生物工艺的控制.ppt

发酵的不同阶段采取不同的pH值菌株最适生长pH控制在6.8～7.0例：pH对L-异亮氨酸发酵的影响（天津科技大学）不同pH值对菌体的形态影响很大，当pH值高于7．5时，菌体易于老化，呈现球状；当pH值低于6．5时菌体同样受抑制，易于老化。而在7．2左右时，菌体是处于产酸期，呈现长的椭圆形；在6．9左右时，菌体处于生长期，呈“八”字形状并占有绝对的优势。大多数微生物在20-40℃的温度范围内生长。嗜冷菌在温度低于20℃下生长速率最大，嗜中温菌在30-35℃左右生长，嗜热菌在50℃以上生长。温度对微生物生长的影响(2)温度对发酵过程的影响温度对青霉菌生长速率、呼吸强度和青霉素生产速率的影响如上图所示。可以看出，温度对参与生长繁殖、呼吸和青霉素形成的各种酶的影响是不同的。青霉菌：生长E=34kJ/mol呼吸E=71kJ/mol产物合成E=112kJ/mol青霉素形成速率对温度最为敏感，偏离最适温度引起的生产率下降比其他两个参数的变化更为严重。活化能E反映温度变化对酶反应速率的影响＃影响氧在发酵液中的溶解度温度溶氧＃影响基质的分解速率如菌体对硫酸盐吸收在25℃时最小02温度对发酵液物理性质的影响01温度对生物合成方向的影响金色链丝菌研究发现，温度与微生物的调节机制关系密切。例如，在20℃时，氨基酸末端产物对其合成途径的第一个酶的反馈抑制作用，比在其正常生长温度37℃时更大。因此，考虑在抗生素发酵的后期降低温度，加强氨基酸的反馈抑制作用，使蛋白质和核酸的正常合成途径关闭得早些，从而使发酵代谢转向抗生素的合成。影响发酵温度的因素发酵热发酵热指的是发酵过程中释放出来的净热量，以J/(m3·h)为单位表示。生物热：生产菌在生长繁殖过程中产生的热叫生物热。营养基质被菌体分解产生大量的热能，部分用于合成高能化合物ATP，供给合成代谢所需要的能量，多余的热量则以热能的形式释放出来，形成生物热。搅拌热：搅拌器转动引起的液体之间和液体与设备之间的摩擦所产生的热能。Q搅拌?P蒸发热：空气进入发酵罐与发酵液广泛接触后，进行热交换，必然引起水分的蒸发，被空气和蒸发水分带走的热量。Q蒸发=G?（I出-I进）辐射热：由于罐外壁和大气间的温度差异而使发酵液中的部分热能通过罐体向大气辐射的热量。显热：废气因温度差异所带走的热量。01发酵热在整个发酵过程中是随时间变化的。所以，为使发酵在一定温度下进行，必须采取措施——在夹套或蛇管内通入冷水加以控制（小型的发酵罐，在冬季和发酵初期，散热量大于产热量则需用热水保温。）02（6）最适温度的选择所谓最适温度是指在该温度下最适于菌的生长或产物的合成。对不同的菌种、不同的培养条件、不同的酶反应以及不同的生长阶段，最适温度有所不同。1243微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。如黑曲霉生长温度为370C，谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30～320C，青霉菌生长温度为300C。1234根据菌种及生长阶段选择最适生长温度与最适生产温度往往是不一致的。如乳酸发酵，乳链球菌最适生长温度是34?C，而产酸最多的温度是30?C，但发酵速度最高的温度达40?C。青霉素产生菌的最适生长温度为30℃，但产生青霉素的最适温度是24.7℃。发酵温度的确定，在理论上，整个发酵过程中不应只选一个培养温度，应根据发酵的不同时期，选择不同的培养温度。生长阶段，选最适生长温度，在产物分泌阶段，选最适生产生产温度。即变温控制。2）不同的发酵阶段选择不同的温度在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速；在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。01020304e.g青霉素变温发酵如四环素生长阶段280C，合成期260C后期再升温；起初5小时，维持在30?C，以后降到25?C培养5小时，再降到到20?C培养28小时，最后又提高到25?C，培养40小时，放罐。青霉素的产量比在25?C恒温发酵条件下提高14.7%。黑曲霉生长370C，产糖化酶32～340C。05但也有的菌种产物形成比