抗生素工艺学第六章发酵过程的控制

1、分批式发酵
①理论基础
把培养液一次性装入发酵罐，灭菌后接入一定 量的种子液，在最佳条件下进行发酵培养。
是产生菌体经过一定时间不同级数的种子培养 ，达到一定菌体量后，移种到发酵罐进行纯种和 通气搅拌培养，到规定时间即行结束的过程。
②优缺点：
发酵周期短，产品质量易控制，不易发生杂 菌污染，对原料组成要求较粗放。
2、初级代谢产物 关系到微生物新陈代谢过程中的能量代谢、细
胞生长和细胞结构的代谢产物。
3、次级代谢产物 微生物菌体在生长期不能合成的、一般在菌体
生长静止期中合成的与菌体成长繁殖无明显关系 的产物。
抗生素产生菌在一定条件下吸取营养物质， 合成其自身菌体细胞，同时产生抗生素 和其它代谢产物的过程，称为抗生素发酵。
发酵体系中开始时基质浓度很高，到中后期 营养物质浓度很低，这对发酵反应不利。
2、补料分批发酵
①理论基础 在分批式操作的基础上，开始时投入一定量的基 础培养基，到发酵过程适当时期，开始连续补加 碳源或氮源或其他必需物质，但不取出培养液， 直到发酵终点，产率达最大化，停止补料，最后 将发酵液一次全部放出。
。
②优缺点：
优点：在发酵过程中慢慢地加入培养基，使其在 发酵液中保持适宜水平，同时又稀释了生成的产 物浓度，避免了高浓度产物和底物的抑制作用， 也防止了后期养分不足而限制菌体生长。
缺点：受发酵罐操作容积的限制
3、连续式发酵
①理论基础 菌体与培养液一起装入发酵罐，在菌体培养
过程中不断补充新培养基，同时取出包括培养液 和菌体在内的发酵液，发酵体积和菌体浓度等不 变，使菌体处于恒定状态的发酵条件，促进菌体 的生长和产物的积累。
这些环境条件包括培养基、培养温度、pH、 氧的需求等。
为了掌握菌种在代谢过程中的代谢变化规律， 需要监测一些参数，这些参数包括菌体浓度 、糖、N消耗及产物浓度，培养温度、pH、 溶氧等。
第一节 发酵过程的主要控制参数
（一）物理参数 （二）化学参数 （三）生物参数
一、发酵过程的主要控制参数
（一）物理参数
数有关。 从废气中的O2的含量可以算出产生菌的摄氧
率和发酵罐的供氧能力。
6．废气中的CO2浓度（％） 废气中的CO2就是产生菌呼吸放出的CO2。测
定它可以算出产生菌的呼吸熵，从而了解产生 菌的呼吸代谢规律。
其他化学参数：DNA、RNA、生物合成的关 键酶等。
律，反映发酵的异常情况，也可作为发醉中间控制 的参数及设备供氧能力的指标。 溶氧浓度一般用绝对含量（10-6）来表示、有时也 用在相同条件下，氧在培养液中饱和浓度表示。
4．产物的浓度[μg（u）／ml] 这是发酵产物产量高低或合成代谢正常与否
的重要参数，也是决定发酵周期长短的根据。
5．废气中的氧浓度（Pa） 废气中的氧含量与产生菌的摄氧率和供氧系
②优缺点：
连续培养优点：能维持基质浓度，可以提高设备的 利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产 时间，便于自动控制。
但由于培养时间长，难以保证纯种培养。并且菌种 变异可能性较大，故在工业规模上很少采用。
发酵过程控制
微生物发酵的生产水平取决于：1）生产菌种 本身的特性；2）合适的环境条件，使它的 生产能力充分表达出来。
对某些产品的生产是极其重要的参数。
8. 料液流量（L／min） 这是控制流体进料的参数。
（二）化学参数
1． pH（酸碱度）
发酵液的pH是发酵过程中各种产酸和产碱的 生化反应的综合结果。
它是发酵工艺控制的重要参数之一。它的高低 与菌体生长和产物合成有着重要的关系。
2．基质浓度（g或mg％）
第五章 发酵过程控制
第一节 发酵过程的主要控制参数 第二节 发酵过程的代谢变化 第三节 基质的影响及其控制 第四节 温度的影响与控制 第五节 pH的影响与控制 第六节 溶氧浓度的变化和控制 第七节 补料的作用及其控制 第八节 泡沫的影响与控制 第九节 发酵终点判断
发酵过程原理
一、发酵的基本概念
1、微生物发酵 利用微生物体来制得产物的需氧或厌氧的任何过 程。
发酵过程是由各种酶系统的作用而发生的 一系列生化反应，抗生素是这个过程的次 级代谢产物。
发酵方法
微生物发酵有三种方式： 分批发酵（batch fermentation） 补料分批发酵（fed-batch fermentation） 连续发酵（continuous fermentation）
工业上防止出现菌种衰退和杂菌污染等实际 问题，大都采用分批发酵或补料分批发酵这两 种方式。
也是需氧发酵的控制参数。 与氧的传递和其他控制参数有关。一般控制在
0.5～1.0V／（V·min）范围内。
6．粘度（Pa·s） 粘度大小可以作为细胞生长或细胞形态的一项
标志，也能反映发酵罐中菌丝分裂过程的情况。 通常用表观粘度表示之：它的大小可改变氧传
递的阻力，又可表示相对菌体浓度。
7．浊度（％） 浊度是能及时反映单细胞生长状况的参数，
这是发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的 浓度。
它们的变化对产生菌的生长和产物的合成有着 重要的影响，也是提高代谢产物产量的重要控 制手段。
在发酵过程中，必须定时测定糖（还原糖和总 糖）、氮（氨基氮或氨氮）等基质的浓度。
3．溶解氧浓度［10-6（ppm）或饱和度（％）］ 溶解氧是需氧菌发酵的必备条件。 利用溶氧浓度的变化，可了解产生菌对氧利用的规
1．温度（℃） 发酵整个过程或不同阶段中所维持的温度。 酶反应速率、氧在培养液中的溶解度与传递速
率、菌体生长速率和产物合成速率
2．压力（Pa） 发酵过程中发酵罐维持的压力,一般维持在
0.2×105~0.5×105Pa。 保证纯种的培养,间接影响菌体代谢。
3．搅拌转速（r／min） 搅拌转速是指搅拌器在发酵过程中的转动速度，
通常以每1min的转数来表示。 它的大小与氧在发酵液中的传递速率与发酵液
的均匀性有关。
4．搅拌功率（kw） 指Leabharlann 拌器搅拌时所消耗的功率，常指每1m3发
酵液所消耗的功率（kw／m3）。 它的大小与氧容量传递系数有关。
5．空气流量［V／（V·min），简称VVM］ 每1min内每单位体积发酵液通入空气的体积，