1、第五章發酵過程及一、二、發酵過程中的代謝變化及規律三、基質濃度變化及四、溫度對發酵的影響及 五、溶解氧對發酵的影響及六、pH對發酵的影響及七、CO2對發酵的影響八、的形成及九、染菌分析及發酵是一個復雜的生物化學過程影響因素很多：菌種、培養基、溫度、pH、溶氧、污染等。一、菌種是發酵的關鍵，從一個保存的菌種，到生產上使用的，如果按幾十幾百噸的發酵規模，10的量（接種量）計，需要幾噸幾十噸的種子。（一）、作為1、細胞的生活的要求：，移種至發酵罐后能迅速生長2、菌體總量及濃度能滿足大容量發酵罐的要求3、無雜菌污染4、生理形狀穩定、保持穩定的生產能力（二）、1、工藝流程的工藝流程及對發酵的影響2、接種

2、時間（種齡）和接種量接種時間：對數生長期，菌體量還未達最。接種量：決定于生產菌種在發酵罐中的繁殖速度。谷氨酸棒狀桿菌：1大多數抗生素發酵：510% 個別的發酵：2025接種量過小，除延長發酵周期外，往往還引起其它不正常情況。接種量過高，會使菌體生長過快，培養液粘度過高，造成供氧不足。3、質量檢查與檢查pH檢查培養基滅菌后糖、氮、磷等的含量檢查菌絲的形態、濃度、無菌檢查穩定性檢查其它參數檢查： 某種酶的活性產物量等液外觀等（三）、影響1、原材料質量質量的因素：2、培養溫度、濕度、時間等3、罐通氣量4、冷藏時間5、傳代次數二、發酵過程中的代謝變化及規律與代謝有關的參數：1、物理參數、溫度、罐壓、攪

3、拌速度、空氣流量、表觀粘度、發酵液重量與代謝有關的參數：2、化學參數、基質濃度、pH、產物濃度、DNA量、關鍵酶、溶解氧、排氣中的氧含量、排氣中的CO2含量與代謝有關的參數：3、生物參數、菌絲形態、菌絲干重或濕重、菌體比生長速率、氧的比消耗速率、糖的比消耗速率、氮的比消耗速率、產物的比生產速率三、基質濃度變化及（一）、碳源濃度變化及碳源物質是發酵過程中菌體生長和產物的能量和碳素的來源。在發酵的前期，碳源物質主要用于生長，消耗較快，在發酵后期，碳源物質主要用于產物合成，消耗速度放緩。快速利用的碳源物質：對生長有利，對次級代謝產物的形成有抑制作用。緩慢利用的碳源物質：對延長產物的有利的，尤其是次級

4、代謝產物。是到發酵的中后期，發酵液中的殘糖基本耗盡，影響產物的。如果采用豐富碳源的培養基，又會產生其它的問題，如培養基濃度過高， 影響通氣攪拌，過高的碳源濃度也抑制菌體的生長。解決的方法是采取“中間補料” 補糖的方法：連續滴加補糖小量多次間歇補糖大量補糖“中間補料”可以延長產物的產生時間，推遲菌體的自溶時間，增加了發酵液的體積，而使發酵大幅度上升。（二）、氮源濃度變化及氮源物質主要用于菌體中蛋白質、核酸等含氮物質的，有些發酵產物中含有氮。發酵前期，氮源物質隨菌體濃度的急劇增加而迅速減少，發酵中期，氮源（氨基氮）的下降速度比較緩慢，發酵后期，由于菌體自溶，氨基氮會回升。氮源物質往往抑制次級產物的

5、。快速利用的氮源物質：如氨水、銨鹽促進菌體生長。緩慢利用的氮源物質：有利于延長產物的期。一般情況下，發酵培養基中同時含快速利用的氮源和緩慢利用的氮源物質。如果氮源物質投料多，會造成菌體生長快，但菌老也快。解決方法：“中間補料”。四、溫度對發酵的影響及（一）、溫度對微生物和發酵的影響1、不同的菌、不同的發酵對溫度的要求不一樣。2、菌體生長的最適溫度與產物形成的最適溫度往往不一致。3、菌種在不同的生長期對溫度的敏感性不同。4、溫度歸根結底是影響酶的活力。谷氨酸菌種的最適生長溫度和產物形成的最適溫度菌種溫度（）12996171542T-613最適生長溫度 最適產物形成溫度30-323432-3434

6、-3630-3434-3632-3636-38（二）、溫度在發酵中的變化規律（三）、溫度的依靠夾層或蛇管。目前許多發酵罐都采用自動化。五、溶解氧對發酵的影響及溶解氧：溶解于液體（發酵液）中的氧。氧難溶于水，在25，1atm下，氧在水中的溶解度為0.26mmol/升，臨界溶解氧濃度：滿足微生物呼吸的最低限度的溶解氧濃度。一般好氣性微生物約為0.0030.05m之間。mol/升微生物名稱溫度（）C臨界（m mol/升）固氮菌300.018-0.049大腸桿菌150.0031大腸桿菌37.80.0082酵母菌200.0037酵母菌34.80.0046橄欖型青霉菌240.0022橄欖型青霉菌300.0

7、09橄欖型青霉菌320.02（一）影響需氧和供氧的因素影響微生物需氧量的因素1、菌種2、菌體濃度3、菌齡4、培養基影響供氧量的因素1、攪拌2、通氣量3、空氣分布管的結構4、發酵罐的液柱高度/直徑比5、培養液的物理性質6、（二）溶解氧的溶解氧的：應滿足需氧供氧需氧方面最適的菌體濃度供氧方面：1、改變氣體成份2、提高攪拌速度3、增加擋板4、增加通氣量5、提高罐壓幾個概念：呼吸強度：指一克干菌體，在一小時內所需氧的毫數攝氧量：指一升發酵液，在一小時內所需氧的毫數通氣量：指一分鐘內，通過發酵液的空氣體積比發酵液的體積六、pH對發酵的影響及（一）、pH值對發酵的影響：1、pH影響酶的活性2、pH影響微生

8、物細胞膜的帶電狀況，從而影響微生物對養料的吸收和對代謝產物的3、pH影響培養基中某些營養物質的可給性4、pH可能改變培養基的氧化還原電位5、pH會影響某些微生物的形態（二）、影響pH變化的因素：1、菌種特性2、培養基組成3、發酵條件（三）、pH在發酵過程中的變化規律在發酵前期，菌體生長緩慢，糖分解的少，銨離子利用的也少，所以pH變化緩慢。隨菌的生長，菌分解了含氮有機物，銨，培養基的pH會緩慢上升。出當菌轉入對數生長期，由于菌體大量繁殖，大量利用糖和銨離子，培養基的pH逐漸下降。在生長后期，由于菌體自溶，又回升。出銨，pH（四）、發酵過程中pH的調節1、調節培養基的配方2、補料加酸、加堿流加無機

9、氮源加碳源物質3、調節通氣量七、CO2對發酵的影響CO2是微生物的代謝產物，同時它往往所需的一種基質。也是排氣中CO2的濃度與細胞量有一定的聯系，通過測定CO2的生成，可用來估算菌的生長速率和細胞量。溶解在發酵液中的CO2對氨基酸、抗生素等發酵具有抑制或刺激作用。（一）、CO2對菌體生長及產物形成的影響當排氣中的CO2濃度高于4時，菌體碳水化合物的及呼吸速率下降。發酵液中的CO2濃度為1.6×102mol時，會嚴重抑制酵母菌的生長。CO2影響產霉的形態。CO2對氨基酸的影響CO2對紫蘇霉素生物的影響進氣中CO2含量（）紫蘇霉素相對產量01234100661500（二）、排氣中CO2與

10、菌體生長的關系（三）、排氣中CO2與pH的關系（四）、排氣中CO2與排氣中O2之間的關系CEORQ（呼吸商）=OUT率（molCO2/L×h）CEO：CO2OUT：菌耗氧率（molO2/L×h）酵母菌：RQ=0.93 RQ=1.0RQ1.1生成檸檬酸生成菌體生成乙醇青霉素發酵RQ=0.909 RQ=1RQ=4菌體生長菌體維持青霉素生產八、的形成及的危害1、氣泡中的空氣有隔熱作用，影響滅菌。2、多會從軸封溢出，容易造成染菌。3、降低了發酵罐的裝料系數。4、嚴重時停攪拌，影響正常的發酵過程。影響消長的因素1、通氣攪拌的強烈程度2、培養基的配比及原材料3、滅菌4、和接種量5、培養

11、液本身的性質變化6、染菌的消除1、機械消泡消沫槳引出罐外消泡后再引回罐內2、化學消沫油脂泡敵九、染菌分析及Penicillin-binding Proteinsn The penicillin-binding proteins,(PDB entry3pte), use a serine amino acid in their reaction,colored purple here. The serine forms a covalent bond with a peptidoglycan chain, then releases it as it forms the crosslink wi

12、th another part of the peptidoglycan network. Penicillin binds to this serine but does not release it, thus permanentlyblocking the active site.PDB entry 3pten Beta-lactamases, (PDB entry 4blm), have asimilar serine in their active site pocket. Penicillin also binds to this serine, but is then relea

13、sed in an inactivated form. Other beta- lactamases do the same thing, but use a zinc ion instead of a serine amino acid to inactivate thepenicillin.PDB entry 4blm（一）染菌分析某發酵廠染菌現象的統計分析1、帶菌或懷疑帶菌9.64%2、罐壓跌零造成染菌3、培養基未徹底滅菌4、空氣系統帶菌0.79%19.96%0.48%12.36%5.89%0.59%1.54%2.09%1.54%10.13%10.15%20.91%5、冒頂6、夾層穿孔7

14、、其它管道穿孔8、接種管穿孔9、閥門泄漏10、攪拌軸密封泄漏11、罐基漏12、其它設備漏13、操作問題14、不祥1、帶菌或懷疑帶菌10%1%20%10%40%20%2、培養基未徹底滅菌3、空氣系統帶菌4、操作問題5、設備問題6、不祥染菌規模：大批發酵罐染菌、部分發酵罐染菌、個別發酵罐染菌染菌時間：早期、中后期染菌種類：芽孢桿菌、小球菌、霉菌、酵母菌、水生細菌（二）防止染菌的措施主要是加強管理：1、培養基的無菌試驗2、3、設備的定期檢查、維修4、嚴格、規范的操作（三）染菌后的挽救措施1、罐染菌：倒罐，從其它未染菌的罐移種。2、發酵罐早期染菌：調酸以抑制雜菌生長；加入抑制雜菌生長；培養基重新滅菌，轉入發酵旺盛的發酵液。3、發酵罐后期染菌：根據情況，提前放罐。（四）噬菌體污染與防治噬菌體在自然界廣泛存在，噬菌體污染輕則減產，重則倒罐，