第七章基质浓度对发酵的 影响及控制(4)
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• • • • • • • • 残糖量 pH值 Qc X指发酵液的菌体浓度，单位 为（g干菌体/L） 粘度 溶氧 尾气中O2和CO2的含量 发酵液的总体积
补糖量的控制： 经验法：
根据经验，以最高产量的罐批的加糖率为指标，并 依据菌体浓度、一定时间内的糖比消耗速率和残糖 等加以修正。
例：青霉素发酵开始补糖在残糖降至1.5%, pH开 始回升时补糖。补糖量以最高罐批经验量为参考。 每小时 前期0—40h 中期40—90h 后期90以后
• 磷酸盐对初级代谢产物合成的调节往往是
通过促进生长而间接产生的，对次级代谢
产物生物合成的调节有多种可能的机制。
磷酸盐的控制
• 在基础培养基中采用适当的磷酸盐浓度
• 抗生素发酵中常采用亚适量的磷酸盐浓度
亚适量：对菌体生长不是最适量但又不
影响菌体生长的量。
• 磷酸盐的最适浓度必须结合当地的具体条
件和使用的原材料进行实验确定
• 补料方式要根据基质种类、消耗速度、用
量、发酵条件、菌种特性和种子质量及产 物形成速率来判断。
• 反馈控制参数：直接和间接 • 直接控制是指直接以限制性营养物浓度作 为反馈控制参数，例如控制氮源、碳源等。 • 间接控制是指以溶氧、PH、呼吸商、排气 中二氧化碳分压及代谢物质浓度等作为反
馈控制参数。
三）氮源浓度的影响控制
氮源浓度对菌体生长和产物合成的量与方向 都有影响。
氮源浓度的控制：
控制基础培养基中的配比。 通过补加氮源。 如何补加氮源呢？
在发酵过程中具体补加氮源来控制其浓度：
1.补加某些具有调节生长代谢作用的有机氮
源，如酵母粉、玉米浆、尿素等。
2.补加氨水或硫酸铵等无机氮源
当pH偏低又需补氮时，可通入氨气；
基质浓度对发酵的 影响及控制
• 基质即培养微生物的营养物质，是菌体生 长和产物形成的物质基础。 • 基质的组成和浓度对发酵过程有很大的影 响。
基质对发酵的影响
（1）基质浓度对菌体生长的影响
源自文库
最初菌体比生长速率与之成正比；后来比
生长速率达到最大；后保持不变。
（2）基质浓度对产物形成和发酵液特性的影响
当pH偏高又需补氮时，可加入生理酸性
物质如硫酸铵等。
补氮的依据：残氮量、pH值、菌体量
补氮量的控制：
• 经验法： 依据使pH升高0.1而通入氨水的量来计算。 依据残氮量和工艺控制残氮量来计算。 例：土霉素发酵50m3发酵罐使pH升高0.1通氨 量为10升。使氨基氮上升0.004%-0.005%。
• 动力学方法； 通过qN、μ、 qP ，计算每小时的补氮量。
究，方可取得良好的效果。
种类：黄豆饼粉、花生 饼粉、和棉子饼粉 优点： 利用缓慢，有利于延长次 级代谢产物的分泌期。 防止早衰。 缺点：溶解度低，发酵 液粘度大。
二）氮源种类的控制
发酵工业中常采用含迅速利用的
氮源和缓慢利用的氮源的混合氮源。 迅速利用的氮源促进菌体生长繁殖， 缓慢利用的氮源，满足产物合成，可延 长合成期，延缓自溶期。
浓度过高引起阻遏现象；菌体生长旺盛， 传质或溶氧传递差，从而影响菌体生长等。
基质浓度的控制
• 工业发酵中，常采用中间补料的方法来控 制基质的浓度。 • 选择合适的补料内容，补料方式，反馈控 制参数。
• 补料内容包括什么？需注意什么？
• 补料的方式指什么？ • 补料方式：分批补加和连续流加 • 连续流加：等速补料和变速补料
• 一般磷酸盐采用单消，防止发生沉淀反应
使溶磷量达不到最适量。
• 要控制有机氮源中的磷含量，以防溶磷量
超过最适量。
• 当菌体生长缓慢时，可适当补加适量的磷，
促进菌体生长。
• 初级代谢产物发酵对磷酸盐的要求不如次
级代谢产物发酵严格
结束语
发酵过程中，必须根据产生菌的
特性和各个产品生物合成的要求，对
基质的品种及用量进行深入细致的研
碳源种类的控制
发酵工业中常采用含迅速利用的碳源 和缓慢利用的碳源的混合碳源。
迅速利用的碳源满足菌体生长的消耗，
缓慢利用的碳源，满足产物合成，可延
长合成期，提高产量，并可解除葡萄糖
效应。
二）、碳源浓度的控制
在发酵过程中，补加糖类控制碳源浓度
补料的类型：
1、流加
2、少量多次的加入
3、多量少次的加入
补糖的依据：
三、磷酸盐的影响和控制 一）磷酸盐源的影响
• 磷酸盐能明显促进产生菌的生长。
菌体生长所允许的磷酸盐浓度比次级 代谢产物合成所允许的浓度大得多，两者 平均相差几十至几百倍。 10mmol的磷酸盐 就明显地抑制次级代谢产物的合成。
适合微生物生长的磷酸盐浓度是0.3～ 300mmol，适合次级代谢产物合成所需的浓 度平均仅为0.1mmol。
加糖量 0.08%-0.15% 0.15% - 0.18% 0.15% -0.18%
补糖的控制
把计算的加糖量，输入计算机，由计算
机控制加料装臵精确控制加入的糖量。
二、氮源的影响和控制 一）氮源的种类影响
迅速利用的氮源 缓慢利用的氮源
• 种类：氨水、铵盐和玉 米浆 • 优点： 易被菌体利用，明显 促进菌体生长 • 缺点： 对于有些品种高浓度的 铵离子抑制产物合成
举例
• 碳源的影响和控制 • 氮源的影响和控制 • 磷酸盐的影响和控制
一、碳源
一）、碳源种类的影响及控制
迅速利用的碳源 缓慢利用的碳源
• 种类：葡萄糖 • 优点： 吸收快，利用快，能迅 速参加代谢合成菌体和 产生能量 • 缺点： 有些品种产生分解产物 阻遏效应。
种类：淀粉、乳糖、蔗 糖、麦芽糖、玉米油 优点： 不易产生分解产物 阻 遏效应。 有利于延长次级代谢产 物的分泌期 缺点：溶解度低，发酵 液粘度大。
补糖量的控制： 经验法：
根据经验，以最高产量的罐批的加糖率为指标，并 依据菌体浓度、一定时间内的糖比消耗速率和残糖 等加以修正。
例：青霉素发酵开始补糖在残糖降至1.5%, pH开 始回升时补糖。补糖量以最高罐批经验量为参考。 每小时 前期0—40h 中期40—90h 后期90以后
• 磷酸盐对初级代谢产物合成的调节往往是
通过促进生长而间接产生的，对次级代谢
产物生物合成的调节有多种可能的机制。
磷酸盐的控制
• 在基础培养基中采用适当的磷酸盐浓度
• 抗生素发酵中常采用亚适量的磷酸盐浓度
亚适量：对菌体生长不是最适量但又不
影响菌体生长的量。
• 磷酸盐的最适浓度必须结合当地的具体条
件和使用的原材料进行实验确定
• 补料方式要根据基质种类、消耗速度、用
量、发酵条件、菌种特性和种子质量及产 物形成速率来判断。
• 反馈控制参数：直接和间接 • 直接控制是指直接以限制性营养物浓度作 为反馈控制参数，例如控制氮源、碳源等。 • 间接控制是指以溶氧、PH、呼吸商、排气 中二氧化碳分压及代谢物质浓度等作为反
馈控制参数。
三）氮源浓度的影响控制
氮源浓度对菌体生长和产物合成的量与方向 都有影响。
氮源浓度的控制：
控制基础培养基中的配比。 通过补加氮源。 如何补加氮源呢？
在发酵过程中具体补加氮源来控制其浓度：
1.补加某些具有调节生长代谢作用的有机氮
源，如酵母粉、玉米浆、尿素等。
2.补加氨水或硫酸铵等无机氮源
当pH偏低又需补氮时，可通入氨气；
基质浓度对发酵的 影响及控制
• 基质即培养微生物的营养物质，是菌体生 长和产物形成的物质基础。 • 基质的组成和浓度对发酵过程有很大的影 响。
基质对发酵的影响
（1）基质浓度对菌体生长的影响
源自文库
最初菌体比生长速率与之成正比；后来比
生长速率达到最大；后保持不变。
（2）基质浓度对产物形成和发酵液特性的影响
当pH偏高又需补氮时，可加入生理酸性
物质如硫酸铵等。
补氮的依据：残氮量、pH值、菌体量
补氮量的控制：
• 经验法： 依据使pH升高0.1而通入氨水的量来计算。 依据残氮量和工艺控制残氮量来计算。 例：土霉素发酵50m3发酵罐使pH升高0.1通氨 量为10升。使氨基氮上升0.004%-0.005%。
• 动力学方法； 通过qN、μ、 qP ，计算每小时的补氮量。
究，方可取得良好的效果。
种类：黄豆饼粉、花生 饼粉、和棉子饼粉 优点： 利用缓慢，有利于延长次 级代谢产物的分泌期。 防止早衰。 缺点：溶解度低，发酵 液粘度大。
二）氮源种类的控制
发酵工业中常采用含迅速利用的
氮源和缓慢利用的氮源的混合氮源。 迅速利用的氮源促进菌体生长繁殖， 缓慢利用的氮源，满足产物合成，可延 长合成期，延缓自溶期。
浓度过高引起阻遏现象；菌体生长旺盛， 传质或溶氧传递差，从而影响菌体生长等。
基质浓度的控制
• 工业发酵中，常采用中间补料的方法来控 制基质的浓度。 • 选择合适的补料内容，补料方式，反馈控 制参数。
• 补料内容包括什么？需注意什么？
• 补料的方式指什么？ • 补料方式：分批补加和连续流加 • 连续流加：等速补料和变速补料
• 一般磷酸盐采用单消，防止发生沉淀反应
使溶磷量达不到最适量。
• 要控制有机氮源中的磷含量，以防溶磷量
超过最适量。
• 当菌体生长缓慢时，可适当补加适量的磷，
促进菌体生长。
• 初级代谢产物发酵对磷酸盐的要求不如次
级代谢产物发酵严格
结束语
发酵过程中，必须根据产生菌的
特性和各个产品生物合成的要求，对
基质的品种及用量进行深入细致的研
碳源种类的控制
发酵工业中常采用含迅速利用的碳源 和缓慢利用的碳源的混合碳源。
迅速利用的碳源满足菌体生长的消耗，
缓慢利用的碳源，满足产物合成，可延
长合成期，提高产量，并可解除葡萄糖
效应。
二）、碳源浓度的控制
在发酵过程中，补加糖类控制碳源浓度
补料的类型：
1、流加
2、少量多次的加入
3、多量少次的加入
补糖的依据：
三、磷酸盐的影响和控制 一）磷酸盐源的影响
• 磷酸盐能明显促进产生菌的生长。
菌体生长所允许的磷酸盐浓度比次级 代谢产物合成所允许的浓度大得多，两者 平均相差几十至几百倍。 10mmol的磷酸盐 就明显地抑制次级代谢产物的合成。
适合微生物生长的磷酸盐浓度是0.3～ 300mmol，适合次级代谢产物合成所需的浓 度平均仅为0.1mmol。
加糖量 0.08%-0.15% 0.15% - 0.18% 0.15% -0.18%
补糖的控制
把计算的加糖量，输入计算机，由计算
机控制加料装臵精确控制加入的糖量。
二、氮源的影响和控制 一）氮源的种类影响
迅速利用的氮源 缓慢利用的氮源
• 种类：氨水、铵盐和玉 米浆 • 优点： 易被菌体利用，明显 促进菌体生长 • 缺点： 对于有些品种高浓度的 铵离子抑制产物合成
举例
• 碳源的影响和控制 • 氮源的影响和控制 • 磷酸盐的影响和控制
一、碳源
一）、碳源种类的影响及控制
迅速利用的碳源 缓慢利用的碳源
• 种类：葡萄糖 • 优点： 吸收快，利用快，能迅 速参加代谢合成菌体和 产生能量 • 缺点： 有些品种产生分解产物 阻遏效应。
种类：淀粉、乳糖、蔗 糖、麦芽糖、玉米油 优点： 不易产生分解产物 阻 遏效应。 有利于延长次级代谢产 物的分泌期 缺点：溶解度低，发酵 液粘度大。