第八章发酵过程控制资料

温度对菌的生长、产物合成的影响可能是不同的
12℃～30℃
二、影响发酵温度变化的因素
• 伴随发酵的进行而产生的热量叫发酵热；发酵热的 产生引起发酵液温度变化。在发酵过程中，某些因 素导致热的产生，另外一些因素又导致热量散失
二、影响发酵温度变化的因素

产热因素：生物热（Q生物）、搅拌热（Q搅拌）
由以上参数计算得出的菌体生长比速、氧比消耗速率、糖比消耗 速率、氮比消耗速率和产物比生成速率也是控制产生菌的代谢、决定 补料和供氧工艺条件的主要依据，多用于发酵动力学的研究。
第二节 温度控制
一、温度对发酵的影响

微生物发酵所用的菌体绝大多数是中温菌 温度会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合
分批发酵 连续发酵
补料分批发酵
三、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应的综合结果。
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，有时也用在相同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(还原糖和总糖)、氮(氨基氮或铵氮) 等基质的浓度
葡萄糖过量的培养基上温度对大肠杆菌生长比速的影响
温度对微生物生长的影响具体表现在： (1)有最适宜温度范围。 (2)高温使蛋白质凝固。耐热能力与pH值有关。

V
最适 最低
T 最高
温度对发酵的影响
(1)影响产物生成速度 (2)影响发酵液性质 (3)影响产物种类 a.改变体内酶系→中间产物种类→产物 种类; b.使代谢比例失调； (4)影响产物特性
第八章 发酵过程控制
第一节 发酵过程中的代谢变化与控
制参数
第二节 温度控制
第三节 pH值控制
第四节 泡沫控制 第五节 菌浓和基质对发酵的影响 第六节 发酵终点的判断
第一节 发酵过程中的代谢变化与控制参数
一、发酵工艺过程控制的重要性

微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的性能，而 且要赋以合适的环境条件才能使它的生产能力充分表达出来
三、发酵过程的主要控制参数
⑸ 空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入空气的体积， 也叫通风比。一般控制在0.5～1.0 L／(L· min)。 ⑹ 压力：罐压一般维持在0.02～0.05 MPa。 ⑺ 搅拌转速：控制搅拌转速调节溶氧。以每分钟的转数表示。 ⑻ 搅拌功率：常指每立方米发酵液所消耗的功率(kW／m3)。 ⑼ 黏度：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，通常用表观黏度表示之。

影响合成方向：用米曲霉制曲时，如温度在低限时，得 到蛋白酶，此时α -淀粉酶的合成受到抑制。金色链霉菌 在低于30℃时合成链霉素，温度到达35℃时，只产四环 素
影响产物生成量：黑曲霉生长最适温度33-37℃ ，积累 柠檬酸的最适温度在32℃ 影响产物质量：凝结芽孢杆菌合成α -淀粉酶时，发酵温 度控制在55℃时，合成的α -淀粉酶较耐高温，在90℃、 60min条件下，其活性丧失仅10％左右，而发酵温度控制 在35℃时，合成的α -淀粉酶在相同条件下丧失90％。
生物热与发酵类型有关
微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多
一摩尔葡萄糖彻底氧化成CO2和水 好氧：产生287.2千焦耳热量， 183千焦耳转变为高能化合物
104.2千焦以热的形式释放
厌氧：产生22.6千焦耳热量， 9.6千焦耳转变为高能化合物 13千焦以热的形式释放 二个例子中转化为高能化合物分别为63.7％和42.6％
散热因素：蒸发热（Q蒸发）、辐射热（Q辐射）
Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
产热>散热 净热量堆积 发酵液的温度上升； 相反，产热小于耗热，温度下降。 下面具体分析产热和散热的因素。
1) 生物热Q生物
在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，
将其分解氧化而产生的能量，其中一部分用于合成高能化 合物（如ATP）提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量， 其余一部分以热的形式散发出来，这散发出来的热就叫生 物热。
三、发酵过程的主要控制参数
(10)浊度：澄清培养液中低浓度非丝状菌的OD值与细胞浓度 成线性关系，波长600～700 nm间。浊度对氨基酸、核苷 酸等产品的生产是极其重要的。 (11)料液流量
(12)产物的浓度：
(13)氧化还原电位：限氧条件发酵用氧化还原电位参数控制 则较理想。 (14)废气中的氧含量：从废气中的氧和CO2的含量可以算出 产生菌的摄氧率、呼吸商和发酵罐的供氧能力。
三、发酵过程的主要控制参数
(15) 废气中的CO2含量：揭示产生菌的呼吸代谢规律。 (16) 菌丝形态：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长短的依据之一。 (17) 菌体浓度：是控制微生物发酵的重要参数之一，特别是 对抗生素次级代谢产物的发酵。常根据菌浓来决定适合的 补料量和供氧量。
必须了解有关生产菌种对环境条件的要求，并深入了解生产 菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢途径， 为设计合理的生产工艺提供理论基础 通过各种监测手段以及采用传感器测定发酵罐中的培养温度 、pH、溶解氧等参数情况，并予以有效地控制，使生产菌 种处于产物合成的优化环境中


二、发酵过程的代谢变化规律
特点：
• 具有时间性；
• 具有生物特异性；
• 与营养有关； 如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢 缓慢，发酵不正常。如果发酵前期Fra Baidu bibliotek度上升剧 烈，有可能染菌，此外培养基营养越丰富，生 物热也越大。
2) 搅拌热Q搅拌
在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液 作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设备之间的 摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用 下式计算：
成方向，影响微生物的代谢调控机制。影响发酵液的理
化性质，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成

在发酵过程中，需要维持适当的温度，才能使菌体生长
和代谢产物的合成顺利进行
不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对温度 的要求大致可分为四类：嗜冷菌适应于0～260C生长，嗜温 菌适应于15～430C生长，嗜热菌适应于37～650C生长，嗜 高温菌适应于650C以上生长