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第五章 发酵条件及过程控制 本章主要内容 第一节 营养基质和菌体浓度 的影响及控制 第二节 温度的影响及其控制 第三节 pH的影响及控制 第四节 溶氧的影响及控制 第五节 泡沫的影响及控制 第六节 二氧化碳和呼吸商 第七节 发酵终点的控制 第八节 发酵过程的控制 本章主要内容 第一节 营养基质和菌体浓度 的影响及控制 第二节 温度的影响及其控制 第三节 pH的影响及控制 第四节 溶氧的影响及控制 第五节 泡沫的影响及控制 第六节 二氧化碳和呼吸商 第七节 发酵终点的控制 第八节 发酵过程的控制 第一节 营养基质和菌体浓度的影响及控制 （一）碳源 1、碳源的种类的影响 2、碳源的浓度影响发酵过程举例 （1）碳分解代谢物阻遏：在某一浓度下碳源会阻遏一个或多负责产物合成的酶。克服该效应一种方法是采用中间补料的方式使补入碳源的速率等于其消耗速率；另一种方法是使用非阻遏性碳源。 （2）过高浓度对菌体生长的影响：在重组毕赤酵母发酵生产水蛭素过程中，甲醇既作为碳骨架，使细胞生长，又作为诱导物可以提高产物表达，但甲醇浓度的提高会抑制细胞生长甚至导致细胞死亡。因此，利用甲醇传感器控制甲醇流量，同时以限制性速度混合流加甘油，可获得较高的水蛭素产量。 （3）yeast Crabtree effect：即酵母生长在高糖浓度下，即使溶氧充足，它还会进行厌氧发酵，从葡萄糖生产乙醇。 因此，一般采用补料分批或连续培养方式来避免crabtree效应。 yeast Crabtree effect describes the phenomenon whereby the yeast, Saccharomyces cerevisiae, produces ethanol (alcohol) aerobically in the presence of high external glucose concentrations rather than producing biomass via the tricarboxylic acid cycle, the usual process occurring aerobically in most yeasts e.g. Kluyveromyces spp. Increasing concentrations of glucose accelerates glycolysis (the breakdown of glucose) which results in the production of appreciable amounts of ATP through substrate-level phosphorylation. This reduces the need of oxidative phosphorylation done by the TCA cycle via the electron transport chain and therefore decreases oxygen consumption. The phenomenon is believed to have evolved as a competition mechanism (due to the antiseptic nature of ethanol) around the time when the first fruits on Earth fell from the trees. （二）氮源 1、氮源的种类 无机氮源和有机氮源：发酵工业中常用的无机氮源包括硝酸盐、铵盐、氨水等；有机氮源包括豆饼粉、花生饼粉、蛋白胨、酵母粉、酒糟、尿素等。 无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源，反之为迟效氮源。前者包括氨基态氮的氨基酸或者铵盐形式的硫酸铵和玉米浆等，后者包括黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉等。 速效氮源易于被菌体吸收利用，所以有利于菌体生长，却会影响某些产物的的产量；迟效氮源对延长次级代谢产物的分泌期、提高产物产量有好处，但一次性投入容易使养分过早耗竭，导致菌体过早衰老自溶，从而缩短产物分泌期。因此，发酵培养基一般选用含有速效迟效氮源的混合氮源。 对某些发酵过程来说，培养基中某些氮源的添加有利于该发酵过程中产物的积累，这些主要是培养基中的有机氮源作为菌体生长繁殖的营养外，还有作为产物的前体。无机氮源利用会快于有机氮源，但是常会引pH值的变化，这必须注意随时调整。 2、氮源的浓度 氮源浓度过高，会导致细胞脱水死亡，且影响传质；浓度过低，菌体营养不足，影响产量。 影响发酵