发酵工程 第9章 发酵过程工艺控制

（4）pH值不同有时会引起代谢过程改变，使 代谢产物的质量和比例发生变化。
pH影响代谢产物形成的数量和代谢途径方向
如 1)黑曲霉:在pH 2-3时发酵产生柠檬酸， 在pH近中性时，则产生草酸。
2)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。
3)酵母在酸性条件下产生乙醇，而在碱性条件 下发酵产物是甘油。
✓培养基组成 ✓氧的需求 ➢温度 ➢pH ➢泡沫 ➢补料 ➢CO2和呼吸商
第1节 温度对发酵的影响及控制
微生物生化反应与温度有着密切的关系。
一、温度对微生物细胞生长的影响
大多数微生物的适宜生长温度在20~40oC的范围。 在最适温度范围内，微生物的生长速率可达到最大。 生产菌在最适温度范围以下培养时，生长代谢慢； 当温度超过最适生长温度时生长速率随温度增加而 迅速下降。
➢ 不同微生物有其最适的生长温度范围。
➢ 同一种微生物，由于培养条件不同，其最适 的温度也有所不同。
➢ 处于不同生长阶段的微生物对温度的反应不同： 处于停滞期的微生物对温度等环境十分敏感； 在最适温度范围内可缩短细胞的延滞期。
二、温度对发酵代谢产物的影响
1.影升高响温发度酵会加动快力反学应，特同征时使细胞提早老化，影响最终产量。 2.改温变度变菌化体使代合成谢的产产物物发的生合改成变；方对向多组分比例产生影响。 3.影如响温微度影生响物反的馈抑代制谢作调用的节强机度制。 4.影通过响影发响酵其他液发的酵理参数化间性接质影响发酵进程。 5.影针响对细产胞物生的长和生产物物合合成成的最适温度不一致的情况。
第二篇 发酵工程机理与过程控制
第九章 发酵过程工艺控制
第一节 温度对发酵的影响及控制 第二节 pH对发酵的影响及控制 第三节 泡沫对发酵的影响及控制 第四节 CO2浓度和呼吸商 第五节 流加补料的控制
发酵研究的内容：
1.菌种的来源——找到一个好的菌种
2.发酵过程的工艺控制——最大限度发挥菌种的潜力
如：糖类（产有机酸），脂肪（产脂肪酸）
发酵过程中pH的变化因素
1.引起发酵液pH下降的因素 ①培养基碳氮比不当，碳源过多会使有机酸大量积累 ②消泡剂（油）加量过多 ③生理酸性物质的存在，如氨的利用pH下降
2.引起发酵液pH上升的因素 ①培养基碳氮比不当，氮源过多氨基氮释放使pH上升 ②生理碱性物质存在 ③补料时氨水等碱性物质加量过多
（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；
（3）pH值影响培养基某些营养成分和中间代谢 物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。
三、发酵过程中pH的调节与控制
最适pH的选择和调节的原则： – 既有利于菌体的生长繁殖，又可最大限度 的获得高产。 – 根据不同微生物的特性，在发酵过程中随 时检查pH 值的变化，选用适当的方法进行调节。
X
生长
合 成
百度文库pH
pH的控制
在发酵过程中，发酵液的pH随着微生物活动而不断变化， 为提供菌体适宜的生长或产物积累的pH值，需要对发酵生 产过程各阶段的pH值实施监控。
能力，以维持最适的pH环境。
发酵过程中pH的变化
外界环境发生较大变化时，pH会不断波动。 生理碱性物质：经微生物代谢后，导致pH上升 （碱性物质生成或酸性物质消耗）的物质。 如：有机氮源，硝酸盐，有机酸 （产NH3、OH-） 生理酸性物质：经微生物代谢后，导致pH下降 （酸性物质生成或碱性物质消耗）的物质。
控制一定的pH，不仅是保证微生物生长的主 要条件之一，而且是防止杂菌感染的一个措施。
二、发酵过程中pH的变化及影响因素
培养基中营养物质代谢是引起pH变化的主要因素。 随发酵进行，碳源、氮源等被利用，有机酸等产物 开始积累，会使pH产生一定的变化。 pH变化幅度取决于
所用菌种、培养基的成分和培养条件。 代谢过程中，菌自身具有一定的调整周围pH的
三、发酵热及其计算和测定
1.发酵热 发酵过程产生的热量。
包括： ➢ 生物热：微生物生长繁殖过程中的产热 ➢ 搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热 ➢ 蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量 ➢ 辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量 Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发-Q辐射
发酵热随时间而变化，尤其是生物热，具有很 强的时间性，处于旺盛的对数生长期产生的生 物热最大。 因此，发酵过程要维持一定的发酵温度，必须 采取保温措施，在夹套内通入蒸汽或冷却水控 制温度。
2.发酵热的测定和计算
1. 通过冷却水带走的热量进行计算； 2.通过发酵液的温度升高进行计算； 3.通过生物合成热进行计算。
四、最适温度的控制
最适发酵温度包含两方面信息：
既适合菌体生长、又适合代谢产物合成 1.有时最适生长温度与最适生产温度不 一致，需要在培养的不同阶段动态调整。 2.接种初期发酵温度会下降，需要及时 保温；待菌种进入指数生长期与主发酵 阶段时发酵产热，温度上升；发酵后期 温度又出现下降趋势，直至发酵结束。
选育耐高温菌的意义：
发酵过程所采用的微生物菌种若能在较 高的温度下生长繁殖，既可减少杂菌污 染的机会又可减少夏季培养所需的降温 辅助设备，对生产非常有利。
第2节 pH对发酵的影响及控制
pH是微生物代谢活动的综合指标， 是重要的发酵参数。
一、pH对发酵过程的影响
每一类微生物都有最适的和能耐受的pH范围。 由于菌种自身的特性以及产物的化学性质的关系， 微生物生长阶段和产物合成阶段的最适pH往往不 一样。
生长最适pH和产物形成最适pH的相互关系：
a. 两者相同，范围都宽；容易控制。 b. 两者相同，范围一宽一窄；必须严格控制。
c. 两者相同，范围都窄；必须严格控制。 d. 两者不同，范围都窄；分别严格控制。
pH对发酵的影响主要有： 1）影响微生物的生长繁殖（酶的活性） 2）影响细胞膜带电荷状态，改变膜的通透性 3）影响培养基中某些组分的解离和吸收 4）影响代谢产物形成的数量和代谢途径方向 5）影响产物的稳定性