6.5发酵过程的pH控制(2)
生物制药工艺中的重要参数和控制方法
生物制药工艺中的重要参数和控制方法生物制药是指利用生物学原理和技术，以微生物、动植物细胞、动物和人体组织及其代谢产物为原料，进行提取、纯化、改性、重组、结构修饰等一系列工艺操作，获取具有特殊药理活性的药物或治疗性制品的生产过程。
在生物制药工艺中，生产过程的重要参数和控制方法是确保产品质量和生产效率的关键。
本文将分别介绍生物制药工艺中常用的参数以及它们的控制方法。
一、发酵参数发酵是生物制药生产中最重要的工艺环节之一。
发酵参数指的是影响生物反应的各种因素，包括温度、pH、气体组成、氧气传递量、搅拌速度等。
1.温度控制：发酵过程中，微生物的生长和代谢活动对温度变化十分敏感，温度控制是保证发酵反应正常进行的关键。
通常情况下，发酵温度在30-37℃之间，因具体菌株而异。
控制发酵罐内的温度可以通过调节发酵罐内冷却水的流量以及添加温度传感器等手段实现。
2.pH控制：pH值是微生物生长和代谢所必须的生化参数之一，对于大多数微生物来说，pH值维持在6.5-7.5之间为最适宜。
过高或过低的pH值不仅会影响微生物生长和产物质量，还会使微生物变得易感染和易受到毒素伤害。
通过添加酸和碱等药剂可以控制发酵罐内的pH值。
3.气体组成控制：气体组成是影响微生物代谢的重要参数之一，包括氧气、二氧化碳、氮气等。
其中，氧气含量是生物制药中最重要的气体参数，因为氧气供应能明显提高微生物的生长速度和代谢活性。
控制氧气供给可以通过调节氧气进口的流量和罐内的搅拌情况实现。
4.氧气传递量控制：氧气传递量指氧气将溶解于水中并向发酵物中输送的速率，它对微生物的代谢和生长状态具有重要影响。
传统上，氧气传递量通过调整搅拌和氧气进口流量来实现。
目前已出现一些新型发酵罐，可以通过增加气体扩散区域来改善氧气传递效率。
二、纯化参数纯化是生物制药生产的关键环节之一，质量好坏会直接影响到最终产品的纯度和活性，而纯化参数的控制也是保证产品质量的关键。
常用的纯化参数包括剪切力、流速、pH、液体流变性等。
发酵过程控制
3搅拌热：液体之间 液体和设备之间的摩 擦
（4）蒸发热：发酵过程中以蒸汽形式散发 到发酵罐的液面;由排气管带走的热量
（5）辐射热：罐内外温差，使发酵液中有 部分热通过罐体向外辐射。
2 温度对微生物生长的影响
dx x x dt
1 dx x dt
当μ>>α时;α可忽略，微生物处于生长状态 μ α皆与T有关， 其关系均可用阿累尼乌斯公式描述：
3 参数检测
❖ 参数检测方法 细胞浓度的测量
化学法：如DNA RNA分析等 物理法：如重量分析、分光光度分析、
浊度分析等
➢ 新技术：以电容法为测量原理的在线 活细胞浓度测量传感器
原位活细胞在线检测仪
二 代谢调控在发酵过程控制中的应用 1 初级代谢物的生产调节
初级代谢物：指一类低分子量的终点产物及这些 终点产物的生物合成途径中的中间体
3 参数检测
参数的测量形式 ➢ 离线测量：基质糖 脂类、无机盐等、前体和代谢产物
（抗生素、酶、有机酸、氨基酸等） ➢ 在线测量：如T 、pH、DO、溶解CO2、尾气CO2、黏度、
搅拌转速等 优点：及时、省力;可从繁琐操作中解脱出来，便于
计算机控制 困难：传感器要求较高。
3 参数检测
❖ 对传感器的要求 能经受高压蒸汽灭菌； 传感器及其二次仪表具有长期稳定性； 最好能在过程中随时校正;灵敏度好； 探头材料不易老化，使用寿命长； 安装使用和维修方便； 解决探头敏感部位被物料反应液粘住 堵塞
2发酵过程中pH的变化规律
生长阶段：pH相对于起始pH有上升或下降的 趋势
生产阶段：pH趋于稳定;维持在最适于产物合 成的范围
自溶阶段：pH又上升或下降
发酵液pH的改变对发酵的影响 1会导致微生物细胞原生质体膜的电荷改变;
pH值对微生物发酵的影响及其控制
pH值对微生物发酵的影响及其控制一、pH值对发酵的影响发酵培养基的pH值，对微生物生长具有非常明显的影响，也是影响发酵过程中各种酶活的重要因素。
pH值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响有以下几个方面：①影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢；②影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢产物的排泄；③影响培养基中某些组分的解离，进而微生物对这些成分的吸收；④pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。
培养基中营养物质的代谢，是引起pH值变化的主要原因，发酵液pH值的变化乃是菌体代谢的综合效果。
由于pH值不当，可能严重影响菌体的生长和产物的合成，因此对微生物发酵来说有各自的最适生长pH值和最适生产pH值。
各种不同的微生物，对pH值的要求不同。
多数微生物生长都有最适pH值范围及其变化的上下限：上限都在8.5左右，超过此上限，微生物将无法忍受而自溶；下限以酵母为最低(2.5)。
但菌体内的pH值一般认为是中性附近。
pH值对产物的合成有明显的影响，因为菌体生长和产物合成都是酶反应的结果，仅仅是酶的种类不同而已，因此代谢产物的合成也有自己最适的pH值范围，如合成青霉素的最适pH值范围为6.5～6.8。
这两种pH值的范围对发酵控制来说都是很重要的参数。
另外，pH值还会影响某些霉菌的形态。
一般认为，细胞内的H＋或OH－能影响酶蛋白的解离度和电荷情况，改变酶的结构和功能，引起酶活性的改变。
但培养基的H＋或OH－并不是直接作用在胞内酶蛋白上，而是首先作用在胞外的弱酸(或弱碱)上，使之成为易于透过细胞膜的分子状态的弱酸(或弱碱)，它们进入细胞后，再行解离，产生H＋或OH－，改变胞内原先存在的中性状态，进而影响酶的结构和活性。
所以培养基中H＋或OH－是通过间接作用来产生影响的。
pH值还影响菌体对基质的利用速率和细胞的结构，影响菌体的生长和产物的合成。
抗生素生产工艺流程
2.发酵培养基：玉米浆，磷酸二氢钾，碳酸钙，麸质粉，葡萄糖。
3.将长好的种子移入5吨自动发酵罐。
4.发酵培养：种子培养基移入发酵罐后(接种量为：1O%)，培养温 度维持在26℃，通气率为1 vvm，罐顶压力0．06Mpa，用4mol／ L NaOH 和1mol／L H2SO4维持PH6．5左右。 5.发酵过程各参数控制：PH值6．0～6．5， 空气流量6L／min， 转速300r／min，培养温度25℃ ，单糖浓度46．8%。
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感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
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3．pH、温度、通气搅拌、泡沫（pH>7或pH<6可能是发 酵异常的信号）。
4．染菌处理。
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3
转化收率=转化液总量/投料量 结晶总量=结晶重量×1.666 结晶收率=结晶总量/转化液总量 产率计算： 发酵指数=发酵液体积/生产周期×有效体积 生产指数=发酵指数×总收率 设备利用率=生产周期/罐数×24 ×本期生产天数 综合指数=生产指数×设备利用率 产率=综合指数×365 ×24 ×0.652
6.发酵全过程采用控制补料，从60小时带放后每4小时补加一次玉 米浆，每次补入35ml到放罐。
7.发酵单位测定是利用高压液相色谱仪外标法测定。
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1
Байду номын сангаас
平板 菌种筛选
无菌空气
二级种子罐
储罐
抗生素生产工艺流程图
种子斜面 摇瓶扩培
5%—20%
一级种子罐
发酵过程PH控制4
pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响
基础培养基调节pH
pH 的 控 制 方 式
在基础料中加入维持pH的 物质
通过补料调节pH 当补料与调pH发生矛盾时， 加酸碱调pH 选择合适的pH调节剂 发酵的不同阶段采取不同的 pH值
思考题
7.12 发酵过程中pH会不会发生变化为什么？
7.13 pH对发酵的影响表现在哪些方面？ 7.14 为了确定发酵的最佳pH,我们该如何实验？ 7.15 发酵过程的pH控制可以采取哪些措施？
菌株最适生长pH控制在6.8～7.0
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。
pH6．9时，菌体生长旺盛，pH7．15时，对菌体的 产酸有利。因此，在发酵的产酸期产酸较高。采用 阶段pH控制模式进行发酵，在发酵中前期控制 pH6.9，到48h后pH值为7．15，到80h后pH值为 7．25。产率22．27g· /L，产酸率提高12．23％。
pH对产海藻酸裂解酶的影响
pH对海藻糖水解酶产生的影响
pH——菌浓
pH——酶活
pH对谷氨酰胺转氨酶活力的影响
热凝胶产生不同阶段pH的考察
pH
DO
bi热凝胶 合成是非偶联的，整个发酵过程可以分成两 个阶段：前10 h是菌体生长期，之后热凝胶 开始合成，至发酵结束是热凝胶合成期。 在菌体生长期，DO 直线下降，培养液中的 pH也迅速下降。10 h左右，菌体质量浓度达 到最大值，DO 和pH降至最低点（5.4～5.6）， 菌体生长结束。此后进入热凝胶合成期。
沼气发酵过程用控制条件的常用参数
沼气发酵过程用控制条件的常用参数沼气发酵是一种将有机废弃物通过微生物代谢转化为沼气的生物过程。
控制条件是指在沼气发酵过程中，通过调节一系列参数来优化产气效果。
以下是沼气发酵过程中常用的控制条件参数：1.温度：沼气发酵需要适宜的温度条件。
通常，沼气发酵的最适温度范围在25℃-40℃之间。
过低的温度会影响微生物活性，减少产气量，而过高的温度则会导致微生物死亡，影响发酵效果。
2.pH值：沼气发酵过程中的pH值也是一个重要的控制条件。
沼气发酵的最适pH范围在6-8之间。
酸性环境会抑制产气细菌的生长，碱性环境则会抑制甲烷菌的活性，因此需要保持适当的pH值来促进产气过程。
3.颗粒度：废弃物的颗粒度对沼气发酵过程也有影响。
碎颗粒化的废弃物表面积更大，微生物更容易附着并进行生化反应，利于产生沼气。
因此废弃物的颗粒度应控制在一定范围内。
4.助发酵剂：在沼气发酵过程中添加助发酵剂可以提高产气效果。
常用的助发酵剂有菌种、复合微生物菌剂、活性填料等。
这些助发酵剂可以增加沼气菌群，优化发酵环境，促进废弃物的降解和产气过程。
5.溶解氧：沼气发酵过程应保持适当的溶解氧水平。
过高的溶解氧会抑制产气细菌的生长，而适量的溶解氧有助于微生物的呼吸代谢，促进产气过程。
6.厌氧反应器类型：沼气发酵过程中使用的厌氧反应器类型也是一个重要的控制条件。
常见的厌氧反应器有连续搅拌反应器（CSTR）、上升式流化床反应器（UASB）、固定床反应器等。
不同类型的反应器在废弃物降解效率、产气速率等方面具有差异。
7.饲料比：沼气发酵过程中的饲料比也是一个重要的控制条件。
饲料比是指废弃物与水的比例。
适当的饲料比可以提供碳源和营养物质，促进微生物的生长和产气过程。
8.负荷：沼气发酵过程中的负荷也需要进行适当的控制。
负荷是指单位时间内进入反应器的废弃物量。
过高的负荷会导致反应器漂浮或堵塞，影响发酵效果，而过低的负荷则会导致反应器闲置浪费，影响产气效果。
总之，通过控制温度、pH值、颗粒度、助发酵剂、溶解氧、厌氧反应器类型、饲料比和负荷等参数，可以优化沼气发酵过程，提高产气效果，实现高效能源回收和废弃物处理的目标。
第四篇 第三章发酵过程的pH控制
发酵过程的pH控制pH是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，所以是十分重要的参数。
发酵过程中pH是不断变化的，通过观察pH变化规律可以了解发酵的正常与否一、发酵过程pH变化的原因1、基质代谢（1）糖代谢特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。
糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一（2）氮代谢当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH 上升。
（3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降2、产物形成某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。
如有机酸类产生使pH下降，洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。
3、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。
二、pH对发酵的影响1、pH对发酵的影响（1）pH影响酶的活性（2）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行（3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用（4）pH影响代谢方向pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。
2、pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响pH对菌体生长影响比产物合成影响小例青霉素：菌体生长最适pH3.5~6.0,产物合成最适pH7.2~7.4 四环素：菌体生长最适pH6.0~6.8，产物合成最适pH5.8~6.03、最佳pH的确定配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况pH对产海藻酸裂解酶的影响热凝胶产生不同阶段pH的考察试验两阶段的最适pH，见表稳定期随着pH降低，糖耗速率增加，生物量增加，但产物合成速率在pH5.6时达到最高。
说明当pH小于5.6以后微生物消耗的糖并非用于合成热凝胶，而是合成菌体。
三、pH的控制1、调节好基础料的pH。
基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。
若要控制消后pH在6.0，消前pH往往要调到6.5~6.82、在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等3、通过补料调节pH在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。
发酵技术中的PH控制
发酵技术中的PH控制1 pH值对菌体生长和代谢产物形成的影响pH表示溶液氢离子浓度的负对数，纯水的[H+]浓度是10-7mol/L，因此pH为7，pH ＞7呈碱性，pH＜7呈酸性，pH值差1时，其[H+]浓度就相差10倍。
最高、最适、最低三基点，主要是影响微生物活动环境的离子强度、细胞膜的透性及膜上的带电性和氧化-还原电位、酶活性。
❖不同种类微生物，对pH要求不同；❖酵母：pH 3.8－6.0❖细菌：pH 6.5－7.5❖霉菌：pH 4.0－5.8❖放线菌：pH 6.5－8.0同种微生物对pH变化的反映不同。
如，石油代蜡酵母pH 3.5－5.0 生长良好，不易染菌；pH >5.0时，易染细菌；pH <3.0时，生长受抑制，易自溶；❖pH不同，微生物代谢产物不同。
❖❖pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响❖❖微生物生长和发酵的最适宜pH可能不同。
❖❖影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢；❖影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢产物的排泄；❖影响培养基中某些组分的解离，进而微生物对这些成分的吸收；❖pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。
❖影响氧的溶解和氧化还原电势的高低；❖pH值影响孢子发芽；举例：❖影响菌体的生长：产黄曲霉的细胞壁的厚度就随pH值的增加而减小：其菌丝直径在pH6.0时为2～3 μm；pH7.4时为2～18 μm，并呈膨胀酵母状；pH值下降后菌丝形态又会恢复正常。
❖影响产物合成：合成青霉素的最适pH值范围为6.5～6.8。
❖影响产物稳定性：β-内酰胺抗生素沙纳霉素的发酵中，pH在6.7～7.5之间时抗生素的产量相近，高于或低于这个范围，合成受到抑制。
在这个pH值范围内，沙纳霉素的稳定性未受到严重影响；但pH>7.5时，稳定性下降，半衰期缩短，发酵单位也下降。
发酵饲料酸度标准
发酵饲料酸度标准
发酵饲料一般酸性较大，pH值通常在4左右。
为了确保猪只的健康和生长，建议将酸度控制在5.8到6.5之间。
不过，发酵时间会影响酸度，发酵时间越长酸度就会越低。
同时，发酵饲料作为饲料的辅料，其使用量要根据实际情况进行调整，一般只能用到30%左右，最多60%。
此外，不同的原料、不同的养殖阶段、不同的发酵程度，都会影响发酵饲料的使用量和酸度标准。
因此，在使用发酵饲料时，需要遵循先少量并逐渐增加的原则，让动物有个适应期，并观察动物的生长健康程度。
总之，发酵饲料的酸度标准并不是固定的，而是需要根据实际情况进行调整。
如果需要更具体的数据或建议，建议咨询专业的饲料生产商或养殖专家。
发酵过程中与微生物相关工艺参数的调控方法资料
9、黏度 10、浊度 11、料液流量 12、产物的浓度 13、氧化还原电位 14、废气中的氧含量 15、废气中的CO 2含量 16、菌丝形态 17、菌体浓度
2.1 pH 值的控制
2.1.1 pH值对发酵的影响
1.影响培养基某些组分和中间产物的离解
2.影响酶的活性
3.影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜 的通透性
2.1.1 pH值对发酵的影响
4.pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代 谢产物的质量和比例发生改变。
例如：黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在 pH近中性时，则产生草酸。
2.1.2发酵过程pH值的变化
pH值
培养过程中 培养液pH值 的大致变化 趋势
培养时间
在发酵过程中，随着菌种对培养基种碳、氮 源的利用，随着有机酸和氨基酸的积累，会 使pH值产生一定的变化。
生物热：产生菌在生长繁殖过程中，释放的大量热量。 搅拌热：由于搅拌器的转动引起液体的摩擦产生的热量。 蒸发热：发酵液蒸发水分带走的热量。 显热：发酵排气散发带走的热量。
辐射热：由于罐内外的温差，辐射带走的热量。
2.2.2影响发酵温度变化的因素
发酵热（Q发酵）是发酵温度变化的主要因素。
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射－Q显
酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精 乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶 利用真菌生产青霉素 利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、
干扰素和生长激素
2.发酵工程的主要的控制参数
1、pH值（酸碱度） 2、温度 3、溶解氧浓度 4、基质含量 5、空气流量 6、压力 7、搅拌转速 8、搅拌功率
发酵过程中与微生物 相关工艺参数的调控方法
目录
1.发酵工程的定义及应用
青霉素发酵工艺实习报告
一、实习背景青霉素，作为人类历史上发现的第一种抗生素，自20世纪以来在医疗领域发挥着举足轻重的作用。
青霉素的发酵生产是生物制药的典型案例，其生产工艺涉及微生物发酵、生物转化等多个环节。
为了更好地了解青霉素发酵工艺，提高自身实践能力，我们于近期进行了青霉素发酵工艺的实习。
二、实习目的1. 了解青霉素发酵的基本原理和工艺流程。
2. 掌握青霉素发酵过程中的关键操作和控制要点。
3. 熟悉发酵设备的操作和维护方法。
4. 提高团队协作和沟通能力。
三、实习内容1. 青霉素发酵基本原理青霉素是由青霉菌属的微生物通过发酵产生的一种次级代谢产物。
在发酵过程中，青霉菌利用碳源、氮源、无机盐等营养物质，通过生物转化产生青霉素。
2. 青霉素发酵工艺流程青霉素发酵工艺流程主要包括以下步骤：（1）种子培养：从冷冻保存的青霉菌菌株中挑选适宜的菌株进行培养，通常选择青霉菌属中的Penicillium chrysogenum菌株。
（2）发酵罐接种：将培养好的青霉菌菌株接入预先准备好的发酵罐中。
（3）发酵过程：在发酵罐中，青霉菌利用碳源、氮源等营养物质进行生长和代谢，产生青霉素。
（4）发酵液提取：将发酵液进行离心、洗涤、干燥等操作，提取青霉素。
（5）纯化：对提取的青霉素进行纯化，去除杂质，得到高纯度的青霉素产品。
3. 发酵设备操作与维护实习期间，我们学习了发酵设备的操作和维护方法，包括：（1）发酵罐的操作：掌握发酵罐的启动、运行、停止等操作步骤。
（2）发酵罐的清洗与消毒：了解发酵罐的清洗与消毒方法，确保发酵过程的卫生。
（3）辅助设备的操作：熟悉搅拌器、压缩机、冷却器等辅助设备的操作方法。
4. 发酵过程控制发酵过程控制是青霉素发酵工艺的关键环节，主要包括以下内容：（1）温度控制：青霉菌生长和代谢的最佳温度为26~28℃，发酵过程中需严格控制温度。
（2）pH控制：发酵过程中需保持适宜的pH值，一般为6.5~7.5。
（3）溶氧控制：发酵过程中需保持一定的溶氧量，以促进青霉菌的生长和代谢。
发酵过程中ph的控制方法
发酵过程中ph的控制方法发酵过程中pH的控制方法摘要:发酵是生物反应过程中的重要步骤,其成功与否与pH的控制密切相关。
本文将介绍发酵过程中pH的控制方法,包括pH调节剂的使用、pH测量和调节、发酵条件的变化等。
同时,还将探讨pH对发酵过程中各种生物反应的影响,以及如何优化发酵过程pH的控制,以提高发酵效率。
关键词:发酵,pH控制,生物反应,优化正文:1. 发酵过程中pH的控制方法在发酵过程中,pH的控制对于发酵的成功至关重要。
pH的控制可以影响发酵过程中的各种生物反应,包括酶活性、代谢途径、微生物生长等。
以下是几种常见的pH控制方法:(1)pH调节剂的使用pH调节剂是一种可以控制发酵反应pH的药物或化学物质。
常用的pH调节剂包括酸、碱、缓冲剂等。
例如,在葡萄糖发酵过程中,使用pH调节剂可以降低反应液的pH值,抑制酵母的发酵反应。
(2)pH测量和调节pH测量是控制发酵过程中pH值的重要手段。
常用的pH测量方法包括电泳法、pH计等。
pH计是一种常用的pH测量方法,可以实时测量发酵反应液的pH 值,并及时进行调整。
(3)发酵条件的变化发酵条件的变化也可以影响发酵过程中pH的控制。
例如,在发酵过程中可以通过调整温度、氧气浓度、温度控制等方法来改变pH值,以优化发酵过程。
2. pH对发酵过程中生物反应的影响pH的控制对于发酵过程中的生物反应具有重要影响。
不同的微生物对不同的pH值有不同的适应性,因此在发酵过程中需要根据微生物的适应性来调整pH 值。
此外,pH的控制还可以影响发酵过程中的代谢途径和微生物生长。
3. 优化发酵过程pH的控制优化发酵过程pH的控制是提高发酵效率的重要手段。
在发酵过程中,可以根据微生物的适应性来调整pH值,以优化发酵过程。
同时,还可以通过调整发酵条件来改变pH值,以优化发酵过程。
结论:发酵过程中pH的控制对于发酵的成功至关重要。
pH的控制可以影响发酵过程中的各种生物反应,包括酶活性、代谢途径、微生物生长等。
色氨酸发酵工艺原理及工业生产
色氨酸发酵工艺原理及工业生产一、引言色氨酸（Tryptophan）是一种重要的氨基酸，广泛应用于医药、食品、化妆品等领域。
其发酵工艺是通过微生物发酵生产，本文将详细介绍色氨酸发酵的工艺原理及工业生产过程。
二、色氨酸发酵工艺原理色氨酸发酵的工艺原理主要包括菌种选用、发酵条件控制和代谢途径调控。
1. 菌种选用色氨酸发酵主要采用大肠杆菌（Escherichia coli）和窄叶链霉菌（Streptomyces griseus）等菌种。
这些菌种具有较高的色氨酸产量和较好的代谢途径。
2. 发酵条件控制色氨酸发酵的关键条件包括温度、pH值、氧气供应和营养物质供应等。
（1）温度：一般在37°C左右进行发酵，这是因为该温度下菌种生长较快，代谢活性较高。
（2）pH值：色氨酸发酵过程中，pH值的控制对菌种的生长和产酸有重要影响。
一般控制在pH 6.5-7.5之间。
（3）氧气供应：色氨酸发酵需要较好的氧气供应，可以通过搅拌或通入氧气气体来增加氧气的溶解度。
（4）营养物质供应：菌种在发酵过程中需要合适的营养物质供应，如碳源、氮源、矿物盐等。
其中，葡萄糖常用作碳源，酵母浸粉常用作氮源。
3. 代谢途径调控色氨酸的生物合成途径包括芳香族氨基酸途径和缬氨酸途径。
通过调控这两个途径的代谢，可以增加色氨酸的产量。
三、色氨酸工业生产过程色氨酸的工业生产主要包括菌种培养、发酵、分离纯化和产品制备等步骤。
1. 菌种培养首先，选用合适的菌种进行培养。
通过菌种的预培养和扩大培养，获得足够的活菌量用于发酵。
2. 发酵将培养好的菌种接种到发酵罐中，控制好发酵条件，如温度、pH值、氧气供应和营养物质供应等。
发酵过程一般持续数十小时至数百小时，期间监测菌种生长和产酸情况。
3. 分离纯化发酵结束后，需要对发酵液进行分离纯化，以获取色氨酸。
一般采用离心、过滤、吸附等方法进行分离。
最后，通过结晶、溶剂萃取等技术手段纯化色氨酸。
4. 产品制备纯化后的色氨酸可以用于医药、食品、化妆品等领域。
有机肥发酵ph趋势
有机肥发酵ph趋势有机肥发酵是一种常见的肥料生产方法，通过微生物的作用，将有机物质分解转化为植物所需的养分。
发酵的过程中，pH值起着重要的作用，它会影响到有机肥的质量和养分释放速度。
本文将详细介绍有机肥发酵过程中的pH趋势及其影响因素。
一、有机肥发酵的pH趋势在有机肥的发酵过程中，pH值一般会经历以下几个阶段的变化：酸性阶段、中性阶段和碱性阶段。
1. 酸性阶段：刚开始发酵时，有机物中的糖类会被微生物迅速分解产生有机酸，如乳酸、醋酸等。
这些有机酸的产生导致发酵堆体呈酸性环境，pH 值通常在4-6之间。
酸性环境有利于抑制有害微生物的生长，同时也可以促进有机物的分解。
2. 中性阶段：随着有机物的分解，有机酸逐渐减少，而产生的氨基酸和氨等物质会使堆体中的pH值逐渐上升。
当pH值接近中性（约为6.5-7）时，堆体进入中性阶段。
在中性环境中，有机物的分解速度相对较慢，但养分的损失也较少。
3. 碱性阶段：当有机物的分解接近尾声时，堆体中产生的氨等碱性物质会进一步提高pH值，使其超过7。
此时，堆体呈碱性环境，有机物的分解速度会进一步减缓。
过高的pH值也会导致一些养分的损失，因此需要适时进行调节。
二、pH趋势的影响因素有机肥发酵过程中的pH值受到多个因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 原料的性质：不同种类的有机原料在发酵过程中产生的酸碱度不同，从而影响到整个堆体的pH趋势。
例如，果皮、秸秆等碱性物质较多的原料容易使pH值升高。
2. 水分含量：适宜的水分含量对有机肥的发酵过程至关重要。
过高或过低的水分含量都会影响堆体内部的氧气和有机物质的分布，进而影响到pH 值的变化。
3. 通风条件：良好的通风条件能够有效地调控堆体内的氧气和二氧化碳的含量，有助于维持适宜的pH值。
不良的通风条件会导致堆体发生缺氧现象，进而影响到发酵过程中的pH趋势。
4. 微生物的作用：微生物在有机肥的发酵过程中起着关键的作用。
它们分解有机物质产生酸碱性物质，从而影响到堆体的pH值。
16-2 发酵过程pH的控制
发酵过程pH的控制1.取样罐外测量(离线测量)精密pH试纸酸度计法离线测量不利于实现自动化管理2. 在线测量E=E0-0.0591pH(25℃)即在25℃时，每相差一个pH值单位就产生59.1mV的电池电动势pH测量原理图发酵用复合pH电极由于饱和甘汞电极不耐高温，发酵罐又必须高温灭菌，故发酵用复合pH电极采用银/氯化银电极作为参比电极。
1.调节好基础料的pH基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。
若要控制消后pH在6.0，消前pH往往要调到6.5-6.8。
2.在基础料中加入维持pH的物质如CaCO3，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等。
3、通过补料调节pH在发酵过程中根据糖、氮的消耗需要进行补料，在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH：如（1）调节补糖速率，调节空气流量来调节pH（2）当NH2-N低，pH低时补氨水（NH3·H2O）当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO44、当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH。
克拉维酸（CA）发酵中pH变换控制CA发酵特点CA产生菌棒状链霉菌在pH低时生长受抑制，在pH高时克拉维酸要分解。
CA发酵特点用2.5升罐进行的不控制pH的发酵CA时发现，前期由于微生物产生的酸性副产物和有机酸使pH降至6.5。
在达到最高细胞浓度后，pH开始从6.5升至8.3。
产量达最高水平时，pH不再升高。
在发酵终止时，pH再次升至8.5。
随着pH升高，CA迅速分解。
l控制 pH6.0时，细胞生长受抑制，CA产生完全被抑制，产量很小。
l pH7.0时，细胞和CA都很高，但仍出现CA 迅速分解。
l pH8.0时，生长良好，产量稍有下降，但CA 分解更快。
由于CA（克拉维酸）生产的最适pH和减少CA分解的pH各不相同，因此在分批发酵中应采用pH变换策略来控制。
在发酵前期，在细胞生长和产生CA期间控制pH7.0，4d后，当CA产量达最高值时，变换pH为6.0，以减少CA分解。
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试验两阶段的最适pH，见表
稳定期随着pH降低，糖耗速率增加，生物量增加， 但产物合成速率在pH5.6时达到最高。说明当pH 小于5.6以后微生物消耗的糖并非用于合成热凝胶， 而是合成菌体
pH6.9时，菌体生长旺盛，pH7.15时，对菌体的产酸有利。 因此，在发酵的产酸期产酸较高。 采用阶段pH控制模式进行发酵，在发酵中前期控制pH6.9， 到48h后pH值为7.15，到80h后pH值为7.25。产率 22.27g·/L，产酸率提高12.23％
例：克拉维酸发酵中pH变换控制 问题的提出：在pH低时菌体生长受抑制，在 高pH时克拉维酸要分解 用2.5升罐进行的不控制pH的发酵发现，前 期由于微生物产生的酸性副产物和有机酸使 pH降至6.5。在达到最高细胞浓度后，pH开 始从6.5升至8.3。CA产量达最高水平时， pH不再升高。在发酵终止时，pH再次升至 8.5。随着pH升高，CA迅速分解。
pH 7.0 pH
效价
t 不调pH 调pH
例2 培养基初始pH值对漆酶分泌的影响
pH在4～7 范围内产酶最高
2、pH对发酵影响的机 理 （1）pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某 些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻
（2）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改
变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对 营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响 新陈代谢的进行
控制体系溶氧状态，使菌体产能代谢受阻， 初步研究表明NJ402菌体产ADI能力与菌体 产能代谢受阻无明显相关性。
小
发酵过程pH会发生变化
结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
变 化 原 因
基质代谢 产物形成 菌体自溶
pH
pH影响酶的活性
对 发 酵 的 影 响
pH值影响微生物细胞膜所带电荷的 改变
pH值影响培养基某些成分和中间代 谢物的解离 pH影响代谢方向
2 硼酸在pH 8.50，酶反 应最快
3 磷酸在pH 8.50，酶反 应最快
4 Tris在pH 8.50，酶反应 最快
酶活1＞2＞4＞3
异亮氨酸发酵
不同pH控制方式对目的突变株ISw330异亮氨 酸摇瓶发酵的影响，结果如图所示。 “1”表示只加CaC03控制pH值，“2”表示只加 尿素控制，“3”表示CaC03和尿素联合控制pH 值。
研究不同pH对发酵的影响
分别配臵pH为6.0，7.0，8.0的培养 基测定菌的生长和产物合成
pH6.0时，生长受抑制，产物降解少
pH7.0时的状况
pH8.0时生长良好
产量低，产物降解
控制pH7.0和8.0时，最高细胞浓度接近相同(约16％ PMV)，但控制pH6．0时细胞生长受抑制。
在2.5升生物反应器内，
pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响
基础培养基调节pH
pH 的 控 制 方 式
在基础料中加入维持pH的 物质
通过补料调节pH 当补料与调pH发生矛盾时， 加酸碱调pH 选择合适的pH调节剂 发酵的不同阶段采取不同 的pH值
思考题
1 发酵过程中pH会不会发生变化为什么？
2 pH对发酵的影响表现在哪些方面？
6、发酵的不同阶段采取不同的pH值
例：pH 对L-异亮氨酸发酵的影响
菌株最适生长pH控制在6.8～7.0
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
2、产物形成 某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液 pH变化。如有机酸类产生使pH下降，红 霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性， 使pH上升 3、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升
二、pH对发酵的影响
1、实例 例1 pH对林可霉素发酵的影响 林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，发 酵液pH下降，待有机酸被生产菌利用，pH上升。若不及 时补糖、(NH4)2SO4或酸，发酵液pH可迅速升到8.0以上， 阻碍或抑制某些酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至停止。 对照罐发酵66小时pH达7.93，以后维持在8.0以上至 115小时，菌丝浓度降低，NH2-N升高，发酵不再继续。 发酵15小时左右，pH值可以从消后的6.5左右下降到5.3， 调节这一段的pH值至7.0左右，以后自控pH，可提高发 酵单位
（3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢 物的解离，从而影响微生物对这些物质的利 用
（4）pH影响代谢方向 pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代 谢产物的质量和比例发生改变 黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在 pH近中性时，则产生草酸 谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累 谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺 和N-乙酰谷氨酰胺
三、pH的控制 1、调节好基础料的pH 基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调 节pH。若要控制消后pH在6.0，消前pH往 往要调到6.5~6.8 2、在基础料中加入维持pH的物质 如CaCO3 ，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸 缓冲液等 3、通过补料调节pH
在发酵过程中根据糖、氮消耗需要进行补料。 在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH
NJ402分批发酵过程中蔗糖代谢情况
ADI的产生机理
分批发酵过程中L-精氨酸代谢曲线
ADI的产生机理
L-精氨酸对菌体生长和ADI活力影响
ADI的产生机理
L-精氨酸对发酵过程pH变化的影响
ADI的产生机理
恒定发酵液pH时分批发酵过程特性
ADI的产生机理
产能代谢对ADI产生的影响
ADI发酵过程特性及其产生机理
不控制pH时2.47μg／(ml·h ) 控制pH7.0时的产率3.37μg／(ml·h) 最高 控制pH8.0时，产率2.02μg／(ml.h) 在控制pH6.0时，CA产生被抑制,但降解少
因此对细胞生长和CA产生最好将pH控制于7.0，但在 控制pH7.0时，仍出现CA的迅速分解。
由于CA生产的最适pH和减少CA分解的pH各 不相同，因此在分批发酵中应用了pH变换策 略，使发酵pH由中性pH7.0变换为酸性 pH6.0
3 为了确定发酵的最佳pH,我们该如何实验？ 4 发酵过程的pH控制可以采取哪些措施？
如: (1)调节补糖速率，调节空气流量来调节pH (2)当NH2-N低，pH低时补氨水；
当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4
4、当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH
天冬酰胺酶
5、不同调pH方法的影响
分别在4种缓冲介质中， 于pH 6.50-9.50测定天冬 酰胺酶酶活力． 1 甘氨酸介质pH 8.00时 酶活力最高；
3、pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响
X
生长 合 成
四 环 素
pH pH对菌体生长影响比产物合成影响小 例 青 霉 素 ： 菌 体 生 长 最 适 pH3.5~6.0, 产 物 合 成 最 适 pH7.2~7.4 四 环 素 ： 菌 体 生 长 最 适 pH6.0~6.8 ， 产 物 合 成 最 适 pH5.8~6.0
在发酵前期，在细胞生长和产生CA期间控制 pH7.0，4d后，当CA产量达最高值时，变换 pH为6.0，以减少CA分解。最高CA浓度可保 持24h。由于改变pH，使CA分解速率明显降 低
总结 pH控制是一项非常细致的工作，不仅 考虑最佳pH值，而且要根据生长阶段 考察对pH的要求。在pH控制中还要 采用合适的调节方法
ADI发酵过程特性及其产生机理
李加友1,2 曹瑜2 焦庆才2 1嘉兴学院 2南京大学生命科学学院
简介
精氨酸脱亚胺酶(Arginine deiminase, ADI) 是精氨酸脱亚胺酶系(ADS)的第一个组成酶 ADS可催化L-精氨酸转化为L-鸟氨酸,并产生 氨与CO2 ADS在不同生物体中的生理功能不同
4、最佳pH的确定
配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况
pH对产海藻酸裂解酶的影响
pH对海藻糖水解酶产生的影响
pH——菌浓
pH——酶活
pH对谷氨酰胺转氨酶活力的影响
热凝胶产生不同阶段pH的考察
pH DO
biomass
从图中可见，热凝胶发酵菌体生长和热凝胶合 成是非偶联的，整个发酵过程可以分成两个阶 段：前10 h是菌体生长期，之后热凝胶开始合 成，至发酵结束是热凝胶合成期
7.6 发酵过程的pH控制
pH是微生物代谢的综合反映，又影响代 谢的进行，所以是十分重要的参数
发酵过程中pH是不断变化的，通过观 察pH变化规律可以了解发酵的正常与 否
一、发酵过程pH变化的原因
1、基质代谢 （1）糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成 小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升， 是补料的标志之一 （2）氮代谢 当氨基酸中的-NH2被利用后 pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升， NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源 利用pH上升 （3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降
简介
ADI的应用
ADI抑制肿瘤细胞增殖 ADI在NO功能研究中的应用
ADI有免疫抑制能力
ADI可用于风湿性关节炎的治疗
ADI可用于新药筛选
ADI可提高肝功能
ADI分批发酵的过程特性
NJ402菌体和ADI发酵过程曲线
ADI分批发酵的过程特性
NJ402分批发酵过程中DO、 pH变化
ADI分批发酵的过程特性
小结 当发酵培养基中有合适量的L-精氨酸时， NJ402菌体生长与ADI发酵是偶联型的。同 时也能看出发酵前期菌体生长与发酵环境 pH变化的耦联关系
发酵后期，环境pH的上升又与ADI比活力的 提高有同步性，说明L-精氨酸代谢能调节发 酵环境的pH。