等。 4.对于产诱导酶的微生物，在补料中适当加入该酶的作用底物，是提高酶产量的重要措施。 二、补料的原则 这里就涉及菌体的代谢调节问题。菌体的生理调节活动和生物合成，除了决定于本身的遗传特性外，还决定于外界的环境条件 早期的发酵生产是采用一次投料发酵，到放罐结束 其中一个重要的条件就是培养基的组成和浓度 若在菌体的生长阶段，有过于丰富的碳源和氮源以及适合的生长条件，就会使菌体向着大量繁殖菌丝的方向发展，使得养料主要消耗在菌丝生长上； 而在生物合成阶段养料便不足以维持正常生理代谢和合成的需要，导致菌丝过早地自溶，使生物合成阶段缩短。 在补料工艺采用之前，工业生产的发酵周期一般只维持2～5d，采用补料工艺后，发酵周期都相应延长 在现代发酵工业的大规模生产中，中间补料的数量为基础料的1-3倍。 如果把所补加料全部合并在基础培养基内，对发酵的培养将难于设想，这势必造成菌体代谢的紊乱而失去控制，也可能因培养基浓度太高，影响细胞内渗透压而无法生长。 因此，补料的原则就在于控制微生物的中间代谢，使之向着有利于产物积累的方向发展 为此，要根据菌体的生长代谢、生物合成规律，利用中间补料的措施给予产生菌适当的调节，让它在生物合成阶段有足够而又不过多的养料供给其合成和维持正常代谢的需要。 鉴于我们对微生物的代谢规律尚未充分掌握，现有的各种补料措施都是通过实验方法确定的。 三、补糖的控制 在确定补料的内容后，选择适当的时机是相当重要的。以四环素发酵中间加葡萄糖为例，图12-13a和b表示三种不同的开始加糖时间的效果。 第一种加糖时间过晚(接种后62h开始加(a)) 第二种加糖时间过早(20h后加)，其发酵96h的单位，与不加糖的对照组相近，为6000u/mL左右，并没有显示补糖的优越性 第三种补料时机适当(45h后加)，发酵96h，单位在10000u/mL以上 可见，补糖时间对发酵的产量有很大的影响，过早加糖，有可能刺激菌丝的生长，从而加速糖的利用，在相同糖耗情况下，单位就明显低于加糖时间适当的批号。 补糖的时机不能单纯以培养时间作为依据 还要根据基础培养基中的碳源种类、用量和消耗速度、前期发酵条件、菌种特性和种子质量等因素判断。 因此，根据代谢变化如残糖含量、PH值或菌丝形态来考虑，比较切合实际。 在确定补糖开始时间后，补糖的方式和控制指标也有讲究 如在四环素发酵过程中，若以还原糖的水平作为指标，则不同阶段还原糖控制在不同的水平上，补糖效果也两样。一般在加糖后开始的阶段，如能维持较高浓度的还原糖含量，对生物合成有利；但高浓度还原糖含量不宜维持过久，否则会导致菌丝大量繁殖，影响单位增加。 补糖方法控制不好，便收不到应有的效果 还原糖维持的水平因具体情况而略有差异，似乎维持在0.8%～1.5%较为适合。图12-14和图12-15是维持在不同还原糖水平的四环素发酵加糖的作用，显然，还原糖维持在0.8%～1.2%对四环素合成有利。 实验表明，如在最适的补加葡萄糖的条件下，能正确控制菌丝量的增加、糖的消耗与发酵单位增长三者之间的关系，就可获得比采用丰富培养基时更长的生物合成期。 除了还原糖作为控制指