1、 本章內(nèi)容本章內(nèi)容一、一、概述概述二、代謝調(diào)控在發(fā)酵過(guò)程控制中的應(yīng)用二、代謝調(diào)控在發(fā)酵過(guò)程控制中的應(yīng)用1. 初級(jí)代謝物的生產(chǎn)調(diào)節(jié)初級(jí)代謝物的生產(chǎn)調(diào)節(jié) 2. 次級(jí)代謝物的生產(chǎn)調(diào)節(jié)次級(jí)代謝物的生產(chǎn)調(diào)節(jié)三、三、溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制四、四、pH對(duì)發(fā)酵的影響及其控制對(duì)發(fā)酵的影響及其控制五、五、溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及其控制六、六、CO2和呼吸商對(duì)發(fā)酵的影響及其控制和呼吸商對(duì)發(fā)酵的影響及其控制七、七、基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響及補(bǔ)料控制基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響及補(bǔ)料控制八、八、高密度發(fā)酵及過(guò)程控制高密度發(fā)酵及過(guò)程控制九、九、泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及其控制泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及

2、其控制十、十、自動(dòng)控制技術(shù)在發(fā)酵過(guò)程控制中的應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)在發(fā)酵過(guò)程控制中的應(yīng)用1. 過(guò)程控制的重要性過(guò)程控制的重要性 菌株特性菌株特性(營(yíng)養(yǎng)要求、生長(zhǎng)速率、營(yíng)養(yǎng)要求、生長(zhǎng)速率、 呼吸強(qiáng)度、產(chǎn)物合成速率呼吸強(qiáng)度、產(chǎn)物合成速率) 傳遞性能傳遞性能 物理：物理：n、T、Ws 化學(xué)化學(xué)：pH、DO、濃度濃度 過(guò)程控制的意義：過(guò)程控制的意義：最佳工藝條件的優(yōu)選（即最佳工藝參數(shù)最佳工藝條件的優(yōu)選（即最佳工藝參數(shù) 的確定）以及在發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)過(guò)程調(diào)節(jié)達(dá)到最適水平的的確定）以及在發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)過(guò)程調(diào)節(jié)達(dá)到最適水平的 控制。控制。決定發(fā)酵決定發(fā)酵單位單位(水平水平)的因素的因素外部環(huán)境因素外部環(huán)境因素工藝條

3、件工藝條件生物因素：生物因素：設(shè)備性能：設(shè)備性能：2. 發(fā)酵過(guò)程控制的一般步驟發(fā)酵過(guò)程控制的一般步驟 確定能反映過(guò)程變化的各種理化參數(shù)及其檢測(cè)方法確定能反映過(guò)程變化的各種理化參數(shù)及其檢測(cè)方法 研究這些參數(shù)的變化對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)水平的影響及其機(jī)制，研究這些參數(shù)的變化對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)水平的影響及其機(jī)制，獲取最適水平或最佳范圍獲取最適水平或最佳范圍 建立數(shù)學(xué)模型定量描述各參數(shù)之間隨時(shí)間變化的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型定量描述各參數(shù)之間隨時(shí)間變化的關(guān)系 通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)施在線自動(dòng)檢測(cè)和控制，驗(yàn)證各種控制通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)施在線自動(dòng)檢測(cè)和控制，驗(yàn)證各種控制模型的可行性及其適用范圍，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程最優(yōu)控制模型的可行性及其適用范圍，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵

4、過(guò)程最優(yōu)控制 3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)n代謝參數(shù)按性質(zhì)可分為三類(lèi)：代謝參數(shù)按性質(zhì)可分為三類(lèi)：物理參數(shù)：物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓、空氣流量、溶解溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓、空氣流量、溶解氧、表觀粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等氧、表觀粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等化學(xué)參數(shù)：化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷）、基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷）、 pH、產(chǎn)物、產(chǎn)物濃度、核酸量等濃度、核酸量等生物參數(shù)：生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌體濃度、菌體比生長(zhǎng)速率、菌絲形態(tài)、菌體濃度、菌體比生長(zhǎng)速率、呼吸強(qiáng)度、攝氧率、關(guān)鍵酶活力等呼吸強(qiáng)度、攝氧率、關(guān)鍵酶活力等3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)n參數(shù)按獲取方式可分為兩類(lèi)：參數(shù)按獲取方式可分

5、為兩類(lèi)： 如如T、pH、罐壓、空氣流量、攪罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、溶氧濃度等拌轉(zhuǎn)速、溶氧濃度等 如攝氧率如攝氧率()、呼吸強(qiáng)度、呼吸強(qiáng)度(QO2)、比生長(zhǎng)、比生長(zhǎng)速率（速率（) 、體積溶氧系數(shù)體積溶氧系數(shù)(KLa)、呼吸商呼吸商(RQ)等等。直接參數(shù)直接參數(shù)： 間接參數(shù)間接參數(shù)：將直接參數(shù)通過(guò)公式計(jì)算獲得的：將直接參數(shù)通過(guò)公式計(jì)算獲得的參數(shù)，參數(shù)，3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)n參數(shù)的測(cè)量形式參數(shù)的測(cè)量形式離線測(cè)量：離線測(cè)量：基質(zhì)（糖、脂類(lèi)、無(wú)機(jī)鹽等）、前體和代基質(zhì)（糖、脂類(lèi)、無(wú)機(jī)鹽等）、前體和代謝產(chǎn)物（抗生素、酶、有機(jī)酸、氨基酸等）謝產(chǎn)物（抗生素、酶、有機(jī)酸、氨基酸等）在線測(cè)量在線測(cè)量：如：如T

6、、pH、DO、溶解、溶解CO2、尾氣、尾氣CO2、黏度、黏度、攪拌轉(zhuǎn)速等攪拌轉(zhuǎn)速等n優(yōu)點(diǎn)：及時(shí)、省力，可從繁瑣操作中解脫出來(lái)，便優(yōu)點(diǎn)：及時(shí)、省力，可從繁瑣操作中解脫出來(lái)，便于計(jì)算機(jī)控制。于計(jì)算機(jī)控制。 n困難：傳感器要求較高。困難：傳感器要求較高。 v對(duì)傳感器的要求對(duì)傳感器的要求n能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；n傳感器及其二次儀表具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性；傳感器及其二次儀表具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性；n最好能在過(guò)程中隨時(shí)校正，靈敏度好；最好能在過(guò)程中隨時(shí)校正，靈敏度好；n探頭材料不易老化，使用壽命長(zhǎng)；探頭材料不易老化，使用壽命長(zhǎng)；n安裝使用和維修方便；安裝使用和維修方便；n解決探頭敏感部位被物料（反應(yīng)液）

7、粘住、堵塞解決探頭敏感部位被物料（反應(yīng)液）粘住、堵塞 問(wèn)題；問(wèn)題；n價(jià)格合理，便于推廣。價(jià)格合理，便于推廣。 3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法n溫度測(cè)量溫度測(cè)量 感溫元件：熱電偶（溫度信號(hào)感溫元件：熱電偶（溫度信號(hào) 電信號(hào)電信號(hào)） 二次儀表：將熱電偶輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成二次儀表：將熱電偶輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成 被測(cè)介質(zhì)的溫度被測(cè)介質(zhì)的溫度v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法n攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌功率的測(cè)量攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌功率的測(cè)量攪拌轉(zhuǎn)速：磁感應(yīng)式，光感應(yīng)式，攪拌轉(zhuǎn)速：磁感應(yīng)式，光感應(yīng)式， 測(cè)速電機(jī)；測(cè)速電機(jī)；攪拌功率：功率表，測(cè)定力矩求功率法。攪拌功率：功率表，測(cè)定力矩求功率法

8、。3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法n空氣流量測(cè)定空氣流量測(cè)定體積流量型：體積流量型： 會(huì)引起流體能量損失，受溫度和壓力變化的影響；會(huì)引起流體能量損失，受溫度和壓力變化的影響； 同心孔板壓差式流量計(jì)；同心孔板壓差式流量計(jì)； 轉(zhuǎn)子流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)。質(zhì)量流量型：質(zhì)量流量型： 根據(jù)流體固有性質(zhì)（質(zhì)量、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性能）根據(jù)流體固有性質(zhì)（質(zhì)量、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性能）設(shè)計(jì)的流量計(jì)。設(shè)計(jì)的流量計(jì)。v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法n罐壓測(cè)量罐壓測(cè)量 壓力表壓力表 壓力傳感器壓力傳感器 3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法n料液計(jì)量與液位控制料液計(jì)量與液位控制 壓差

9、法：壓差法：H=（P2/P1）H 直接重量測(cè)量法：直接稱(chēng)重直接重量測(cè)量法：直接稱(chēng)重 體積計(jì)量法：計(jì)算進(jìn)出料液體積計(jì)量法：計(jì)算進(jìn)出料液 流量計(jì)量法：計(jì)算流量和時(shí)間流量計(jì)量法：計(jì)算流量和時(shí)間 液位探針液位探針3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法n發(fā)酵液粘度測(cè)定發(fā)酵液粘度測(cè)定 毛細(xì)管粘度計(jì)毛細(xì)管粘度計(jì) 回轉(zhuǎn)式粘度計(jì)回轉(zhuǎn)式粘度計(jì) 渦輪旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)渦輪旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法npH測(cè)量測(cè)量 復(fù)合復(fù)合pH電極電極 pH測(cè)量?jī)x器測(cè)量?jī)x器3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法n溶解氧的測(cè)量溶解氧的測(cè)量 化學(xué)法化學(xué)法 極譜法極譜法 復(fù)膜氧電極法復(fù)膜氧電極法

10、3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)復(fù)膜氧電極示意圖復(fù)膜氧電極示意圖（a）極譜型極譜型 （b）原電池型原電池型v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法n溶解二氧化碳測(cè)量溶解二氧化碳測(cè)量 復(fù)膜式電極法復(fù)膜式電極法 滲透膜滲透膜碳酸氫鈉法碳酸氫鈉法n發(fā)酵尾氣的在線分析發(fā)酵尾氣的在線分析 CO2分析分析 O2分析分析3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)v參數(shù)檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)方法n細(xì)胞濃度的測(cè)量細(xì)胞濃度的測(cè)量 化學(xué)法：如化學(xué)法：如DNA、RNA分分析等析等 物理法：如重量分析、分光光度分析、物理法：如重量分析、分光光度分析、 濁度分析等濁度分析等新技術(shù)：以電容法為測(cè)量原理的在線新技術(shù)：以電容法為測(cè)量原理的在線 活細(xì)胞濃度測(cè)量傳感器活細(xì)胞濃度測(cè)

11、量傳感器 3. 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)原位活細(xì)胞在線檢測(cè)儀原位活細(xì)胞在線檢測(cè)儀1. 初級(jí)代謝物的生產(chǎn)調(diào)節(jié)初級(jí)代謝物的生產(chǎn)調(diào)節(jié)初級(jí)代謝物初級(jí)代謝物：指一類(lèi)低分子量的終點(diǎn)產(chǎn)物及這些：指一類(lèi)低分子量的終點(diǎn)產(chǎn)物及這些終點(diǎn)產(chǎn)物的生物合成途徑中的中間體。終點(diǎn)產(chǎn)物的生物合成途徑中的中間體。 (1) 避開(kāi)固有的反饋調(diào)節(jié)避開(kāi)固有的反饋調(diào)節(jié)(2) 細(xì)胞通透性的變更細(xì)胞通透性的變更n反饋調(diào)節(jié)包括反饋調(diào)節(jié)包括 反饋抑制反饋抑制：某一生物合成途徑的最終代謝物抑：某一生物合成途徑的最終代謝物抑制該途徑的第一或第二個(gè)酶的活性。制該途徑的第一或第二個(gè)酶的活性。 反饋?zhàn)瓒舴答佔(zhàn)瓒簦阂种泼傅男纬桑怯赏緩浇K點(diǎn)產(chǎn)物：抑制酶的形成，是由途

12、徑終點(diǎn)產(chǎn)物或其衍生物施行的。或其衍生物施行的。（1）避開(kāi)固有的反饋調(diào)節(jié)避開(kāi)固有的反饋調(diào)節(jié)黃色短桿菌賴(lài)氨酸生物合成調(diào)節(jié)機(jī)制黃色短桿菌賴(lài)氨酸生物合成調(diào)節(jié)機(jī)制1-天冬氨酸激酶；天冬氨酸激酶；2-DDP合成酶；合成酶；3-高絲氨酸脫氫酶；高絲氨酸脫氫酶；4-琥珀酰高絲氨酸合成酶；琥珀酰高絲氨酸合成酶；5-蘇氨酸脫氫酶蘇氨酸脫氫酶（1）避開(kāi)固有的反饋調(diào)節(jié)避開(kāi)固有的反饋調(diào)節(jié)n方法方法限制菌在胞內(nèi)積累終點(diǎn)產(chǎn)物的能力以解除負(fù)反饋調(diào)節(jié)限制菌在胞內(nèi)積累終點(diǎn)產(chǎn)物的能力以解除負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用作用 從遺傳上改變酶的活性和酶的形成系統(tǒng)，篩選有抗反從遺傳上改變酶的活性和酶的形成系統(tǒng)，篩選有抗反饋?zhàn)饔玫幕蛲蛔冃停▽?duì)反饋?zhàn)饔貌?/p>

13、敏感）。饋?zhàn)饔玫幕蛲蛔冃停▽?duì)反饋?zhàn)饔貌幻舾校具體應(yīng)用具體應(yīng)用積累中間產(chǎn)物積累中間產(chǎn)物積累終點(diǎn)產(chǎn)物積累終點(diǎn)產(chǎn)物耐反饋?zhàn)饔玫耐蛔冎甑暮Y選耐反饋?zhàn)饔玫耐蛔冎甑暮Y選：抗結(jié)構(gòu)類(lèi)似物突變株抗結(jié)構(gòu)類(lèi)似物突變株 抗結(jié)構(gòu)類(lèi)似物突變株的篩選機(jī)制抗結(jié)構(gòu)類(lèi)似物突變株的篩選機(jī)制n末端產(chǎn)物類(lèi)似物和末端產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類(lèi)似，因而能夠引起反末端產(chǎn)物類(lèi)似物和末端產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類(lèi)似，因而能夠引起反饋?zhàn)饔茫撬鼈儾荒軈⑴c生物合成。在培養(yǎng)基中添加饋?zhàn)饔茫撬鼈儾荒軈⑴c生物合成。在培養(yǎng)基中添加末端產(chǎn)物類(lèi)似物后，未突變的細(xì)胞將由于代謝途徑受阻末端產(chǎn)物類(lèi)似物后，未突變的細(xì)胞將由于代謝途徑受阻而不能獲得生物合成所需的該種末端產(chǎn)物，從而導(dǎo)致細(xì)而不

14、能獲得生物合成所需的該種末端產(chǎn)物，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。那些對(duì)類(lèi)似物不敏感的突變株仍能制造末端產(chǎn)胞死亡。那些對(duì)類(lèi)似物不敏感的突變株仍能制造末端產(chǎn)物并長(zhǎng)成菌落。物并長(zhǎng)成菌落。 n突變株耐結(jié)構(gòu)類(lèi)似物的原因：突變株耐結(jié)構(gòu)類(lèi)似物的原因： 酶的結(jié)構(gòu)起了變化（指耐反饋抑制的突變株）酶的結(jié)構(gòu)起了變化（指耐反饋抑制的突變株） 酶的合成系統(tǒng)起了變化（指耐反饋?zhàn)瓒舻耐蛔冎辏┟傅暮铣上到y(tǒng)起了變化（指耐反饋?zhàn)瓒舻耐蛔冎辏?）避開(kāi)固有的反饋調(diào)節(jié)避開(kāi)固有的反饋調(diào)節(jié)n雙突變株的概念：雙突變株的概念：?jiǎn)我痪陜?nèi)同時(shí)發(fā)生耐反饋抑制和耐單一菌株內(nèi)同時(shí)發(fā)生耐反饋抑制和耐反饋?zhàn)瓒舻耐蛔冏饔谩７答佔(zhàn)瓒舻耐蛔冏饔谩?n思考題：思考題： 某

15、一菌株對(duì)所要生產(chǎn)的產(chǎn)物的類(lèi)似物有天然的耐受力，某一菌株對(duì)所要生產(chǎn)的產(chǎn)物的類(lèi)似物有天然的耐受力，這種時(shí)候能否利用類(lèi)似物篩選突變株呢？這種時(shí)候能否利用類(lèi)似物篩選突變株呢？n回復(fù)篩選回復(fù)篩選：用突變除去反饋敏感的酶和用第二次突變置用突變除去反饋敏感的酶和用第二次突變置換它，常產(chǎn)生分泌終點(diǎn)產(chǎn)物的回復(fù)子。換它，常產(chǎn)生分泌終點(diǎn)產(chǎn)物的回復(fù)子。 細(xì)胞通透性的變更細(xì)胞通透性的變更n細(xì)菌細(xì)胞膜通透性的增加是谷氨酸過(guò)量生產(chǎn)的原因之一。細(xì)菌細(xì)胞膜通透性的增加是谷氨酸過(guò)量生產(chǎn)的原因之一。n能過(guò)量生產(chǎn)谷氨酸的細(xì)菌有兩個(gè)共同特征：能過(guò)量生產(chǎn)谷氨酸的細(xì)菌有兩個(gè)共同特征： -酮戊二酸脫氫酶缺失：表明這類(lèi)細(xì)菌的酮戊二酸脫氫酶缺失

16、：表明這類(lèi)細(xì)菌的TCA上的酶受上的酶受阻，保證了碳引向谷氨酸的合成歧路。阻，保證了碳引向谷氨酸的合成歧路。 對(duì)生物素的營(yíng)養(yǎng)需求：表明這類(lèi)細(xì)菌的生物素的生物合對(duì)生物素的營(yíng)養(yǎng)需求：表明這類(lèi)細(xì)菌的生物素的生物合成受阻，導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性的改變，使細(xì)胞可以分泌出谷成受阻，導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性的改變，使細(xì)胞可以分泌出谷氨酸。氨酸。 2. 次級(jí)代謝物的生產(chǎn)調(diào)節(jié)次級(jí)代謝物的生產(chǎn)調(diào)節(jié)(1) 次級(jí)代謝的特點(diǎn)及與初級(jí)代謝的關(guān)系次級(jí)代謝的特點(diǎn)及與初級(jí)代謝的關(guān)系(2) 調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法n誘導(dǎo)作用誘導(dǎo)作用 n避開(kāi)固有的負(fù)反饋避開(kāi)固有的負(fù)反饋n操縱環(huán)境條件來(lái)控制次級(jí)代謝物的生物合成操縱環(huán)境條件來(lái)控制次級(jí)代謝物的生物合成n耐負(fù)反

17、饋調(diào)節(jié)的抗性突變株的篩選耐負(fù)反饋調(diào)節(jié)的抗性突變株的篩選n初級(jí)代謝物的調(diào)節(jié)作用初級(jí)代謝物的調(diào)節(jié)作用n能荷調(diào)節(jié)能荷調(diào)節(jié) e.g.磷酸鹽影響金霉素的合成磷酸鹽影響金霉素的合成（1）次級(jí)代謝的特點(diǎn)及與初級(jí)代謝的關(guān)系次級(jí)代謝的特點(diǎn)及與初級(jí)代謝的關(guān)系n次級(jí)代謝酶的特異性較初級(jí)代謝酶的特異性低，故受次級(jí)代謝酶的特異性較初級(jí)代謝酶的特異性低，故受遺傳及環(huán)境因素的影響大。遺傳及環(huán)境因素的影響大。 n次級(jí)代謝物的合成途徑比初級(jí)代謝的種類(lèi)多，但大多次級(jí)代謝物的合成途徑比初級(jí)代謝的種類(lèi)多，但大多數(shù)次級(jí)代謝物都是由少數(shù)關(guān)鍵中間代謝物組裝的。數(shù)次級(jí)代謝物都是由少數(shù)關(guān)鍵中間代謝物組裝的。n次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成一般是在生長(zhǎng)期后

18、，即培養(yǎng)基中次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成一般是在生長(zhǎng)期后，即培養(yǎng)基中的養(yǎng)分快耗盡，菌的比生長(zhǎng)速率降低時(shí)才合成。的養(yǎng)分快耗盡，菌的比生長(zhǎng)速率降低時(shí)才合成。 操縱環(huán)境條件來(lái)控制次級(jí)代謝物的生物合成操縱環(huán)境條件來(lái)控制次級(jí)代謝物的生物合成n改變培養(yǎng)基成分來(lái)避免分解阻遏作用改變培養(yǎng)基成分來(lái)避免分解阻遏作用 n改變培養(yǎng)基成分來(lái)避免反饋抑制和阻遏作用改變培養(yǎng)基成分來(lái)避免反饋抑制和阻遏作用 e.g.鏈霉素發(fā)酵中限制磷酸鹽的加量，避免其對(duì)參與生鏈霉素發(fā)酵中限制磷酸鹽的加量，避免其對(duì)參與生物合成的磷酸酯酶的反饋抑制和阻遏作用物合成的磷酸酯酶的反饋抑制和阻遏作用n培養(yǎng)基中添加前體物來(lái)避免分支途徑終產(chǎn)物對(duì)發(fā)酵產(chǎn)培養(yǎng)基中添加前體

19、物來(lái)避免分支途徑終產(chǎn)物對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品的間接抑制作用品的間接抑制作用n 分解阻遏作用的解除主要是在多個(gè)碳源中選擇慢碳分解阻遏作用的解除主要是在多個(gè)碳源中選擇慢碳源或者采用緩慢流加快碳源的工藝源或者采用緩慢流加快碳源的工藝 在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中的青霉素發(fā)酵代謝曲線在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中的青霉素發(fā)酵代謝曲線耐負(fù)反饋調(diào)節(jié)的抗性突變株的篩選耐負(fù)反饋調(diào)節(jié)的抗性突變株的篩選n篩選耐結(jié)構(gòu)類(lèi)似物的突變株篩選耐結(jié)構(gòu)類(lèi)似物的突變株 e.g. 不需添加色氨酸的硝吡咯菌素的高產(chǎn)菌株不需添加色氨酸的硝吡咯菌素的高產(chǎn)菌株n回復(fù)篩選回復(fù)篩選 e.g. 高產(chǎn)金霉素產(chǎn)生菌高產(chǎn)金霉素產(chǎn)生菌n篩選耐藥性菌株篩選耐藥性菌株

20、e.g. 利用抗生素篩選耐藥性菌株利用抗生素篩選耐藥性菌株 (三三)溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制溫度對(duì)發(fā)酵的影響及其控制1. 影響發(fā)酵溫度的因素影響發(fā)酵溫度的因素2. 溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響3. 溫度對(duì)基質(zhì)消耗的影響溫度對(duì)基質(zhì)消耗的影響4. 溫度對(duì)產(chǎn)物合成的影響溫度對(duì)產(chǎn)物合成的影響5. 最適溫度的選擇與控制最適溫度的選擇與控制 (1)發(fā)酵熱發(fā)酵熱n發(fā)酵過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量，叫做發(fā)酵熱發(fā)酵過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量，叫做發(fā)酵熱。 Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q輻射 (2)生物熱生物熱n來(lái)源來(lái)源 ：微生物微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解所釋放的能量對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解所釋放的能量n影響因素：影響因素

21、：n菌株菌株n培養(yǎng)基成分培養(yǎng)基成分 n發(fā)酵時(shí)期發(fā)酵時(shí)期 n生物熱與其它參數(shù)的關(guān)系生物熱與其它參數(shù)的關(guān)系 呼吸強(qiáng)度呼吸強(qiáng)度QO2 糖利用速率糖利用速率當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達(dá)到高峰時(shí)，菌的呼當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達(dá)到高峰時(shí)，菌的呼吸強(qiáng)度最大，糖的利用速率也最大，吸強(qiáng)度最大，糖的利用速率也最大，可用耗氧量、糖耗來(lái)衡量生物熱。可用耗氧量、糖耗來(lái)衡量生物熱。2. 溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響n當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)，可忽略，微生物處于生長(zhǎng)狀態(tài)可忽略，微生物處于生長(zhǎng)狀態(tài)。、皆與皆與T有有關(guān)，其關(guān)系均可用阿累尼烏斯公式描述關(guān)，其關(guān)系均可用阿累尼烏斯公式描述：nEE 死亡速率比生長(zhǎng)速率對(duì)溫度變化更為敏感死亡速率比生長(zhǎng)速率

22、對(duì)溫度變化更為敏感 xxdtdxdtdxx1RTE1eARTE2eA嗜冷、嗜中溫、嗜熱菌的典型生長(zhǎng)與溫度關(guān)系嗜冷、嗜中溫、嗜熱菌的典型生長(zhǎng)與溫度關(guān)系2. 溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響(續(xù)續(xù))n在其最適溫度范圍內(nèi)，生長(zhǎng)速率隨溫度升高而增加，在其最適溫度范圍內(nèi)，生長(zhǎng)速率隨溫度升高而增加，當(dāng)溫度超過(guò)最適生長(zhǎng)溫度，生長(zhǎng)速率隨溫度增加而迅當(dāng)溫度超過(guò)最適生長(zhǎng)溫度，生長(zhǎng)速率隨溫度增加而迅速下降。速下降。 n不同生長(zhǎng)階段的微生物對(duì)溫度的反應(yīng)不同不同生長(zhǎng)階段的微生物對(duì)溫度的反應(yīng)不同 n處于延遲期的細(xì)菌對(duì)溫度的影響十分敏感。處于延遲期的細(xì)菌對(duì)溫度的影響十分敏感。n對(duì)于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)菌，如果在略低于

23、最適溫度的對(duì)于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)菌，如果在略低于最適溫度的條件下培養(yǎng)，即使在發(fā)酵過(guò)程中升溫，則升溫的破條件下培養(yǎng)，即使在發(fā)酵過(guò)程中升溫，則升溫的破壞作用較弱。壞作用較弱。 n處于生長(zhǎng)后期的細(xì)菌，其生長(zhǎng)速度一般主要取決于處于生長(zhǎng)后期的細(xì)菌，其生長(zhǎng)速度一般主要取決于溶解氧，而不是溫度。溶解氧，而不是溫度。 (1) 糖比消耗速率糖比消耗速率qs nRighelato假定假定：m維持因子，即生長(zhǎng)速率為零時(shí)的葡萄糖的消耗維持因子，即生長(zhǎng)速率為零時(shí)的葡萄糖的消耗。m項(xiàng)項(xiàng)與滲透壓調(diào)節(jié)、代謝產(chǎn)物的生成、遷移性及除繁殖以與滲透壓調(diào)節(jié)、代謝產(chǎn)物的生成、遷移性及除繁殖以外的其它生物轉(zhuǎn)化等過(guò)程所需的能量有關(guān)。這些過(guò)程外的

24、其它生物轉(zhuǎn)化等過(guò)程所需的能量有關(guān)。這些過(guò)程受溫度的影響，所以受溫度的影響，所以m也和溫度相關(guān)也和溫度相關(guān)。B生長(zhǎng)系數(shù)，即同一生長(zhǎng)速率下的糖耗生長(zhǎng)系數(shù)，即同一生長(zhǎng)速率下的糖耗，B值越大，說(shuō)值越大，說(shuō)明同樣比生長(zhǎng)速率下，用于純粹生長(zhǎng)的糖耗越大明同樣比生長(zhǎng)速率下，用于純粹生長(zhǎng)的糖耗越大。 n改變溫度可以控制改變溫度可以控制qs和和 Bmqs（2）T對(duì)對(duì)B、m和和的影響的影響 nqs一定一定：n當(dāng)當(dāng)TTm時(shí)時(shí)， m ， , B 底物轉(zhuǎn)化效率低底物轉(zhuǎn)化效率低當(dāng)當(dāng)T=Tm時(shí)時(shí)，mT(K)m溫度對(duì)溫度對(duì)B、m和不同和不同qs下對(duì)下對(duì)值的影響值的影響4. 溫度對(duì)產(chǎn)物合成的影響溫度對(duì)產(chǎn)物合成的影響n影響發(fā)酵過(guò)程

25、中各種反應(yīng)速率，從而影響微生物的生影響發(fā)酵過(guò)程中各種反應(yīng)速率，從而影響微生物的生長(zhǎng)代謝與產(chǎn)物生成。長(zhǎng)代謝與產(chǎn)物生成。 e.g. 青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素 青霉菌生長(zhǎng)活化能青霉菌生長(zhǎng)活化能E1=34kJ/mol 青霉素合成活化能青霉素合成活化能E2=112kJ/mol 青霉素合成速率對(duì)溫度較敏感青霉素合成速率對(duì)溫度較敏感n改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，間接影響菌的生物合成改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，間接影響菌的生物合成 。n影響生物合成方向。影響生物合成方向。 e.g. 四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌：四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌：T5.0：酵母形態(tài)變小，發(fā)酵液變黑，且污染大量細(xì)菌酵母形態(tài)變小，發(fā)酵液變黑，

26、且污染大量細(xì)菌 pH0.5% 低低pH6.8控制加糖控制加糖 7% ， OTR逐漸逐漸至至OTR=，即即 ，高位平衡高位平衡 當(dāng)處于高位平衡時(shí)，表明供氧性能好。高位平衡通常發(fā)生當(dāng)處于高位平衡時(shí)，表明供氧性能好。高位平衡通常發(fā)生在正常情況的前、后期。在正常情況的前、后期。LLaCCKOTR0dtdCLOTR,CC,CLL0dtdCLn平衡點(diǎn)分析平衡點(diǎn)分析：當(dāng)當(dāng)CL（如對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期如對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期很大很大）， ，OTRCm, 卷須霉素卷須霉素: n而有些菌株而有些菌株 Ccr CCr，生產(chǎn)階段滿足生產(chǎn)階段滿足CLCm。 （1 1）發(fā)酵異常指標(biāo)）發(fā)酵異常指標(biāo)n發(fā)酵中污染雜菌，溶解氧發(fā)生異常變化。發(fā)酵中污染

27、雜菌，溶解氧發(fā)生異常變化。 對(duì)于好氣性雜菌，溶解氧會(huì)一反往常在較短時(shí)間內(nèi)跌對(duì)于好氣性雜菌，溶解氧會(huì)一反往常在較短時(shí)間內(nèi)跌到零附近，跌零后長(zhǎng)時(shí)間不回升到零附近，跌零后長(zhǎng)時(shí)間不回升。 對(duì)于厭氣性雜菌，對(duì)于厭氣性雜菌，溶解氧溶解氧升高。升高。n污染噬菌體或其它不明原因引起污染噬菌體或其它不明原因引起 發(fā)酵液變稀，此時(shí)發(fā)酵液變稀，此時(shí)溶解氧溶解氧迅速上升。迅速上升。 n操作故障或事故分析操作故障或事故分析 谷氨酸正常發(fā)酵和異常發(fā)酵的溶解氧曲線正常發(fā)酵溶解氧曲線-異常發(fā)酵溶解氧曲線異常發(fā)酵光密度曲線（2）補(bǔ)料控制指標(biāo)補(bǔ)料控制指標(biāo) n中間補(bǔ)料是否得當(dāng)可以從中間補(bǔ)料是否得當(dāng)可以從溶解氧溶解氧的變化看出。的變

28、化看出。n發(fā)酵過(guò)程中出現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程中出現(xiàn)“發(fā)酸發(fā)酸”現(xiàn)象，此時(shí)溶解氧很快下降。現(xiàn)象，此時(shí)溶解氧很快下降。 （3）代謝方向控制指標(biāo)）代謝方向控制指標(biāo) n測(cè)量溶解氧可以確定測(cè)量溶解氧可以確定CCr、Cm值值n通過(guò)溶氧測(cè)量可以掌握由好氣轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)機(jī)通過(guò)溶氧測(cè)量可以掌握由好氣轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)機(jī) e.g.天門(mén)冬酰胺酶發(fā)酵天門(mén)冬酰胺酶發(fā)酵：45%飽和度飽和度 n在酵母以及其他微生物菌體的生產(chǎn)中，溶氧值是控制其代在酵母以及其他微生物菌體的生產(chǎn)中，溶氧值是控制其代謝方向的最好的指標(biāo)之一謝方向的最好的指標(biāo)之一 。（4）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)n評(píng)價(jià)設(shè)備性能、工藝合理性的最終

29、指標(biāo)：發(fā)酵單位評(píng)價(jià)設(shè)備性能、工藝合理性的最終指標(biāo)：發(fā)酵單位 n設(shè)備反映供氧性能：設(shè)備反映供氧性能： 攪拌槳形式攪拌槳形式 葉片形式葉片形式 攪拌器直徑攪拌器直徑d 攪拌檔數(shù)攪拌檔數(shù)m和攪拌器間距和攪拌器間距s 檔板寬度檔板寬度w和檔板數(shù)和檔板數(shù)z 通氣：空氣分布器的類(lèi)型和位置通氣：空氣分布器的類(lèi)型和位置 n，P/V 設(shè)備操作參數(shù)設(shè)備操作參數(shù) 罐壓罐壓 WS或或VVM攪拌攪拌設(shè)備幾何參數(shù)設(shè)備幾何參數(shù)（4）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)）設(shè)備性能、工藝合理性指標(biāo)工藝條件反映耗氧和供氧特征工藝條件反映耗氧和供氧特征 菌種性能：耗菌種性能：耗O2 培養(yǎng)基性能：耗培養(yǎng)基性能：耗O2、供供O2 溫度：耗溫度：耗

30、O2、供供O2 RQ（O2與與CO2水平比較水平比較）：耗耗O2 表面活性劑：耗表面活性劑：耗O2、供供O2改進(jìn)工藝：控制補(bǔ)料速度、改進(jìn)工藝：控制補(bǔ)料速度、T 的調(diào)節(jié)、中間補(bǔ)水、的調(diào)節(jié)、中間補(bǔ)水、 添加表面活性劑等等添加表面活性劑等等 對(duì)現(xiàn)有發(fā)酵工對(duì)現(xiàn)有發(fā)酵工廠進(jìn)行技術(shù)改造廠進(jìn)行技術(shù)改造 淺層次淺層次 修改設(shè)備和工藝修改設(shè)備和工藝 規(guī)模和控制水平上檔次規(guī)模和控制水平上檔次 引入新型發(fā)酵類(lèi)型引入新型發(fā)酵類(lèi)型 深層次深層次 工藝的改進(jìn)是否有效可通過(guò)溶解氧水平進(jìn)行評(píng)價(jià)：工藝的改進(jìn)是否有效可通過(guò)溶解氧水平進(jìn)行評(píng)價(jià)： P/V的改變對(duì)溶解氧和產(chǎn)量的影響的改變對(duì)溶解氧和產(chǎn)量的影響 e.g.利福霉素發(fā)酵利福霉

31、素發(fā)酵：5080h波谷階段波谷階段，P/V，KLa，供氧供氧；3W/L比比1 W/L批號(hào)的發(fā)酵單位增加約批號(hào)的發(fā)酵單位增加約900u/ml 攪拌轉(zhuǎn)數(shù)攪拌轉(zhuǎn)數(shù)n 對(duì)溶解氧和產(chǎn)量的影響對(duì)溶解氧和產(chǎn)量的影響e.g.赤霉素發(fā)酵赤霉素發(fā)酵：15 50h期間期間，n從從155 提高至提高至180r/min， 赤霉素單位赤霉素單位（1 1）溶解氧控制的一般原則）溶解氧控制的一般原則 n生長(zhǎng)階段生長(zhǎng)階段： 即可即可n產(chǎn)物合成階段產(chǎn)物合成階段： 即可即可v過(guò)高的溶氧水平反而對(duì)菌體代謝有不可逆的抑過(guò)高的溶氧水平反而對(duì)菌體代謝有不可逆的抑制作用制作用CrLCC mLCC （2）溶解氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一溶

32、解氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一 v控控制原理制原理 發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵過(guò)程中， 糖量糖量 x , QO2 CL 糖量糖量 QO2 CL 補(bǔ)糖使補(bǔ)糖使CL下降，而下降，而CL回升的快慢取決于供氧效率回升的快慢取決于供氧效率。 對(duì)于一個(gè)具體的發(fā)酵，存在一個(gè)最適氧濃度對(duì)于一個(gè)具體的發(fā)酵，存在一個(gè)最適氧濃度（Cm）水水平，補(bǔ)糖速率應(yīng)與其相適應(yīng)。平，補(bǔ)糖速率應(yīng)與其相適應(yīng)。 mLCC，加大補(bǔ)糖速率加大補(bǔ)糖速率 mLCC ，減小補(bǔ)糖速率減小補(bǔ)糖速率實(shí)現(xiàn)用溶解氧水平控制補(bǔ)料速率實(shí)現(xiàn)用溶解氧水平控制補(bǔ)料速率 補(bǔ)糖速率控制在正好使生產(chǎn)菌處于所謂補(bǔ)糖速率控制在正好使生產(chǎn)菌處于所謂“半饑餓半饑餓狀態(tài)狀態(tài)”，使其僅能

33、維持正常的生長(zhǎng)代謝，即把更，使其僅能維持正常的生長(zhǎng)代謝，即把更多的糖用于產(chǎn)物合成，并永遠(yuǎn)不超過(guò)罐設(shè)計(jì)時(shí)的多的糖用于產(chǎn)物合成，并永遠(yuǎn)不超過(guò)罐設(shè)計(jì)時(shí)的KLa水平所能提供的最大供氧速率。水平所能提供的最大供氧速率。 v控制原則控制原則（2）溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一 v控制方法控制方法 溶氧和補(bǔ)糖控制系統(tǒng)溶氧和補(bǔ)糖控制系統(tǒng) 溶氧和溶氧和pH控制的系統(tǒng)控制的系統(tǒng) （2）溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一 溶氧在加糖控制上的應(yīng)用溶氧在加糖控制上的應(yīng)用溶氧與溶氧與pH協(xié)同控制系統(tǒng)協(xié)同控制系統(tǒng)（3）溶解氧控制的工藝方法：溶解氧控制的

34、工藝方法：從供氧、需氧兩方面考慮從供氧、需氧兩方面考慮 n供氧方面：供氧方面：提高氧分壓（氧分含量），即提高氧分壓（氧分含量），即 ，提高供氧能力提高供氧能力改變攪拌轉(zhuǎn)速：通過(guò)改變改變攪拌轉(zhuǎn)速：通過(guò)改變KLa來(lái)提高供氧能力來(lái)提高供氧能力 通氣速率通氣速率Ws ：Ws增加有上限，引起增加有上限，引起“過(guò)載過(guò)載”、泡沫、泡沫提高罐壓：提高罐壓： ，但同時(shí)會(huì)增加，但同時(shí)會(huì)增加CO2的溶解度，影響的溶解度，影響pH及及可能會(huì)影響菌的代謝，另外還會(huì)增加對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度要求。可能會(huì)影響菌的代謝，另外還會(huì)增加對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度要求。n CC改變發(fā)酵液理化性質(zhì)改變發(fā)酵液理化性質(zhì)（， ，Ii） 加消泡劑，補(bǔ)加無(wú)菌水，改變

35、培養(yǎng)基成分加消泡劑，補(bǔ)加無(wú)菌水，改變培養(yǎng)基成分改變改變KL改變溫度：改變溫度： ，提高推動(dòng)力提高推動(dòng)力（C*CL）C,T（3）溶解氧控制的工藝方法（續(xù)）溶解氧控制的工藝方法（續(xù)）n 供氧方面：供氧方面：（3）溶解氧控制的工藝方法（續(xù)）溶解氧控制的工藝方法（續(xù)）n耗氧方面耗氧方面 n限制性基質(zhì)的流加控制（補(bǔ)料控制）：在限制性基質(zhì)的流加控制（補(bǔ)料控制）：在OTR一定情況一定情況下，控制基質(zhì)濃度下，控制基質(zhì)濃度限制限制、x 限制限制 控制溶解氧控制溶解氧（4）溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)）溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)n改變通氣速率的溶氧控制系統(tǒng)改變通氣速率的溶氧控制系統(tǒng) n改變攪拌轉(zhuǎn)速的溶氧控制系統(tǒng)改變攪拌轉(zhuǎn)速的溶氧控

36、制系統(tǒng)n改變通氣量、轉(zhuǎn)速、罐壓所組成的多參數(shù)溶氧改變通氣量、轉(zhuǎn)速、罐壓所組成的多參數(shù)溶氧控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 溶解氧對(duì)被孢霉合成溶解氧對(duì)被孢霉合成花生四烯酸花生四烯酸 (AA) 的影響的影響 溶氧量對(duì)溶氧量對(duì)AA產(chǎn)量的影響產(chǎn)量的影響注：搖床轉(zhuǎn)速注：搖床轉(zhuǎn)速150r/min, 25 KLa越大越大，培養(yǎng)基中溶培養(yǎng)基中溶解氧越多解氧越多, , AA合成速合成速度越快度越快溶解氧控制對(duì)鳥(niǎo)苷產(chǎn)量的影響溶解氧控制對(duì)鳥(niǎo)苷產(chǎn)量的影響不同的不同的DO控制條件下鳥(niǎo)苷積累的比較控制條件下鳥(niǎo)苷積累的比較DO()：5，l0，20，30發(fā)酵過(guò)程發(fā)酵過(guò)程 DO 變化與鳥(niǎo)苷變化與鳥(niǎo)苷 積累的關(guān)系積累的關(guān)系DO 控制在控制在10

37、20，產(chǎn)物積累產(chǎn)物積累，鳥(niǎo)苷含量最高。，鳥(niǎo)苷含量最高。DO在在5和和30，前期產(chǎn)物積累前期產(chǎn)物積累，但后期基本不增加，但后期基本不增加.DO水平的超高階段水平的超高階段(發(fā)酵周期發(fā)酵周期28h44h)，鳥(niǎo)苷積累量基本不，鳥(niǎo)苷積累量基本不增加；調(diào)整增加；調(diào)整DO 在適當(dāng)水平上，鳥(niǎo)苷積累量繼續(xù)上升。在適當(dāng)水平上，鳥(niǎo)苷積累量繼續(xù)上升。 （六）（六）CO2和呼吸商對(duì)發(fā)酵的影響及其控制和呼吸商對(duì)發(fā)酵的影響及其控制1. 定義定義 2. 發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵過(guò)程中CO2釋放率的變化釋放率的變化3. . CO2對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)發(fā)酵的影響 1. 定義定義 n 呼吸商呼吸商（RQ）：指菌體呼吸過(guò)程中，指菌體呼吸過(guò)程中，C

38、O2釋放率和菌的耗釋放率和菌的耗 氧速率之比，氧速率之比，RQ反映菌的代謝情況反映菌的代謝情況。n菌體耗氧速率菌體耗氧速率 OUR，molO2/Lh 菌體菌體CO2釋放率釋放率CER，molCO2/LhOURCERRQ （1 1）影響尾氣中）影響尾氣中CO2濃度的因素濃度的因素 n通入空氣量通入空氣量： n呼吸強(qiáng)度：呼吸強(qiáng)度：nCO2溶解度：溶解度：n菌體量菌體量：出2COC,VVM出，2CO2CO2OCQQ出出，；、2CO2COCPC,TPT出，2CO2COCCERxQx（2）CER變化規(guī)律變化規(guī)律 nCO2積累量漸增，與積累量漸增，與x曲線對(duì)應(yīng)，基本類(lèi)似曲線對(duì)應(yīng)，基本類(lèi)似S型曲線變化型曲線

39、變化；n當(dāng)工藝和設(shè)備參數(shù)一定的情況下當(dāng)工藝和設(shè)備參數(shù)一定的情況下，CER與與x有比例關(guān)系有比例關(guān)系（CER菌體生長(zhǎng)速率菌體生長(zhǎng)速率）；nCO2濃度變化與濃度變化與O2濃度變化成反向同步關(guān)系濃度變化成反向同步關(guān)系。CERdtCERdt，菌體干重的時(shí)間曲線，菌體干重的時(shí)間曲線1- 1- CERdtCERdt；2-2-菌量菌量（3）CER的測(cè)量與計(jì)算的測(cè)量與計(jì)算 n測(cè)量方法：熱導(dǎo)、測(cè)量方法：熱導(dǎo)、紅外分析儀紅外分析儀、質(zhì)譜儀、質(zhì)譜儀n計(jì)算計(jì)算 fCCC1CCVFxQCER2CO2O2CO2COL2CO進(jìn)出出出惰進(jìn)進(jìn)（1 1）研究參數(shù)）研究參數(shù)CO2的意義的意義 n作為代謝產(chǎn)物或中間前體，尾氣中作為代

40、謝產(chǎn)物或中間前體，尾氣中CO2積累與生物量積累與生物量 成正比，通過(guò)成正比，通過(guò)C質(zhì)量平衡估算生長(zhǎng)速率和細(xì)胞量。質(zhì)量平衡估算生長(zhǎng)速率和細(xì)胞量。n高濃度高濃度CO2對(duì)發(fā)酵多表現(xiàn)為抑制作用，應(yīng)實(shí)施測(cè)量與對(duì)發(fā)酵多表現(xiàn)為抑制作用，應(yīng)實(shí)施測(cè)量與 控制；控制；n尾氣尾氣CO2不僅直接反映代謝情況，而且和其它參數(shù)及不僅直接反映代謝情況，而且和其它參數(shù)及補(bǔ)料操作密切相關(guān)，可作為工藝優(yōu)化的指標(biāo)。補(bǔ)料操作密切相關(guān)，可作為工藝優(yōu)化的指標(biāo)。 （2）CO2對(duì)細(xì)胞的作用機(jī)制對(duì)細(xì)胞的作用機(jī)制n“麻醉麻醉”作用作用 CO2及及HCO3-都會(huì)影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，使膜的流動(dòng)都會(huì)影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，使膜的流動(dòng)性及表面電荷密度發(fā)生變化，

41、導(dǎo)致許多基質(zhì)的跨膜運(yùn)性及表面電荷密度發(fā)生變化，導(dǎo)致許多基質(zhì)的跨膜運(yùn)輸受阻，影響了細(xì)胞膜的運(yùn)輸效率，使細(xì)胞處于輸受阻，影響了細(xì)胞膜的運(yùn)輸效率，使細(xì)胞處于“麻麻醉醉”狀態(tài)，細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制，形態(tài)發(fā)生改變。狀態(tài)，細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制，形態(tài)發(fā)生改變。 （3）CO2對(duì)菌體生長(zhǎng)及產(chǎn)物形成的影響對(duì)菌體生長(zhǎng)及產(chǎn)物形成的影響 nCO2, 基質(zhì)分解速率基質(zhì)分解速率，ATP ，中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物或形態(tài)變異或形態(tài)變異導(dǎo)致產(chǎn)量導(dǎo)致產(chǎn)量n高濃度高濃度CO2抑制作用的獨(dú)立性抑制作用的獨(dú)立性: 只要只要CO2在培養(yǎng)液中濃度在培養(yǎng)液中濃度過(guò)量，即使供氧充足過(guò)量，即使供氧充足（CLCCr），CO2的抑制作用不能的抑制作用不能解除，這種

42、負(fù)作用在放大過(guò)程更明顯。解除，這種負(fù)作用在放大過(guò)程更明顯。n正確評(píng)價(jià)通氣的作用：正確評(píng)價(jià)通氣的作用：n供氧：供氧：n排廢氣：排廢氣：n水分及揮發(fā)性組分的散失水分及揮發(fā)性組分的散失 LaK,VVM（4）CO2釋放與發(fā)酵過(guò)程參數(shù)釋放與發(fā)酵過(guò)程參數(shù)pH及操作參數(shù)補(bǔ)糖速率的關(guān)系及操作參數(shù)補(bǔ)糖速率的關(guān)系n在青霉素發(fā)酵中補(bǔ)糖將引起排氣在青霉素發(fā)酵中補(bǔ)糖將引起排氣CO2增加，同時(shí)增加，同時(shí)pH下降下降。 n糖糖、CO2、pH三者的相關(guān)性三者的相關(guān)性，被青霉素工業(yè)生產(chǎn)上用于補(bǔ)被青霉素工業(yè)生產(chǎn)上用于補(bǔ)料控制的參數(shù)，并認(rèn)為排氣料控制的參數(shù)，并認(rèn)為排氣CO2的變化比的變化比pH變化更為敏感，變化更為敏感，所以測(cè)定排

43、氣所以測(cè)定排氣CO2釋放率釋放率 （CER）來(lái)控制補(bǔ)糖速率來(lái)控制補(bǔ)糖速率。 補(bǔ)糖與溶氧及補(bǔ)糖與溶氧及pH協(xié)同控制協(xié)同控制 補(bǔ)糖速率與補(bǔ)糖速率與CER控制控制 補(bǔ)糖對(duì)排氣補(bǔ)糖對(duì)排氣CO2和和pH的影響的影響（4）尾氣）尾氣CO2與與O2的相關(guān)性的相關(guān)性 n相關(guān)程度表示：相關(guān)程度表示：n尾氣尾氣CO2與與O2相關(guān)性：反向同步關(guān)系相關(guān)性：反向同步關(guān)系n呼吸商呼吸商（RQ）與發(fā)酵的關(guān)系與發(fā)酵的關(guān)系不同菌株、同一菌株不同代謝途徑、同一菌株利用不不同菌株、同一菌株不同代謝途徑、同一菌株利用不同基質(zhì)、同一菌株在不同發(fā)酵階段，同基質(zhì)、同一菌株在不同發(fā)酵階段，RQ值不相同值不相同。RQ值可以表征發(fā)酵狀況值可以表

44、征發(fā)酵狀況。 OURCERRQ fCC1CCCVFxQOUR2O2CO2O2OL2O出出出惰進(jìn)進(jìn)青霉素發(fā)酵不同階段青霉素發(fā)酵不同階段： 菌體生長(zhǎng)階段菌體生長(zhǎng)階段：RQ0.909 維持階段維持階段：RQ=1 生產(chǎn)階段生產(chǎn)階段：RQ=4如果產(chǎn)物的還原性比基質(zhì)大時(shí)，其如果產(chǎn)物的還原性比基質(zhì)大時(shí)，其RQ值就增加；反之，值就增加；反之，當(dāng)產(chǎn)物的氧化性比基質(zhì)大時(shí)當(dāng)產(chǎn)物的氧化性比基質(zhì)大時(shí)，RQ值就要減少值就要減少，其偏離程其偏離程度決定于單位菌體利用基質(zhì)形成產(chǎn)物的量。度決定于單位菌體利用基質(zhì)形成產(chǎn)物的量。 產(chǎn)物形成對(duì)產(chǎn)物形成對(duì)RQ影響最大影響最大（七）基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響及補(bǔ)料控制（七）基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵過(guò)

45、程的影響及補(bǔ)料控制1. 基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響 2. 補(bǔ)料控制補(bǔ)料控制（1） 基質(zhì)濃度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響基質(zhì)濃度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響nsKS情況下情況下，比生長(zhǎng)速率與基質(zhì)濃度呈直線關(guān)系比生長(zhǎng)速率與基質(zhì)濃度呈直線關(guān)系：n一般情況下符合一般情況下符合Monod方程式方程式n基質(zhì)濃度高時(shí)基質(zhì)濃度高時(shí) SkSmaxSkSSmaxSkkiimax(2) 基質(zhì)濃度對(duì)產(chǎn)物合成的影響基質(zhì)濃度對(duì)產(chǎn)物合成的影響n低濃度限制低濃度限制n低水平誘導(dǎo)低水平誘導(dǎo)n高濃度抑制及分解阻遏作用高濃度抑制及分解阻遏作用e.g.葡萄糖氧化酶發(fā)酵葡萄糖氧化酶發(fā)酵：葡萄糖用量從：葡萄糖用量從8%降至降至6%，補(bǔ)入補(bǔ)入2

46、%氨基乙酸或甘油，使酶活力分別提高氨基乙酸或甘油，使酶活力分別提高26%或或6.7%。 谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵（乙醇為碳源）：當(dāng)乙醇濃度為（乙醇為碳源）：當(dāng)乙醇濃度為2.5g/L和和35g/L時(shí)，可延長(zhǎng)谷氨酸生產(chǎn)時(shí)間，但在更高濃度下，時(shí)，可延長(zhǎng)谷氨酸生產(chǎn)時(shí)間，但在更高濃度下，菌體生長(zhǎng)受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量降低。菌體生長(zhǎng)受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量降低。（1）補(bǔ)料的目的補(bǔ)料的目的n解除解除基質(zhì)過(guò)濃的抑制基質(zhì)過(guò)濃的抑制n解除解除產(chǎn)物的反饋抑制產(chǎn)物的反饋抑制n解除分解代謝物阻遏作用解除分解代謝物阻遏作用n避免避免因一次性投糖過(guò)多造成細(xì)胞大量生長(zhǎng)，耗氧因一次性投糖過(guò)多造成細(xì)胞大量生長(zhǎng)，耗氧過(guò)多而造成波谷現(xiàn)象。過(guò)多

47、而造成波谷現(xiàn)象。n在生產(chǎn)上，補(bǔ)料還經(jīng)常作為糾正異常發(fā)酵的一個(gè)在生產(chǎn)上，補(bǔ)料還經(jīng)常作為糾正異常發(fā)酵的一個(gè)重要手段。重要手段。（2）補(bǔ)料的內(nèi)容補(bǔ)料的內(nèi)容n 補(bǔ)充微生物能源和碳源補(bǔ)充微生物能源和碳源n 補(bǔ)充菌體所需要的氮源補(bǔ)充菌體所需要的氮源n 補(bǔ)充微量元素或無(wú)機(jī)鹽補(bǔ)充微量元素或無(wú)機(jī)鹽n 添加前體、誘導(dǎo)劑等添加前體、誘導(dǎo)劑等（3）補(bǔ)料的原則）補(bǔ)料的原則n中間補(bǔ)料的數(shù)量為基礎(chǔ)料的中間補(bǔ)料的數(shù)量為基礎(chǔ)料的13倍倍 。n補(bǔ)料的原則就在于控制微生物的中間代謝，使之向著有補(bǔ)料的原則就在于控制微生物的中間代謝，使之向著有利于產(chǎn)物積累的方向發(fā)展。利于產(chǎn)物積累的方向發(fā)展。n現(xiàn)有的各種補(bǔ)料措施都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定的。

48、現(xiàn)有的各種補(bǔ)料措施都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定的。 n大多數(shù)補(bǔ)料分批發(fā)酵均補(bǔ)加生長(zhǎng)限制性基質(zhì)大多數(shù)補(bǔ)料分批發(fā)酵均補(bǔ)加生長(zhǎng)限制性基質(zhì)以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)控制流加；以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)控制流加；用傳感用傳感器直接測(cè)定限制性基質(zhì)的濃度，直接控制流加；器直接測(cè)定限制性基質(zhì)的濃度，直接控制流加；以以溶氧、溶氧、pH、RQ、排氣中、排氣中CO2分壓及代謝物質(zhì)濃度分壓及代謝物質(zhì)濃度等等參數(shù)間接控制流加；參數(shù)間接控制流加；以物料平衡方程，通過(guò)傳感器在線測(cè)定的一些參數(shù)計(jì)算以物料平衡方程，通過(guò)傳感器在線測(cè)定的一些參數(shù)計(jì)算限制性基質(zhì)的濃度，間接控制流加。限制性基質(zhì)的濃度，間接控制流加。（4）補(bǔ)料控制的策略）補(bǔ)料控制的策略（

49、5）反饋控制參數(shù)的確定）反饋控制參數(shù)的確定n為了有效地進(jìn)行中間補(bǔ)料，必須選擇恰當(dāng)?shù)姆答伩刂茀榱擞行У剡M(jìn)行中間補(bǔ)料，必須選擇恰當(dāng)?shù)姆答伩刂茀?shù)，以及了解這些參數(shù)與微生物代謝、菌體生長(zhǎng)、基質(zhì)數(shù)，以及了解這些參數(shù)與微生物代謝、菌體生長(zhǎng)、基質(zhì)利用以及產(chǎn)物形成之間的關(guān)系。利用以及產(chǎn)物形成之間的關(guān)系。 e.g. 谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵 在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中的某階段，生產(chǎn)菌的攝氧率和基在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中的某階段，生產(chǎn)菌的攝氧率和基質(zhì)消耗速率之間存在著線性關(guān)系。質(zhì)消耗速率之間存在著線性關(guān)系。mmolmmolOxqOURk2S糖耗耗氧量K=1.51K=1.75K=2.16谷氨酸發(fā)酵中谷氨酸發(fā)酵中K值對(duì)糖濃度的控制

50、的影響值對(duì)糖濃度的控制的影響（6）補(bǔ)料速率的確定）補(bǔ)料速率的確定n優(yōu)化補(bǔ)料速率是補(bǔ)料控制中十分重要的一環(huán)，優(yōu)化補(bǔ)料速率是補(bǔ)料控制中十分重要的一環(huán)，補(bǔ)料速補(bǔ)料速率要根據(jù)微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)等的消耗速率及所設(shè)定的培養(yǎng)率要根據(jù)微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)等的消耗速率及所設(shè)定的培養(yǎng)液中最低維持濃度而定。液中最低維持濃度而定。n補(bǔ)糖速率最佳點(diǎn)與設(shè)備的供氧能力有關(guān)。補(bǔ)糖速率最佳點(diǎn)與設(shè)備的供氧能力有關(guān)。 e.g.青霉素發(fā)酵：青霉素發(fā)酵：KLa大的設(shè)備補(bǔ)料速率相應(yīng)大些；供大的設(shè)備補(bǔ)料速率相應(yīng)大些；供氧低的設(shè)備，補(bǔ)料速率相應(yīng)減少，產(chǎn)量比供氧能力好氧低的設(shè)備，補(bǔ)料速率相應(yīng)減少，產(chǎn)量比供氧能力好的設(shè)備降低的設(shè)備降低23。（7）實(shí)例：四環(huán)素

51、發(fā)酵中的補(bǔ)糖控制）實(shí)例：四環(huán)素發(fā)酵中的補(bǔ)糖控制n補(bǔ)糖時(shí)間對(duì)四環(huán)素發(fā)酵單位的影響補(bǔ)糖時(shí)間對(duì)四環(huán)素發(fā)酵單位的影響補(bǔ)糖時(shí)間適當(dāng)補(bǔ)糖時(shí)間適當(dāng) （ 45h后加）后加）補(bǔ)糖時(shí)間過(guò)晚補(bǔ)糖時(shí)間過(guò)晚 （62h開(kāi)始加）開(kāi)始加） 補(bǔ)糖時(shí)間過(guò)早補(bǔ)糖時(shí)間過(guò)早 （20h后加）后加）n 維持不同還原糖水平的四環(huán)素發(fā)酵中流加補(bǔ)糖的作用維持不同還原糖水平的四環(huán)素發(fā)酵中流加補(bǔ)糖的作用補(bǔ)糖對(duì)四環(huán)素發(fā)酵的影補(bǔ)糖對(duì)四環(huán)素發(fā)酵的影響響 在最適補(bǔ)加葡萄在最適補(bǔ)加葡萄糖的條件下，能正糖的條件下，能正確控制菌絲量的增確控制菌絲量的增加、糖的消耗與發(fā)加、糖的消耗與發(fā)酵單位增長(zhǎng)三者之酵單位增長(zhǎng)三者之間的關(guān)系，就可獲間的關(guān)系，就可獲得比采用豐富培養(yǎng)

52、得比采用豐富培養(yǎng)基時(shí)更長(zhǎng)的生物合基時(shí)更長(zhǎng)的生物合成期。成期。n 維持不同還原糖水平的四環(huán)素發(fā)酵中流加補(bǔ)糖的作用維持不同還原糖水平的四環(huán)素發(fā)酵中流加補(bǔ)糖的作用（八）高密度發(fā)酵及過(guò)程控制（八）高密度發(fā)酵及過(guò)程控制1. 高密度發(fā)酵高密度發(fā)酵2.高密度發(fā)酵策略高密度發(fā)酵策略3.高密度發(fā)酵技術(shù)高密度發(fā)酵技術(shù)4.高密度發(fā)酵存在的問(wèn)題高密度發(fā)酵存在的問(wèn)題1. 高密度發(fā)酵高密度發(fā)酵n代謝產(chǎn)物的合成是靠菌體作為生產(chǎn)者來(lái)完成的。代謝產(chǎn)物的合成是靠菌體作為生產(chǎn)者來(lái)完成的。 n高細(xì)胞密度發(fā)酵就是為了適應(yīng)這一要求而得到廣高細(xì)胞密度發(fā)酵就是為了適應(yīng)這一要求而得到廣泛的重視。泛的重視。n高密度發(fā)酵：在發(fā)酵過(guò)程中保持較高的細(xì)

53、胞密度，高密度發(fā)酵：在發(fā)酵過(guò)程中保持較高的細(xì)胞密度，同時(shí)細(xì)胞或菌體的生產(chǎn)能力保持在較佳的狀態(tài)。同時(shí)細(xì)胞或菌體的生產(chǎn)能力保持在較佳的狀態(tài)。 高細(xì)胞密度發(fā)酵成功的實(shí)例高細(xì)胞密度發(fā)酵成功的實(shí)例菌種菌種特征特征基礎(chǔ)培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基發(fā)酵罐發(fā)酵罐類(lèi)型類(lèi)型培養(yǎng)方法培養(yǎng)方法細(xì)胞干重細(xì)胞干重（g/L）培養(yǎng)時(shí)間（培養(yǎng)時(shí)間（h）產(chǎn)率產(chǎn)率 (g/L)/d大腸桿菌大腸桿菌需氧、葡萄需氧、葡萄糖過(guò)量、形糖過(guò)量、形成乙醇成乙醇葡萄糖礦物鹽葡萄糖礦物鹽或甘油礦物鹽或甘油礦物鹽攪拌罐攪拌罐葡萄糖（甘油）葡萄糖（甘油）非限制指數(shù)補(bǔ)料非限制指數(shù)補(bǔ)料140150304090100枯草桿菌枯草桿菌嗜溫菌嗜溫菌含葡萄糖的完含葡萄糖的完全

54、培養(yǎng)基全培養(yǎng)基攪拌罐攪拌罐補(bǔ)料分批培養(yǎng)，補(bǔ)料分批培養(yǎng)，以葡萄糖調(diào)節(jié)以葡萄糖調(diào)節(jié)pH18530160畢氏酵母畢氏酵母嗜溫菌嗜溫菌葡萄糖礦物鹽葡萄糖礦物鹽攪拌罐攪拌罐補(bǔ)料分批培養(yǎng)，補(bǔ)料分批培養(yǎng)，補(bǔ)甲醇補(bǔ)甲醇10050120120150釀酒酵母釀酒酵母嗜溫菌嗜溫菌含葡萄糖的完含葡萄糖的完全培養(yǎng)基全培養(yǎng)基攪拌罐攪拌罐連續(xù)培養(yǎng)，流加連續(xù)培養(yǎng)，流加葡萄糖葡萄糖21080501502.高密度發(fā)酵策略高密度發(fā)酵策略n使用最低合成培養(yǎng)基以便進(jìn)行準(zhǔn)確的培養(yǎng)基設(shè)使用最低合成培養(yǎng)基以便進(jìn)行準(zhǔn)確的培養(yǎng)基設(shè)計(jì)和計(jì)算生長(zhǎng)得率。計(jì)和計(jì)算生長(zhǎng)得率。 n優(yōu)化細(xì)胞生長(zhǎng)速率，使得碳源能被充分利用和優(yōu)化細(xì)胞生長(zhǎng)速率，使得碳源能被充分利

55、用和獲得較高的產(chǎn)率，用養(yǎng)分流加來(lái)限制菌的生長(zhǎng)獲得較高的產(chǎn)率，用養(yǎng)分流加來(lái)限制菌的生長(zhǎng)速率還能控制培養(yǎng)物對(duì)氧的需求和產(chǎn)熱速率。速率還能控制培養(yǎng)物對(duì)氧的需求和產(chǎn)熱速率。 n可用碳源作為限制性養(yǎng)分，且采用補(bǔ)料分批發(fā)可用碳源作為限制性養(yǎng)分，且采用補(bǔ)料分批發(fā)酵來(lái)實(shí)現(xiàn)高密度發(fā)酵。酵來(lái)實(shí)現(xiàn)高密度發(fā)酵。 3.高密度發(fā)酵技術(shù)高密度發(fā)酵技術(shù)n用于高密度發(fā)酵的生物反應(yīng)器類(lèi)型：用于高密度發(fā)酵的生物反應(yīng)器類(lèi)型： 攪拌罐，透析膜反應(yīng)器，攪拌罐，透析膜反應(yīng)器， 氣升式反應(yīng)器，氣旋式反應(yīng)器氣升式反應(yīng)器，氣旋式反應(yīng)器 n在工業(yè)化生產(chǎn)中，通常采用的是攪拌罐與補(bǔ)料工藝來(lái)在工業(yè)化生產(chǎn)中，通常采用的是攪拌罐與補(bǔ)料工藝來(lái)進(jìn)行高細(xì)胞密度發(fā)

56、酵。進(jìn)行高細(xì)胞密度發(fā)酵。n重組大腸桿菌高密度發(fā)酵成功的關(guān)鍵技術(shù)是補(bǔ)料策略，重組大腸桿菌高密度發(fā)酵成功的關(guān)鍵技術(shù)是補(bǔ)料策略，限制性基質(zhì)（葡萄糖）的流加模式有限制性基質(zhì)（葡萄糖）的流加模式有3種：恒速流加補(bǔ)種：恒速流加補(bǔ)料、變速流加補(bǔ)料和指數(shù)流加補(bǔ)料。料、變速流加補(bǔ)料和指數(shù)流加補(bǔ)料。 4. 高密度發(fā)酵存在的問(wèn)題高密度發(fā)酵存在的問(wèn)題n水溶液中的固體與氣體物質(zhì)的溶解度，基質(zhì)對(duì)水溶液中的固體與氣體物質(zhì)的溶解度，基質(zhì)對(duì)生長(zhǎng)的限制或抑制作用，基質(zhì)與產(chǎn)物的不穩(wěn)定生長(zhǎng)的限制或抑制作用，基質(zhì)與產(chǎn)物的不穩(wěn)定性和揮發(fā)性，產(chǎn)物或副產(chǎn)物的積累達(dá)到抑制生性和揮發(fā)性，產(chǎn)物或副產(chǎn)物的積累達(dá)到抑制生長(zhǎng)的水平，高濃度的長(zhǎng)的水平，高

57、濃度的CO2與熱的釋放速率，高與熱的釋放速率，高的氧需求以及培養(yǎng)基的粘度不斷增加等的氧需求以及培養(yǎng)基的粘度不斷增加等 。1. 泡沫的產(chǎn)生及其影響泡沫的產(chǎn)生及其影響n泡沫的產(chǎn)生泡沫的產(chǎn)生 通氣和攪拌通氣和攪拌 代謝氣體的逸出代謝氣體的逸出 存在穩(wěn)定泡沫的表面活性物質(zhì)存在穩(wěn)定泡沫的表面活性物質(zhì)1. 泡沫的產(chǎn)生及其影響泡沫的產(chǎn)生及其影響n泡沫的類(lèi)型泡沫的類(lèi)型一類(lèi)存在于發(fā)酵液的液面上。這類(lèi)泡沫氣相所占比例一類(lèi)存在于發(fā)酵液的液面上。這類(lèi)泡沫氣相所占比例特別大，并且泡沫與它下面的液體之間有能分辨的界特別大，并且泡沫與它下面的液體之間有能分辨的界線。如在某些稀薄的前期發(fā)酵液或種子培養(yǎng)液中所見(jiàn)線。如在某些稀薄

58、的前期發(fā)酵液或種子培養(yǎng)液中所見(jiàn)的泡沫。的泡沫。另一類(lèi)出現(xiàn)在粘稠的菌絲發(fā)酵液當(dāng)中。這種泡沫分散另一類(lèi)出現(xiàn)在粘稠的菌絲發(fā)酵液當(dāng)中。這種泡沫分散很細(xì)，而且很均勻，也較穩(wěn)定。泡沫與液體間沒(méi)有明很細(xì)，而且很均勻，也較穩(wěn)定。泡沫與液體間沒(méi)有明顯的波面界限，在鼓泡的發(fā)酵液中氣體分散相占的比顯的波面界限，在鼓泡的發(fā)酵液中氣體分散相占的比例由下而上地逐漸增加。例由下而上地逐漸增加。n泡沫的泡沫的不利影響不利影響降低了發(fā)酵罐的裝料系數(shù)降低了發(fā)酵罐的裝料系數(shù) 增加了菌群的非均一性增加了菌群的非均一性增加了染菌機(jī)會(huì)增加了染菌機(jī)會(huì) 大量起泡引起大量起泡引起“逃液逃液”，導(dǎo)致產(chǎn)物的損失，導(dǎo)致產(chǎn)物的損失 泡沫嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響通

59、氣攪拌的正常進(jìn)行泡沫嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響通氣攪拌的正常進(jìn)行消泡劑的加入將給提取工序帶來(lái)困難消泡劑的加入將給提取工序帶來(lái)困難1. 泡沫的產(chǎn)生及其影響泡沫的產(chǎn)生及其影響2.發(fā)酵過(guò)程中泡沫的消長(zhǎng)規(guī)律發(fā)酵過(guò)程中泡沫的消長(zhǎng)規(guī)律n影響因素影響因素n通氣攪拌的強(qiáng)度通氣攪拌的強(qiáng)度n培養(yǎng)基的配比及原材料組成培養(yǎng)基的配比及原材料組成n培養(yǎng)基的滅菌方法和操作條件培養(yǎng)基的滅菌方法和操作條件n微生物代謝活動(dòng)造成發(fā)酵液性質(zhì)變化微生物代謝活動(dòng)造成發(fā)酵液性質(zhì)變化n染菌染菌 霉菌發(fā)酵過(guò)程中培養(yǎng)液的性質(zhì)與泡沫的關(guān)系霉菌發(fā)酵過(guò)程中培養(yǎng)液的性質(zhì)與泡沫的關(guān)系3. 泡沫的控制泡沫的控制 （1）機(jī)械消泡）機(jī)械消泡（2）化學(xué)消泡）化學(xué)消泡 （3）從

60、）從微生物本身特性著手，防止泡沫形微生物本身特性著手，防止泡沫形成成 篩選不產(chǎn)生泡沫的微生物突變株篩選不產(chǎn)生泡沫的微生物突變株 幾種微生物混合培養(yǎng)幾種微生物混合培養(yǎng) （1）機(jī)械消泡）機(jī)械消泡n原理：靠機(jī)械力引起強(qiáng)烈振動(dòng)或者壓力變化，促使原理：靠機(jī)械力引起強(qiáng)烈振動(dòng)或者壓力變化，促使泡沫破裂，或借機(jī)械力將排出氣體中的液體加以分泡沫破裂，或借機(jī)械力將排出氣體中的液體加以分離回收。離回收。n優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：不需引入外來(lái)物質(zhì)，可節(jié)省原材料，減少優(yōu)點(diǎn)：不需引入外來(lái)物質(zhì)，可節(jié)省原材料，減少 污染機(jī)會(huì)，并可減少培養(yǎng)液性質(zhì)復(fù)雜化的程度。污染機(jī)會(huì)，并可減少培養(yǎng)液性質(zhì)復(fù)雜化的程度。n缺點(diǎn)：不如化學(xué)消泡迅速可靠，