第七章基质浓度对发酵的 影响及控制(4)
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第七章发酵生产染菌及其防治
（1）、噬菌体的防治
是一项系统工程，从培养基制备灭菌、种子培 养、空气净化系统、环境卫生、设备、管道等诸多 方面，具体归纳如下： ① 严格活菌体排放，切断噬菌体的来源 ②做好环境卫生，消灭噬菌体与杂菌 ③ 严防噬菌体与杂菌进入种子罐或发酵罐内
④抑制罐内噬菌体的生长
（2）、污染噬菌Biblioteka 后的处理方法①并罐法三、发酵染菌原因分析 发酵的染菌率（指一年内发酵染菌批数与总 投料批数之比） 总染菌率 ＝ 发酵染菌批数 总投料批数 ×100％
染菌率与发酵的菌种、培养基、产品性质、 发酵周期、生产环境条件设备和管理技术水 平等有关。
染菌原因分析 染菌原因分析就是总结染菌的教训，防范于未 然。 主要染菌原因：种子带菌，无菌空气带菌，设 备渗漏，灭菌不彻底，操作管理不当。
四、设备渗漏或“死角”造成的染菌及其防 止
设备渗漏：指发酵罐、补糖罐、冷却盘管、管道阀门 等，由于化学腐蚀、电化学腐蚀、磨蚀、加工制作 不良等形成微小漏孔后发生渗漏染菌。
“死角”：由于操作、设备结构、安装及其他人为因 素，使蒸汽不能有效到达预定的灭菌部位。如盘管、 空气分布管、发酵罐部件、管件等。
（1）显微镜检查法（最简单、最直接、最经常）：观
察微生物的形态特征，检查是否有与菌种形态特征不 一样的其他微生物在存在。 （2）平板划线培养或斜面培养检查法； 平板制好后，应先保温24小时，确定无菌；划线后分 别于37、27培养，一般24h后镜检是否有杂菌。
（3）肉汤培养基检查法（酚红变色pH6.8-8.4） 样品直接接入灭菌的肉汤培养基中，分别于37、 27培养，随时观察，并取样镜检。 噬菌体检测时，用双层平板法，底层为肉汤培养 基，上层琼脂减量，指示菌为生产菌。
第七章
发酵过程的工艺控制-4
补糖时间 补糖时间控制很重要，过早会刺激菌体生长， 补糖时间控制很重要，过早会刺激菌体生长， 加速糖的消耗； 加速糖的消耗；补糖过迟会使菌体所需要的 能量供应跟不上，干扰菌的代谢。 能量供应跟不上，干扰菌的代谢。 例：四环素 补糖时间 20h 45h 62h 96h效价 效价 6000u/ml 10000u/ml 6000u/ml
但苯乙酸在pH低时比 髙时对青霉菌毒 但苯乙酸在 低时比pH髙时对青霉菌毒 低时比 性大，因此发酵早期pH低时加入会影响青 性大，因此发酵早期 低时加入会影响青 霉素产量。 霉素产量。 含高浓度苯乙酸（ ％）的培养液pH酸 ％）的培养液 含高浓度苯乙酸（0.5％）的培养液 酸 性时毒性很大，但在低浓度（ ％） ％）培养 性时毒性很大，但在低浓度（0.3％）培养 液酸性时并不显毒性作用。 液酸性时并不显毒性作用。 当培养液pH上升后，一次加入苯乙酸 ～ 当培养液 上升后，一次加入苯乙酸0.2～ 上升后 0.8克/升比较好。每隔 小时加入 升比较好。 小时加入0.08～ 克 升比较好 每隔12小时加入 ～ 0.175％则显著增加青霉素产量。总量为 ％则显著增加青霉素产量。 0.3％的苯乙酸多次加入培养液中，可提高 ％的苯乙酸多次加入培养液中， 前体的利用率，增加青霉素产量。 前体的利用率，增加青霉素产量。
但并非添加速率越大越好，据研究表明， 但并非添加速率越大越好，据研究表明，加 入苯乙酸浓度越高，苯乙酸的利用率越低。 入苯乙酸浓度越高，苯乙酸的利用率越低。 苯乙酸可被菌氧化，先氧化成邻羟苯乙酸， 苯乙酸可被菌氧化，先氧化成邻羟苯乙酸， 然后苯环被破坏形成α-酮戊二酸 再经TCA 酮戊二酸， 然后苯环被破坏形成 酮戊二酸，再经 循环氧化为CO2和H2O，苯乙酸作为碳源被 循环氧化为 ， 消耗掉。 消耗掉。 具有毒性， 苯乙酸 具有毒性，青霉菌是借苯乙酸与氨 基酸结合形成青霉素而解毒， 基酸结合形成青霉素而解毒，因此加入前体 能形成青霉素，但必须适量而不能过量， 能形成青霉素，但必须适量而不能过量，所 以添加量在每12小时 以添加量在每 小时0.08～0.175％苯乙酸 ～ ％ 小时 为好 。
发酵工艺知识
多，氨基酸释放； ②生理碱性物质过多； ③中间补料时氨水或尿素等碱性物质的
加入量过多。
2．pH值对菌体生长和产物形成 的影响
培养液的pH值是微生物庞杂的代谢过程 的综合反映。反之，环境的pH值也能影 响微生物的代谢和形态
pH值能影响酶促反应和代谢途径的变化 微生物发育阶段，最适pH值并不一致，
6.控制pH值的应急措施
(1)改变搅拌转速或通气量，以改变溶解 氧浓度，控制有机酸的积累量及其代谢 速度；
(2)改变温度，以控制微生物代谢速度； (3)改变罐压及通气量，改变溶解CO2浓
度；
(4)改变加油或加糖量等，调节有机酸的 积累量．
7.实例分析
霉酚酸 1.一级种子罐 碱性调节，培养基调节：灭菌前用液碱
（三）、基质浓度对发酵过程的 影响及其控制
1、碳源的种类和浓度的影响和控制
碳源，按利用快慢而言，有迅速利用的碳源和缓 慢利用的碳源
迅速利用的碳源，能迅速地参与代谢、合成菌体 和产生能量，并产生分解产物（如丙酮酸等）， 有利于菌体生长。但有的分解代谢产物对产物的 合成可能产生阻遏作用。
菌浓和菌龄
二、发酵过程中几个重要参数的 影响及其控制
（一）温度对发酵过程的影响及其控制
1．影响发酵温度的因索 (1)生物热(Q生物):微生物分解蛋白质、糖、脂
肪等生物氧化过程产生大量的能量，一部分转 变为热能散发出来，称为生物能。不同微生物 产热程度不同，比如辅酶Q10产生的生物热比 霉酚酸的要多。
按使用水系统分为冷冻水、热水和高温 水（自来水）
冷冻水：适用放热相对较大的种子罐和 发酵罐。
热水：适用于放热相对较小的种子罐。罐。
4．最适温度的选择
所谓最适温度是指在该温度下最适宜于 菌体生长或产物的合成。对不同的菌种 和不同的培养条件以及不同的酶反应和 不同的生长阶段，最适温度应有所不同
加入量过多。
2．pH值对菌体生长和产物形成 的影响
培养液的pH值是微生物庞杂的代谢过程 的综合反映。反之，环境的pH值也能影 响微生物的代谢和形态
pH值能影响酶促反应和代谢途径的变化 微生物发育阶段，最适pH值并不一致，
6.控制pH值的应急措施
(1)改变搅拌转速或通气量，以改变溶解 氧浓度，控制有机酸的积累量及其代谢 速度；
(2)改变温度，以控制微生物代谢速度； (3)改变罐压及通气量，改变溶解CO2浓
度；
(4)改变加油或加糖量等，调节有机酸的 积累量．
7.实例分析
霉酚酸 1.一级种子罐 碱性调节，培养基调节：灭菌前用液碱
（三）、基质浓度对发酵过程的 影响及其控制
1、碳源的种类和浓度的影响和控制
碳源，按利用快慢而言，有迅速利用的碳源和缓 慢利用的碳源
迅速利用的碳源，能迅速地参与代谢、合成菌体 和产生能量，并产生分解产物（如丙酮酸等）， 有利于菌体生长。但有的分解代谢产物对产物的 合成可能产生阻遏作用。
菌浓和菌龄
二、发酵过程中几个重要参数的 影响及其控制
（一）温度对发酵过程的影响及其控制
1．影响发酵温度的因索 (1)生物热(Q生物):微生物分解蛋白质、糖、脂
肪等生物氧化过程产生大量的能量，一部分转 变为热能散发出来，称为生物能。不同微生物 产热程度不同，比如辅酶Q10产生的生物热比 霉酚酸的要多。
按使用水系统分为冷冻水、热水和高温 水（自来水）
冷冻水：适用放热相对较大的种子罐和 发酵罐。
热水：适用于放热相对较小的种子罐。罐。
4．最适温度的选择
所谓最适温度是指在该温度下最适宜于 菌体生长或产物的合成。对不同的菌种 和不同的培养条件以及不同的酶反应和 不同的生长阶段，最适温度应有所不同
发酵过程的控制
温度提高，合成四环素的比例也提高，温度到达 35 ℃
时，金霉素的合成几乎停顿，只产生四环素。
4、温度还影响基质溶解度
在发酵液中的溶解度也影响菌对某些基质的分解
吸收。因此对发酵过程中的温度要严格控制。
五、最适温度的控制
1、根据菌种及生长阶段来选择 微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求
在发酵30h，一次性参加0.1%、0.2％、0.3％、0.4％的次黄嘌呤 对鸟苷产量的影响
第五节 菌体浓度与基质对发酵的影响
一、菌体浓度对发酵的影响 菌体浓度与菌体生长速率直接相关 菌体浓度的大小影响产物的得率 控制培养基中营养物质的含量来控制菌体浓
度
二、基质对发酵的影响及控制
1、碳源对发酵的影响及控制
容易实现自动控制 1、化学消泡机理 消泡剂外表张力低，使气泡膜局部的外表张力降低，
使得平衡受到破坏
2、消泡剂选择的依据及常用的消泡剂种类 〔1〕选用依据： ①外表活性剂 ②对气-液界面的散布系数必须足够大 ③无毒害性，且不影响发酵菌体； ④不干扰各种测量仪表的使用； ⑤在水中的溶解度较小 ⑥来源方便，本钱低
二、发酵热的测量及计算
发酵热的测定可采用以下几种方法：
①利用热交换原理，测量一定时间内冷却水的流量和冷 却水进出口温度，根据
Q发酵 = qvC〔t2 – t1〕/V；
qv为冷却水体积流量，L/h；C为水的比热容，kJ/kg ℃；V为发酵液体积，m3
②利用温度变化率：先使罐温恒定，再关闭自控装置，测量温度 随时间上升的速率，根据
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，结果如下图。 “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。
发酵工艺控制 基质浓度控制
节生长代谢作用的有机氮源，如酵母粉、玉米浆、尿素等 土霉素发酵，补加酵母粉可提高发酵单位； 青霉素发酵，后期出现糖利用缓慢、菌浓变稀、pH值下降
的现象，补加尿素可改善这种状况并提高发酵单位； 氨基酸发酵补加作为氮源和pH值调节剂的尿素。
二、氮源对发酵的影响及其控制
（2） 补加无机氮源 补加氨水或硫酸铵是工业上的常用方法。氨水既可作为
二、氮源对发酵的影响及其控制
1.氮源的影响
迅速利用的氮源
种类 氨水、铵盐
优点 缺点
易被菌体利用，明显促进 菌体生长
对于有些菌种高浓度的铵 离子抑制产物合成
缓慢利用的氮源
黄豆饼粉、花生饼粉、和棉子 饼粉
利用缓慢，有利于延长物的分 泌期。防止早衰。
溶解度低，发酵液粘度大。
二、氮源对发酵的影响及其控制
三、磷酸盐对发酵的影响及其控制
2.控制办法 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。 （1）要控制有机氮源中的磷含量，以防溶磷量超过最适量。 （2）当菌体生长缓慢时，可适当补加适量的磷，促进菌体生长。 四环素发酵：菌体生长最适的磷浓度为65～70 μg／mL，而四 环素合成最适磷浓度为25～30 μg／mL。
2.控制办法 1）发酵培养基一般是选用含有快速利用和慢速利用的混合氮源。 如氨基酸发酵用铵盐(硫酸铵或醋酸铵)和麸皮水解液、玉米浆。 2）控制基础培养基中的配比。 3）通过补加氮源。
（1）补加有机氮源 （2）补加无机氮源
二、氮源对发酵的影响及其控制
（1）补加有机氮源 根据产生菌的代谢情况，可在发酵过程中添加某些具有调
7. 发酵工艺的控制
7.3.2 基质浓度控制
一、碳源对发酵的影响及其控制
1、C源种类影响 按菌体利用快慢而言，分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源。 前者(如葡萄糖)能较迅速地参与代谢、合成菌体和产生能量，并
的现象，补加尿素可改善这种状况并提高发酵单位； 氨基酸发酵补加作为氮源和pH值调节剂的尿素。
二、氮源对发酵的影响及其控制
（2） 补加无机氮源 补加氨水或硫酸铵是工业上的常用方法。氨水既可作为
二、氮源对发酵的影响及其控制
1.氮源的影响
迅速利用的氮源
种类 氨水、铵盐
优点 缺点
易被菌体利用，明显促进 菌体生长
对于有些菌种高浓度的铵 离子抑制产物合成
缓慢利用的氮源
黄豆饼粉、花生饼粉、和棉子 饼粉
利用缓慢，有利于延长物的分 泌期。防止早衰。
溶解度低，发酵液粘度大。
二、氮源对发酵的影响及其控制
三、磷酸盐对发酵的影响及其控制
2.控制办法 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。 （1）要控制有机氮源中的磷含量，以防溶磷量超过最适量。 （2）当菌体生长缓慢时，可适当补加适量的磷，促进菌体生长。 四环素发酵：菌体生长最适的磷浓度为65～70 μg／mL，而四 环素合成最适磷浓度为25～30 μg／mL。
2.控制办法 1）发酵培养基一般是选用含有快速利用和慢速利用的混合氮源。 如氨基酸发酵用铵盐(硫酸铵或醋酸铵)和麸皮水解液、玉米浆。 2）控制基础培养基中的配比。 3）通过补加氮源。
（1）补加有机氮源 （2）补加无机氮源
二、氮源对发酵的影响及其控制
（1）补加有机氮源 根据产生菌的代谢情况，可在发酵过程中添加某些具有调
7. 发酵工艺的控制
7.3.2 基质浓度控制
一、碳源对发酵的影响及其控制
1、C源种类影响 按菌体利用快慢而言，分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源。 前者(如葡萄糖)能较迅速地参与代谢、合成菌体和产生能量，并
基质及菌体浓度的控制
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补料操作
补料的方式可分为一次性补料、分批式补料和连续式流加 补料。
根据培养基成分，补料可分为单成分补料或多成分补料。 补料的时间可选择在菌体生长基本完成，其合成产物的比
产率达最高值时进行。
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一般可以溶氧、pH、糖或氮消耗量、菌体呼吸商、 CO2排出率作为指标，控制菌体的比生长率，使产物 的比产率保持高最值。
同时，过高的菌体浓度势必影响发酵液的流变学性质和溶 氧水平，这些均对发酵产物的形成产生不利影响。
因此，发酵过程控制合适的菌体浓度是很必要的。
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直接决定
菌体浓度
发酵液 间接影响 黏稠度
发酵液溶 氧水平
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影响菌体浓度的因素及测定方法
菌体浓度在一定培养条件下主要受基质浓度的影响。
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基质和菌体浓度的控制
基质的作用
基质是指用于微生物培养的营养物质，它们是微生物生长 的物质基础，关系到微生物生理代谢的调控，影响着发酵 产物的合成。
基质的浓度决定微生物生长的速度和浓度，必须有效地控 制抗生素发酵中基质和菌体的浓度，以便获得优质的发酵 产物。
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菌体浓度
菌丝浓度可以根据离心后菌丝沉淀所占发酵液的比例、单 位体积发酵液中的菌丝干重或菌体中DNA含量等数据进 行测定。
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影响菌体浓度的三大要素
碳源的种类和浓度
氮源的种类和浓度
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磷酸单击盐此处的添加种段落类文字和内容浓度
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影响菌体浓度因素的作用
快速利用的碳、氮源和适度的磷酸盐浓度能促进菌体的生 长，但其分解代谢产物有可能造成对产物合成的阻遏。缓 慢利用的碳、氮源有利于产物的合成。
7发酵工艺控制(第3节 发酵条件的影响及其控制)【发酵工程】
发酵过程中pH的变化与微生物的活动有关 ：
NH3在溶液中NH4+的形式存在，被利用成为R—NH3+后，在培养基内生 成H+；如以N03-为氮源，H+被消耗，N03-还原为R—NH3+；如以氨基酸作为氮 源，被利用后产生的H+，使pH下降。
pH改变的另一个原因是有机酸的积累，如乳酸、丙酮酸或乙酸。
pH的变化会影响各种酶活、菌对基质的利用速率和细胞的结构，从而影 响菌的生长和产物的合成。
（2）温度还通过改变发酵液的物理性质间接影响产物的合成。
例如：氧的溶解度和基质的传质速率以及菌对养分的分解和吸收 速率受温度影响。
（3）温度影响生物合成的方向。
例如：四环素发酵中金色链霉菌在低于30℃ 下，合成金霉素的能力较 强。合成四环素的比例随温度的升高而增大，在35℃下只产生四环素。
（4）近年来发现温度对代谢有调节作用。
式中：A和Ea分别为Arrennius常数和活化能；R和T分别为通用气体常 数和绝对温度。
若在半对数坐标纸上作最大比生长速率lnμm对温度T的倒数作曲线， 曲线的弯曲部分的温度大于最适温度。死亡率增加。
活化能高低的意义：
微生物生长活化能Ea在50～70kJ／mol，死亡活化能Ea’为300-~380kJ／ mol。
3、 pH的控制
控制pH在合适范围应首先从基础培养基的配方考虑，然后通过加酸 碱或中间补料来控制。如在基础培养基中加适量的CaCO3。
举例：青霉素发酵中PH的控制：
按菌的生理代谢需 要，调节加糖速率来控 制pH，比用恒速加糖 ，pH由酸碱控制可提 高青霉素的产量25％。
有些抗生素品种，如链霉素，采用过程通NH3控制pH，既调节了pH， 也补充了N源。用氨水需谨慎，过量的NH3会使微生物中毒，导致呼吸强度 急速下降。故在通氨过程中监测溶氧浓度的变化可防止菌的中毒。
发酵技术中菌体浓度与基质对发酵的影响及控制
发酵技术中菌体浓度与基质对发酵的影响及控制1 菌体浓度对发酵的影响菌体（细胞）浓度(cell concentration)：单位体积培养液中菌体的含量。
反映：菌体细胞的多少，而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段。
可据此算出菌体的比生长速率和产物的比生成速率等有关动力学参数。
菌体生长的影响因素遗传特性。
取决于细胞结构的复杂性和生长机制，细胞结构越复杂，分裂所需的时间就越长。
典型的细菌、酵母、霉菌和原生动物的倍增时间分别为45 min、90 min、3 h和6 h左右，这说明各类微生物增殖速率的差异。
菌体的增长还与营养物质和环境条件有密切关系。
各种碳源和氮源等成分和它们的浓度。
上限浓度、基质抑制（渗透压、关键酶）。
一些营养物质的上限浓度(g／L)如下：葡萄糖100、NH4+ 5、PO43- 10。
影响菌体生长的环境条件有温度、pH值、渗透压和水分活度等因素。
菌浓的大小对发酵产物的得率的影响在适当的比生长速率下，发酵产物的产率与菌浓成正比关系，即P=Q Pm c(X) P——发酵产物的产率(产物最大生成速率或生产率)，g／(L·h)；Q Pm——产物最大比生成速率，h-1；c(X)——菌体浓度，g／L。
初级代谢产物：菌浓愈大，产物的产量愈大。
次级代谢产物：比生长速率μ比μ临略高一点的最适菌浓[即c(X)临]，菌体的生产率最高。
菌浓过高会产生其他的影响：营养物质消耗过快，培养液的营养成分发生明显的改变，有毒物质的积累，溶氧下降，会对发酵产生各种影响。
摄氧速率OUR与传氧速率OTR相平衡时的菌体浓度，即临界菌体浓度c(X)临。
菌体超过此浓度，抗生素的比生成速率和体积产率都会迅速下降。
２基质对发酵影响及其控制据Monod方程，在分批发酵中菌体比生长速度是基质浓度的函数。
在c(S)<<Ks的情况下，菌体比生长速率与基质浓度呈线性关系。
基质过浓导致抑制作用。
当葡萄糖浓度低于100～150 g／L，不出现抑制作用；当葡萄糖浓度高于350～500 g／L，多数微生物不能生长，细胞出现脱水现象。
发酵工程课后题参考答案
发酵课后题参考答案第一章一.发酵工程技术的发展大致可分为那几个阶段？每个阶段的技术特点是什么？答：发酵工程技术大致可分为六个发展阶段分别为：1.自然发酵阶段，在这一阶段人们对微生物的性质尚未认知，只是利用自然接种方法进行发酵制品的生产。
此阶段的技术特点是多数产品属嫌气发酵，且非纯种培养，凭经验传授技术和产品的质量不稳定的特点。
2.转折阶段，这一阶段又可分为三个阶段。
第一个阶段以纯种培养和无菌操作技术为转折点，这一阶段的技术特点发酵过程避免了杂菌污染，发酵效率逐步提高，生产规模逐渐扩大，产品质量稳定提高。
第二个转折点是深层液体通气搅拌纯种培养的采用，这一阶段的技术特点是深层液体通气搅拌纯种培养技术解决了大量培养基和生产设备的灭菌以及大量无菌扛起的制备问题，，且在提取精制中采用离心萃取机，冷冻干燥器等新型高效化工设备，是生产规模，产品质量和收效稳步提高。
第三个转折点是利用代谢调控进行微生物菌种选育和发酵条件的控制，技术特点是采用遗传育种方法进行微生物人工右边，选育出某种营养缺陷株或者抗代谢类似物菌株，在控制营养条件的情况下发酵生产大量积累所预期的氨基酸。
3.发酵放大技术的进一步发展阶段，技术特点是发酵罐的容积发展到前所未有的规模，发酵时氧耗大，对发酵设备提出了新的要求，并逐步运用计算机以及自动化控制技术进行灭菌和发酵过程的PH，溶解氧等发酵参数的控制，使发酵生产向连续化，自动化前进了一大步。
4.以基因工程为中心的时代。
技术特点是定向的改变生物性状与功能，创造新物种的目的，赋予微生物细胞具有生产较高等生物细胞所产生的和化合物的能里。
扩大了微生物的范围，大大丰富了发酵产业的内容，使发酵工业发生了革命性的变化。
二.简述工业发酵的应用范围？答：发酵工业的应用范围很广，按其产品可以分为四大类：11.微生物菌体。
工业生产的微生物菌体可分为两种，一种是供制面包用的酵母，另一种是作为人类或者动物使用的微生物细胞。
2.酶制剂。
第七章菌体浓度对发酵的影响及控制3-PPT精选文档
• 此法只能作为细胞浓度的粗略估计。
• 工业发酵过程中菌体浓度的测定方法常用 的有浊度法、干重法、离心称湿法或测体
积法等。
• 浊度法：用于澄清发酵液中非丝状菌的菌 浓的测定。通常取发酵液在420～600nm 波长范围内测定光密度（OD值）。 吸光度要求控制在0.3-0.5范围内，此时吸 光值与细胞浓度呈线性关系，故对于较浓
发酵液需稀释在此范围内测量。
菌体对发酵的影响主要表现：
1.菌浓度对产物的率的影响
（1）在适当的比生长速率下，发酵产物的
产率与菌浓成正比关系
发酵产物的产率Rp = Qp ∙ X
其中Qp为菌体的比生产速率，X为菌
体浓度
（2）菌浓过高，对发酵产生多种不利影响 OUR：培养液的摄氧率，r； OTR：氧的传递速率，N；
可能改变菌体的代谢途径，特别是对培
养液中溶解氧的影响较明显。摄氧率OUR
按比例增加，氧传递速率OTR成对数减少
（3）为获得最高的生产率，需要采用摄氧
速率与传氧速率相平衡的菌体浓度，最好
维持在临界菌体浓度
临界菌体浓度?
在抗生素生产中，如何确定并维持临界
菌体浓度是提高抗生素生产能力的关键。 临界菌体浓度是由菌体的遗传特性和 发酵罐的传氧特性共同影响的结果。
临界菌体浓度
定义：摄氧速率随菌体浓度变化的曲线
和供氧速率随菌体浓度变化的曲线的
交点所对应的菌体浓度。
• 临界菌体浓度是菌体的遗传特性和发酵罐 的传氧特性的综合反映。 • 当发酵罐的通气和搅拌强度大、传氧速率 高时、供氧速率的曲线将向上扬，当菌种 需氧量小、耗氧速率相应降低时，摄氧速 率曲线的斜率将下降。这两种情况都将使
避免产生过浓（或过稀）的菌体量。
第七章 发酵过程控制
一、初级代谢的变化 二、次级代谢的变化 三、发酵过程的主要控制参数
初级代谢变化的根本原因在于菌体的代谢活 动引起环境的变化，而环境的变化又反过来影 响菌体的代谢。 在初级代谢中，菌体生长仍显示适应期、对 数生长期、静止期和衰亡期的特征。 由于菌体的生理状态与培养条件不同，各个 时期时间长短也不尽相同，且与接种微生物的 生理状态有关。
生物热的大小随培养时间的不同而不同。 实验发现抗生素高产量批号的生物热高于低产 量批号的生物热。说明抗生素合成时微生物的新陈 代谢十分旺盛。
生物热的大小与菌体的呼吸强度有对应关系，呼 吸强度越大，所产生的生物热也越大。
在四环素发酵中，还发现 生物热和菌的呼吸强度的 变化有对应关系，特别是 在80小时以前。从此实验 中还可看到，当产生的生 物热达到高峰时，糖的利 用速度也最大。另外也有 人提出，可从菌体的耗氧 率来衡量生物热的大小。
• 蒸发热的计算： Q蒸发=G（I2-I1） G：空气流量，按干重计算，kg/h I1 、I2 ：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg （干空气）
• 辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐 体向外辐射的热量。
• 辐射热可通过罐内外的温差求得，一 般不超过发酵热的5%。
发酵热的测定
（1）通过测定一定时间内冷却水的流量和 冷却水进出口温度，由下式求得这段时间内 的发酵热。
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；
H+或OH-在细胞内改变了胞内原有的中性状 态，影响到酶蛋白的解离度和电荷情况，从而 改变酶的结构和功能。
•
影响微生物原生质膜所带电荷的状态。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。
第七章发酵工艺控制
如：许多抗生素和色素的发酵
第二节
一、物理参数
工业发酵过程的主要 控制参数
1、温度 与温度有关的因素： 氧在培养液中的溶解度和传递速率 菌体生长速率和产物合成速率 测量工具：铂电阻或热敏电阻
• 2、压力（Pa）
与压力高低有关的因素： 罐压高低与氧和CO2在培养液中的溶解度有关 罐压一般范围： 0.2×105～0.5×105 Pa 测量工具： 隔膜法压力表或压敏电阻压力表
1、分批发酵
概念：
分批发酵：指将微生物和营养物一次性加入发酵 罐中，经过培养生长，最后一次收获的培养方式， 中间除了空气进入和尾气排出，没有物料交换。 在分批发酵中，培养基是一次性加入，不再 补充，随着微生物的生长繁殖活跃，营养物质逐 渐消耗，有害代谢产物不断积累，因此其生长速 度将随时间发生有规律性的变化。
2.补料分批培养的优缺点 优点：与分批培养相比
① 解除底物抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。 ② 可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成 细胞大量生长所引起的一切影响；
③ 可用作为控制细胞质量的手段，以提高发芽 孢子的比例； ④ 可作为理论研究的手段，为自动控制和最优 控制提供实验基础。
与连续培养相比优点
④ 衰亡期
细胞死亡率增加，明显超过新生率，进入 衰亡期。多数发酵在到达衰亡期前就结束。 特点：活的细胞数目以对数速率急剧下降、 细胞裂解或自溶。衰亡期比其它期相对较 长。
分批发酵优缺点：
•
① ② ③ ④
优点：
操作简单 周期短 染菌机会少 产品质量易于控制
•
缺点：
① 生产能力不是很高 ② 非生产周期较长，使得发酵成本高
三、生物参数
1、菌体形态 菌体形态是衡量种子质量、区分发酵阶段、控 制发酵过程的代谢变化和决定发酵周期的依据之 一。 用显微镜观察菌体形态 2、菌体浓度 概念：菌体浓度是指单位体积培养液中菌体的 含量。 根据菌体浓度的大小决定适合的补料量和供氧 量，同时可判断目的产物的产量是否达到最大量。
第七章发酵过程中工艺参数的检测和控制
3.2 基质浓度
①C源，青霉素生产中葡萄糖和 乳糖利用。因此工业上培养基中 含有迅速和缓慢利用的混合C源。 如为聚合物，利用缓慢。
第七章发酵过程中工艺参数的检测和 控制
3.2 基质浓度
②N源，也有迅速利用和缓慢利用， 前者有氨基酸、硫酸铵、尿素和玉 米浆，后者有黄豆饼粉、花生、棉 子饼粉等蛋白质。前者菌生长快， 但产量低，选用快、慢混合氮源很 重要。生产上可补加有机或无机氮 源。
第七章发酵过程中工艺参数的检测和 控制
❖中间补料的机理
①避免一次投料，菌丝生长过盛。 ②延长次级代谢产物的分泌期， 提高产量。
☆
第七章发酵过程中工艺参数的检测和
控制
❖ FBC的内容
①补碳源、氮源（无机和有机），如蛋 白胨、玉米浆、硫酸铵、尿素。
②无机盐，微量元素，前体和促进剂。 ③补全料和补水，总之视情况不同，补
第一节 工业发酵的主要类型
（三） 补料分批发酵法(fed-batch fermentation)
补料分批发酵又称半连续发酵，是 指在分批发酵过程中，间歇或连续地补 加新鲜培养基的培养方法。与传统分批 发酵相比，其优点在于使发酵系统中维 持很低的基质浓度。
第七章发酵过程中工艺参数的检测和 控制
☆
第一节 工业发酵的主要类型
第七章发酵过程中工艺参数的检测和 控制
一、溶氧的浓度对发酵的影响
微生物对氧的需求： 1、 C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量
从分子式看出，180g葡萄糖完全氧化需 190克O2。 2、构成细胞成分含有氧，如酵母细胞元素组成 为C3.95 N6.5 O1.94。
第七章发酵过程中工艺参数的检测和 控制
第一节 工业发酵的主要类型
发酵过程控制
3〕菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。
引起发酵液pH值变化的常见因素 (1)下降 ①培养基中C/N不当，有机酸积累； ②消沫油加得过多； ③生理酸性物质过多； (2)上升 ①C/N比例不当，N过多，氨基氮释放； ②生理碱性物质过多； ③中间补料时碱性物参加量过大；
➢ 发酵液的pH值变化是菌体代谢反响的综合结果。
②利用温度变化率S〔℃/h〕：先使罐温恒定， 再关闭自控装置，测量S，根据
③热力学方法：
根据盖斯定律：“在恒压和横容条件下，一个反响 不管是一步完成或几步完成，其反响热是一样的〞。这 实际上是热力学第一定律的必然推论，因为焓〔H〕是 状态函数，过程的焓变与途径无关，只决定于过程的始 态和终态。发酵热可根据标准燃烧热或标准生成热来计 算。
2 影响pH值变化的因素
在发酵过程中，pH值的变化决定于所用的菌 种、培养基的成分和培养条件。在产生菌的代 谢过程中，菌体本身具有一定的调整周围环境 pH值，构建最适pH值的能力。
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。
发酵过程的主要控制参数
⑴ pH值： 显示发酵过程中各种生化反响的综合 结果。
⑵ 温度：不同的菌种，不同产品，发酵不同阶 段所维持的温度亦不同。
⑶ 溶氧浓度〔DO值，简称溶氧〕：一般用绝对 含量(mg／L)来表示，有时也用在一样条件下 氧在培养液中饱和度的百分数(％)来表示。
⑷ 基质含量：定时测定糖(复原糖和总糖)、氮 (氨基氮或铵氮)等基质的浓度。
后期产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要， 就又提高温度，刺激产物合成到放罐。
2〕根据培养条件选择
➢温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。 ➢通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低 些，溶氧浓度也可髙些。 ➢培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利 用快，会使菌过早自溶。
引起发酵液pH值变化的常见因素 (1)下降 ①培养基中C/N不当，有机酸积累； ②消沫油加得过多； ③生理酸性物质过多； (2)上升 ①C/N比例不当，N过多，氨基氮释放； ②生理碱性物质过多； ③中间补料时碱性物参加量过大；
➢ 发酵液的pH值变化是菌体代谢反响的综合结果。
②利用温度变化率S〔℃/h〕：先使罐温恒定， 再关闭自控装置，测量S，根据
③热力学方法：
根据盖斯定律：“在恒压和横容条件下，一个反响 不管是一步完成或几步完成，其反响热是一样的〞。这 实际上是热力学第一定律的必然推论，因为焓〔H〕是 状态函数，过程的焓变与途径无关，只决定于过程的始 态和终态。发酵热可根据标准燃烧热或标准生成热来计 算。
2 影响pH值变化的因素
在发酵过程中，pH值的变化决定于所用的菌 种、培养基的成分和培养条件。在产生菌的代 谢过程中，菌体本身具有一定的调整周围环境 pH值，构建最适pH值的能力。
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。
发酵过程的主要控制参数
⑴ pH值： 显示发酵过程中各种生化反响的综合 结果。
⑵ 温度：不同的菌种，不同产品，发酵不同阶 段所维持的温度亦不同。
⑶ 溶氧浓度〔DO值，简称溶氧〕：一般用绝对 含量(mg／L)来表示，有时也用在一样条件下 氧在培养液中饱和度的百分数(％)来表示。
⑷ 基质含量：定时测定糖(复原糖和总糖)、氮 (氨基氮或铵氮)等基质的浓度。
后期产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要， 就又提高温度，刺激产物合成到放罐。
2〕根据培养条件选择
➢温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。 ➢通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低 些，溶氧浓度也可髙些。 ➢培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利 用快，会使菌过早自溶。
第七章 发酵过程的控制
• 1温度对微生物的影响 各种微生物都有自己最适的生长温度范围，在此范围 内，微生物的生长最快。同一种微生物的不同生长阶 段对温度的敏感性不同 • 2温度对微生物酶的影响 温度越高，酶反应速度越快，但酶的失活也越快，表 现出微生物细胞容易衰老，使发酵周期缩短，从而影 响发酵过程最终产物的产量。
1、发酵温度
4、CO2和呼吸商的影响及控制
• 三．发酵过程中CO2的控制 • CO2浓度受到许多因素的影响，如细胞的 呼吸强度、通气搅拌程度、设备规模、罐 压大小、温度等。通气搅拌程度越大，体 系中CO2浓度越低。 • 工业发酵中，CO2的影响远比溶解氧的影 响要小得多，因此，一般不单独进行控制。
5、基质浓度的影响及补料控 制
压力法
覆膜氧电极 法
极普法
4、CO2和呼吸商的影响及控制
• 一．二氧化碳对发酵过程的影响 CO2影响发酵液的酸碱平衡，使发酵液的 pH值下降，或与其他化学物质发生化学反 应，或与生长必需金属离子形成碳酸盐沉 淀等原因，造成间接作用而影响菌体生长 和产物合成。
4、CO2和呼吸商的影响及控制
• 二．呼吸商与发酵的关系 • 微生物的耗氧速度常用单位质量的细胞(干 重)在单位时间内消耗氧的量，即呼吸商或 比耗氧速率(或呼吸强度)。单位体积培养液， 在单位时间内消耗的氧量称为摄氧率。 • Q氧气 = γ/ Cc 在菌体浓度一定的情况下，摄氧率越大， 呼吸商越大，发酵就越旺盛。
主要内容
由于发酵过程的复杂性，使得发酵过程的控制较为复杂， 目前生产中较常见的参数主要包括：温度、pH值、溶解氧、 空气流量、基质浓度、泡沫、搅拌速率、罐压、效价等。
9 发酵参数和发酵终点的监测与控制 10 发酵过程的计算机控制 设备及管道清洗与消毒的控制
1、发酵温度
4、CO2和呼吸商的影响及控制
• 三．发酵过程中CO2的控制 • CO2浓度受到许多因素的影响，如细胞的 呼吸强度、通气搅拌程度、设备规模、罐 压大小、温度等。通气搅拌程度越大，体 系中CO2浓度越低。 • 工业发酵中，CO2的影响远比溶解氧的影 响要小得多，因此，一般不单独进行控制。
5、基质浓度的影响及补料控 制
压力法
覆膜氧电极 法
极普法
4、CO2和呼吸商的影响及控制
• 一．二氧化碳对发酵过程的影响 CO2影响发酵液的酸碱平衡，使发酵液的 pH值下降，或与其他化学物质发生化学反 应，或与生长必需金属离子形成碳酸盐沉 淀等原因，造成间接作用而影响菌体生长 和产物合成。
4、CO2和呼吸商的影响及控制
• 二．呼吸商与发酵的关系 • 微生物的耗氧速度常用单位质量的细胞(干 重)在单位时间内消耗氧的量，即呼吸商或 比耗氧速率(或呼吸强度)。单位体积培养液， 在单位时间内消耗的氧量称为摄氧率。 • Q氧气 = γ/ Cc 在菌体浓度一定的情况下，摄氧率越大， 呼吸商越大，发酵就越旺盛。
主要内容
由于发酵过程的复杂性，使得发酵过程的控制较为复杂， 目前生产中较常见的参数主要包括：温度、pH值、溶解氧、 空气流量、基质浓度、泡沫、搅拌速率、罐压、效价等。
9 发酵参数和发酵终点的监测与控制 10 发酵过程的计算机控制 设备及管道清洗与消毒的控制
发酵工艺原理第七章
34
• 蒸发热：通入发酵罐的空气，其温度和湿度 随季节及控制条件的不同而有所变化。空气 进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热 交换。同时必然会引起水分的蒸发；蒸发所 需的热量即为蒸发热。 • 蒸发热的计算： Q蒸发=G（I2-I1） G：空气流量，按干重计算，kg/h I1 、 I2 ：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg （干空气）
39
发酵过程，微生物生长速率变化 dX/dt = μX- αX μ: 比生长速率 α：比死亡速率 当处于生长状态时， μ>>α, α可忽略。
40
μ与 α与温度有关
根据Arrenhnius公式 μ = Ae-E/RT α = A’e-E’/RT 通常E’大于E，物的生长繁殖和产物合成的影响
• pH影响酶的活性 • pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态
• pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离
解 • pH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
46
2，发酵过程中pH的变化
生长阶段 生成阶段 自溶阶段
47
dP dt
X
:比例常数 dP g dt ：产物合成速度（ / L h）
X：菌体浓度（ / L） g
18
■分批发酵的分类对实践的指导意义
从上述分批发酵类型可以分析： 如果生产的产品是生长关联型（如菌体 与初级代谢产物），则宜采用有利于细胞 生长的培养条件，延长与产物合成有关的 对数生长期； 如果产品是非生长关联型（如次级代谢 产物），则宜缩短对数生长期，并迅速获 得足够量的菌体细胞后延长平衡期，以提 高产量。
产物形成与生长有关， 如酒精、某些酶等。
Q Y Q : 产物形成比速率（g / h L） 物的率（g / g） Y ：菌体生长为基准的产 ：比生长速率（ ） h
各工艺条件对发酵的影响(一)
各工艺条件对发酵的影响发酵条件控制的目的就是要为生产菌创造一个最适的环境，使我们所需要的代谢活动得以最充分的表达，积累更多的代谢产物。
影响L-苏氨酸产量的因素有很多，如培养基、温度、pH、溶氧等。
1、培养基对发酵的影响：发酵培养基必需满足微生物的能量、元素及特殊养分的需求：碳源、氮源、无机盐类、生长因子等。
（1）碳、氮、磷的平衡：C/N直接影响菌体的生长和代谢，如果C/N偏小（氮源丰富），会导致菌体生长过剩，易造成菌体提前衰老自溶；C/N过大，菌体繁殖数量少，发酵密度低，细菌代谢不平衡，不利于产物的积累。
磷是核酸与磷脂的成分，组成高能磷酸化合物及许多酶的活性基，磷不足影响菌体生长。
在代谢方面，适量磷有利于糖代谢的进行；磷酸根在能量代谢中起调节作用。
另外，在一定范围内，磷酸盐对培养基pH值的变化起缓冲作用。
（2）基质浓度对发酵的影响：低浓度有诱导作用（迟滞期产生各种酶），高浓度会起分解代谢物阻遏作用；培养基过于丰富，会使菌体生长过盛，发酵液黏稠，影响传质。
（3）碳源的种类和浓度对发酵的影响：碳源的种类对发酵的影响主要取决于其性质，即快速利用的碳源（速效碳源）和缓慢利用的碳源（迟效碳源）。
速效碳源（如葡萄糖）能较快地参与微生物的代谢，合成菌体、产生能量、合成代谢产物等；迟效碳源（如蔗糖）不能被微生物直接吸收利用，需要微生物分泌胞外酶先将其分解成小分子物质，因此菌体利用缓慢。
速效碳源（葡萄糖）的特点：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：有的分解代谢产物对产物的合成会产生阻遏作用。
碳源的浓度对菌体的生长和产物的合成有着明显的影响。
以葡糖糖为例，它对糖代谢中的一个关键酶——葡糖糖氧化酶（GOD）的形成具有双重效应，即低浓度下有诱导作用，而高浓度下有分解代谢产物阻遏效应。
为避免初始培养基中渗透压过高，一般采用中间补糖的方法控制碳源浓度。
发酵过程中补糖过量，碳代谢流在糖酵解途径中过量，必须分解部分氧化副产物（如乙酸、乳酸、其它氨基酸等）来维持碳代谢流平衡，易造成碳源浪费，糖酸转化率低。
菌体浓度与基质对微生物发酵的影响及其控制
菌体浓度与基质对微生物发酵的影响及其控制一、菌体浓度对发酵的影响及控制菌体（细胞）浓度(cellconcentration)是指单位体积培养液中菌体的含量。
无论在科学研究上，还是在工业发酵控制上，它都是一个重要的参数。
菌浓的大小，在一定条件下，不仅反映菌体细胞的多少，而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段。
在发酵动力学研究中，需要利用菌浓参数来算出菌体的比生长速率和产物的比生成速率等有关动力学参数，以研究它们之间的相互关系，探明其动力学规律，所以菌浓仍是一个基本参数。
菌浓的大小与菌体生长速率有密切关系。
比生长速率μ大的菌体，菌浓增长也迅速，反之就缓慢。
而菌体的生长速率与微生物的种类和自身的遗传特性有关，不同种类的微生物的生长速率是不一样的。
它的大小取决于细胞结构的复杂性和生长机制，细胞结构越复杂，分裂所需的时间就越长。
典型的细菌、酵母、霉菌和原生动物的倍增时间分别为45min、90min、3h和6h左右，这说明各类微生物增殖速率的差异。
菌体的增长还与营养物质和环境条件有密切关系。
营养物质包括各种碳源和氮源等成分和它们的浓度。
按照Monod方程式来看，生长速率取决于基质的浓度(各种碳源的基质饱和系数Ks在1～10mg ／L之间)，当基质浓度c(S)>10Ks时，比生长速率就接近最大值。
所以营养物质均存在一个上限浓度，在此限度以内，菌体比生长速率则随基质浓度增加而增加，但超过此上限，基质浓度继续增加，反而会引起生长速率下降。
这种效应通常称为基质抑制作用。
这可能是由于高浓度基质形成高渗透压，引起细胞脱水而抑制生长。
这种作用还包括某些化合物(如甲醇、苯酚等)对一些关键酶的抑制，或使细胞结构成分发生变化。
一些营养物质的上限浓度(g／L)如下：葡萄糖100、NH4+5、PO43-10。
在实际生产中，常用丰富培养基，促使菌体迅速繁殖，菌浓增大，引起溶氧下降。
所以，在微生物发酵的研究和控制中，营养条件(含溶氧)的控制至关重要。
7第七章.发酵过程的中间控制
四环素生 物合成过 程中系列 参数的动 态变化过 程
1：效价； 2：呼吸强 度；3：生 物热；4： 糖浓度
2. 搅拌热（ Q搅拌）
• 通风发酵都有大功率搅拌，搅拌的机械运动造成 液体之间，液体与设备之间的摩擦而产生的热 。 Q搅拌=3600×（P/V） 3600：热功当量（kJ/（kW.h）） （P/V）：通气条件下单位体积发酵液所消耗的 功率（ kW/m3）
3. 蒸发热（ Q蒸发）
• 通入发酵罐的空气，其温度和湿度随季节及控 制条件的不同而有所变化。空气进入发酵罐后， 就和发酵液广泛接触进行热交换。同时必然会 引起水分的蒸发；蒸发所需的热量即为蒸发热。 • 蒸发热的计算： Q蒸发=G（I2-I1） G：空气流量，按干重计算，kg/h I1 、 I2 ：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg （干空气）
五、温度的控制
发酵罐：夹套（10M3以下） 盘管（蛇管） （10M3以上）
冷却介质：深井水或冷冻水 控制方式：手动控制或自动控制
温度 计
调节阀 温度控制器
第二节、 pH对发酵的影响及控制
• 尽管多数微生物能在3～4个pH单位的pH范 围内生长，但是在发酵工艺中，为了达到 高生长速率和最佳产物形成，必须使pH在 很窄的范围内保持恒定。
四，最适温度的选择 最适温度是一种相对概念，是指在该温度下最 适于菌的生长或发酵产物的生成。 最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件 和菌体生长阶段有关。 最适发酵温度的选择
–根据发酵阶段的不同，选择不同的培养温度。 –参考其它发酵条件来选择温度。 –温度的选择还应考虑培养基成分和浓度
三、最适PH值的选择和调节
1. 最适PH值的选择
原则：有利于菌体生长和产物的合 成。一般根据实验结果确定。
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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。
• 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
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
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。
• 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。
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。
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）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；
究，方可取得良好的效果。
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
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
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
• 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
• • • • • • • • 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
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。