培养条件对发酵的影响PPT演示文稿
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微生物发酵PPT(培养技术)
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分批培养的优势： 操作简便, 周期短,染菌的机会减少和生产过程、产 品质量较易掌握,并且分批发酵在优势条件下对数 生长期会以最大生长率生长。 分批培养的局限： （1）培养过程中存在基质抑制问题, 生长受到限制, 包含有底物限制和毒素限制两种,如果对基质浓度 敏感或是对毒素累积敏感的产物,采用分批培养不 合适,产率较低。 （2）进行分批操作时,每次工作前都要进行设备、 材料、培养基等对仪器、设备及控制元件的技术要求较高, 从 而增加投资成本。 （2）连续培养是开放系统,并且发酵周期长, 有极大 的可能性造成菌体染菌,这也是生产成败的关键问题。 （3）在长期的发酵过程中,微生物容易发生变异, 菌 株退化问题也限制了大型连续培养生产,生产慢的高 产菌株很可能逐渐被生长快的低产变异菌株取代,从 而降低生产效率。 （4）丝状真菌菌体容易附着在器壁上生长以及在发 酵液内结团, 给连续发酵操作带来困难。
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谢谢大家！
The end
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其它重要技术
1 膜分离与发酵的耦合 膜生物反应器可以分为两类：第一类用膜保留培养物, 使 之悬浮于生物反应器中,不会因微滤或透析作用使细胞流 失。因而水流和培养物在反应系统中的持留时间各异。 第二类把生物催化剂固定在膜表面上或网格中或夹持在 两张膜的中间, 因此, 生物催化剂是不能运动的。 膜技术的优点：避免菌体丢失；排除有害代谢物,避免或 减轻产物的反馈抑制,从而使高密度细胞培养成为可能； 可以提高发酵中有机酸的产率, 乙醇、丙酮、丁醇发酵的 反馈抑制, 在基因工程菌的培养、超氧歧化酶生产、单克 隆抗体生产等方面都能达到较高的产率。
另外,不断的补料稀释, 对降低发酵液的粘度, 改善
流变学性质, 强化好氧发酵的供氧,也是十分有利的。
工业发酵培养基发酵培养基的作用满足菌体的生长促进PPT课件
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2. 葡萄糖
➢所有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡 萄糖效应。 ➢工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一 定的质量指标。
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3.糖蜜 （制糖工业上的废糖蜜或结晶母液）
甘蔗糖蜜（cane molasses） 包括
甜菜糖蜜（beet molasses）
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2.提供生长因子的农副产品原料
（1）玉米浆：（corn steep liquor, CSL） 最具代表性。
（2）麸皮水解液 （3）糖蜜 （4）酵母
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第二节 淀粉水解糖的制备
在工业生产中，将淀粉水解为葡萄 糖（glucose）的过程称淀粉的糖化， 制得的溶液叫淀粉水解糖。
复合低聚糖
有机酸、有色物质
损失葡萄糖量 7％
<1％
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不利影响：
（1）降低了葡萄糖的收率。 （2）给产物的提取和糖化液的精制带来困难。
复合反应：生成的多数复合糖不能被微生物利用，使 发酵结束时残糖高。 分解反应：生成的5‘－羟甲基糠醛是产生色素的根源， 增加了糖化液精制脱色的困难。
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糖蜜使用的注意点：
除糖份外，含有较多的杂质，对发酵产生 不利的影响，需要进行预处理。
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二、工业上常用的氮源（nitrogen source）
1.无机氮(迅速利用的氮源) 种类：氨水、铵盐或硝酸盐、尿素 选择合适的无机氮源有两层意义： 满足菌体生长 稳定和调节发酵过程中的pH
一、工业上常用的碳源（carbon source）
1.谷物淀粉（玉米、马铃薯、木薯淀粉） — 应用最广。
2. 葡萄糖
➢所有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡 萄糖效应。 ➢工业上常用淀粉水解糖,但是糖液必须达到一 定的质量指标。
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3.糖蜜 （制糖工业上的废糖蜜或结晶母液）
甘蔗糖蜜（cane molasses） 包括
甜菜糖蜜（beet molasses）
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2.提供生长因子的农副产品原料
（1）玉米浆：（corn steep liquor, CSL） 最具代表性。
（2）麸皮水解液 （3）糖蜜 （4）酵母
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第二节 淀粉水解糖的制备
在工业生产中，将淀粉水解为葡萄 糖（glucose）的过程称淀粉的糖化， 制得的溶液叫淀粉水解糖。
复合低聚糖
有机酸、有色物质
损失葡萄糖量 7％
<1％
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不利影响：
（1）降低了葡萄糖的收率。 （2）给产物的提取和糖化液的精制带来困难。
复合反应：生成的多数复合糖不能被微生物利用，使 发酵结束时残糖高。 分解反应：生成的5‘－羟甲基糠醛是产生色素的根源， 增加了糖化液精制脱色的困难。
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糖蜜使用的注意点：
除糖份外，含有较多的杂质，对发酵产生 不利的影响，需要进行预处理。
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二、工业上常用的氮源（nitrogen source）
1.无机氮(迅速利用的氮源) 种类：氨水、铵盐或硝酸盐、尿素 选择合适的无机氮源有两层意义： 满足菌体生长 稳定和调节发酵过程中的pH
一、工业上常用的碳源（carbon source）
1.谷物淀粉（玉米、马铃薯、木薯淀粉） — 应用最广。
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。
温度对发酵的影响及其控制PPT学习教案
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（二）温度对微生物发酵的影响
3、温度影响产物合成的方向。 例如，四环素发酵中所用的金色链霉菌，其
发酵过程中能同时产生金霉素，在温度低于 30℃时，合成金霉素的能力较强；合成四环 霉素的能力随温度的升高而增大，当达到 35℃时，只产生四环霉素，金霉素的合成几 乎停止。
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（三）最适温度的选择
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。
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（三）最适温度的选择
➢ 菌生长快，维持在较高温度时间要短些； ➢ 菌生长慢，维持较高温度时间可长些。 ➢ 培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那
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（三）最适温度的选择
（2）根据生长阶段选择 ➢ 在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌
体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速； ➢ 在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，
从而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。 因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关 闭得比较严密有利于产物合成。 ➢ 发酵后期，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。
E——额定电压，I——额定电流 cosφ——功率因素，1千瓦时＝860×4186.8焦耳
第7页/共24页
（一）影响发酵温度的因素
➢ 通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸发所需的热量叫蒸发热。此外，排 气也会带走部分热量叫显热Q显热，显热很小，一般可以忽略不计。
（二）温度对微生物发酵的影响
3、温度影响产物合成的方向。 例如，四环素发酵中所用的金色链霉菌，其
发酵过程中能同时产生金霉素，在温度低于 30℃时，合成金霉素的能力较强；合成四环 霉素的能力随温度的升高而增大，当达到 35℃时，只产生四环霉素，金霉素的合成几 乎停止。
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（三）最适温度的选择
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。
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（三）最适温度的选择
➢ 菌生长快，维持在较高温度时间要短些； ➢ 菌生长慢，维持较高温度时间可长些。 ➢ 培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那
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（三）最适温度的选择
（2）根据生长阶段选择 ➢ 在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌
体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速； ➢ 在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，
从而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。 因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关 闭得比较严密有利于产物合成。 ➢ 发酵后期，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。
E——额定电压，I——额定电流 cosφ——功率因素，1千瓦时＝860×4186.8焦耳
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（一）影响发酵温度的因素
➢ 通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸发所需的热量叫蒸发热。此外，排 气也会带走部分热量叫显热Q显热，显热很小，一般可以忽略不计。
发酵过程优化与控制PPT课件
菌种生产性能越高，其生产条件越难满足。
.
3
发酵过程技术原理
分批发酵 补料-分批发酵 半连续发酵 连续发酵
.
4
分批发酵
几个重要参数：
为比生长速率,h-1； -qs 为比基质消耗速率,(g/g)/h； qp 为比产物形成速率,(g/g)/h 。
uX dX dt
q xX d S dt
补充养分，同时解除/消弱代谢产物的抑制。
不足：
丢失了未利用的养分和处于生长旺盛期的菌体；送去提炼 的发酵液体积更大；丢失代谢产生的前体物；利于非产生 菌突变株的生长。
实施：海洋微藻合成藻红素和EPA。
需要摸索最佳的培养基更新速率。
.
10
连续发酵
发酵过程中一面补入新鲜的料液，一面以相同的流速 放料，维持发酵液原来的体积。（恒化培养）
.
1
发酵过程优化与控制
发酵
狭义——厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成 乳酸或乙醇等的分解代谢过程。
广义——微生物把一些原料养分在合适的发酵 条件下经特定的代谢途径转变成所需产物的过 程。
.
2
发酵是一个很复杂的生化过程，其好坏涉及诸多因素： 菌种性能、培养基组成、原料质量、灭菌条件、种子 质量、发酵条件和过程控制等
pH变化会影响酶活，菌对基质的利用效率和细
胞结构，从而影响菌的生长和产物的合成。
.
23
选择最适发酵pH的原则是获得最大比生产速率和
适当的菌量。
分阶段pH控制策略
如何控制发酵液pH？
基础培养基的配方；通过加酸碱或中间补料 例如，青霉素发酵，通过调节加糖速率来控制pH；链 霉素的生产，补充NH3来控制pH，同时为产物合成提 供氮源。
培养液pH可反映菌的生理状况：pH上升超过最适值，意 味着菌处于饥饿状态，可加糖调节；糖的过量又使pH下 降；用氨水中和有机酸需防止微生物中毒，可通过监测 培养液种溶氧浓度的变化来控制。
.
3
发酵过程技术原理
分批发酵 补料-分批发酵 半连续发酵 连续发酵
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4
分批发酵
几个重要参数：
为比生长速率,h-1； -qs 为比基质消耗速率,(g/g)/h； qp 为比产物形成速率,(g/g)/h 。
uX dX dt
q xX d S dt
补充养分，同时解除/消弱代谢产物的抑制。
不足：
丢失了未利用的养分和处于生长旺盛期的菌体；送去提炼 的发酵液体积更大；丢失代谢产生的前体物；利于非产生 菌突变株的生长。
实施：海洋微藻合成藻红素和EPA。
需要摸索最佳的培养基更新速率。
.
10
连续发酵
发酵过程中一面补入新鲜的料液，一面以相同的流速 放料，维持发酵液原来的体积。（恒化培养）
.
1
发酵过程优化与控制
发酵
狭义——厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成 乳酸或乙醇等的分解代谢过程。
广义——微生物把一些原料养分在合适的发酵 条件下经特定的代谢途径转变成所需产物的过 程。
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2
发酵是一个很复杂的生化过程，其好坏涉及诸多因素： 菌种性能、培养基组成、原料质量、灭菌条件、种子 质量、发酵条件和过程控制等
pH变化会影响酶活，菌对基质的利用效率和细
胞结构，从而影响菌的生长和产物的合成。
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23
选择最适发酵pH的原则是获得最大比生产速率和
适当的菌量。
分阶段pH控制策略
如何控制发酵液pH？
基础培养基的配方；通过加酸碱或中间补料 例如，青霉素发酵，通过调节加糖速率来控制pH；链 霉素的生产，补充NH3来控制pH，同时为产物合成提 供氮源。
培养液pH可反映菌的生理状况：pH上升超过最适值，意 味着菌处于饥饿状态，可加糖调节；糖的过量又使pH下 降；用氨水中和有机酸需防止微生物中毒，可通过监测 培养液种溶氧浓度的变化来控制。
《生物发酵培养技术》课件
拓展生物发酵培养技术的应用领域
生物医药领域
利用生物发酵培养技术生产生物药物，如抗生素、疫 苗等。
生物能源领域
利用生物发酵培养技术生产生物燃料，如生物柴油、 生物乙醇等。
生物材料领域
利用生物发酵培养技术生产生物材料，如可降解塑料 、生物纤维等。
THANKS
感谢观看
固定化细胞发酵培养
总结词
固定化细胞发酵培养是一种将微生物细 胞固定在一定载体上，实现细胞的高密 度培养和产物连续生产的生物发酵培养 技术。
VS
详细描述
固定化细胞发酵培养的优点是能够提高细 胞的局部浓度和产物浓度，同时可以简化 下游处理过程。该技术适用于多种微生物 的培养，尤其适用于产生胞外代谢产物的 微生物。在实际应用中，需要选择适宜的 载体和固定化方法，以及控制好温度、 pH、溶氧等环境因素。
。同时，还需要注意基因工程菌的安全性和伦理问题。
04
生物发酵培养技术的实际应用案 例
酒精发酵
酒精发酵是一种利用微生物发酵产生酒精的过程，是生物发酵培养技术的重要应用 之一。
酒精发酵过程中，酵母菌通过厌氧呼吸将糖类物质转化为乙醇和二氧化碳，广泛应 用于酿酒、燃料等领域。
酒精发酵技术不断发展，通过优化发酵工艺和菌种选育，可以提高酒精产率和品质 ，降低生产成本。
发酵培养条件的控制
温度控制
讨论温度对微生物生长和发酵过 程的影响，以及如何进行温度控
制。
pH值控制
解释pH值对微生物生长和发酵过 程的影响，以及如何调节和维持适 宜的pH值。
溶氧控制
说明溶氧对好氧发酵的重要性，以 及如何通过搅拌和通气来控制溶氧 水平。
03
生物发酵培养技术的方法与流程
分批式发酵培养
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4章：发酵工业培养基PPT课件
二级发酵＝1个种子罐+１个发酵罐；
三级发酵＝２个种子罐+１个发酵罐；
在三级发酵中，将小种子罐（一级种子罐）的菌剂
接入到较大的二级种子罐中培养，繁殖后再接入发酵
罐中。
.
4
3.设计发酵级数依据的3大原则：
①菌种的性质（孢子数、孢子发芽率及生长率）： 单位体积或重量的孢子浓度大、发芽快、生长快
的菌种，发酵级数少，否则，级数多； ②发酵罐中种子的最低接种量： 接种量少者，级数少；否则，级数多（多次繁殖才
生理酸、碱性盐配合理使用： 矫正pH，意义重大
实例： A.用曲霉制糖化酶：加NaNO3，→菌体粗壮、培养 时间短、糖化力高，酶活性强。
.
24
原因：曲霉产酸，Na+→NaOH矫正，→pH稳定。
B.黑曲霉发酵制纤维素酶：加（NH4）2SO4 ， NH4+利用，→SO4过剩，→H2SO4→pH下降抑制杂菌； 糖化酶活力高。
.
14
B.糖蜜！！！ 糖厂生产糖时的结晶母液，副产物，含有丰富的 糖，氮素化合物，矿质元素，维生素，是发酵工业 价廉物美的原料。 糖蜜主要含蔗糖，含糖量达50%-70%（W/V）。 糖蜜分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜两种，成分不同， 使用时要查阅有关资料。 糖蜜常用于酶母的酒精发酵、丙酮丁酮生产及抗 生素发酵。
原因：玉米浆中含苯乙酸等 2.内源前体
产生菌自身合成的、用于目的产物化学结构形成的
化合物 实例：α-氨基乙二酸、半胱AA、缬氨酸为青霉素、
头孢霉素C合成的前体。
目的产物“合成与否及产量高低”与“前体”密切
相关： 无前体，则目的产物合成如 “无源之水”
.
27
七.活性物质
需要量少，但作用明显的化学物质。
教学培训PPT发酵过程工艺控制
30
三、CO2浓度的控制
二氧化碳浓度的控制根据它对发酵的影响而定。 通气搅拌控制二氧化碳浓度 ； 二氧化碳的产生与补料控制有密切关系
31
第五节 流加补料的控制
优点：
1.可以解除底物抑制、产物的反馈抑制和分解代谢物 阻遏作用；
2.避免因一次性投料过多造成细胞大量生长，耗氧过
多而造成波谷现象；
3.可用作控制细胞质量的手段； 4.可作为理论研究的手段，为自动控制和最优化控制
➢ ➢ 单独使用效果差，常与分散剂（微晶二氧化硅）一起使用
23
（5）消泡剂的应用和增效
A 消泡剂加载体增效 B 消泡剂并用增效 C 消泡剂乳化增效。
24
2 机械消泡
靠机械力引起强烈振动或者压力变化， 促使泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的 液体加以分离回收。
25
理想的机械消泡装置： 动力小 结构简单 坚固耐用 清洗、杀菌容易 维修保养费用少
生产阶段：pH趋于稳定 自溶阶段：pH上升
12
引起pH下降的因素：
（凡是导致酸性物质生成或释放及碱性物质消耗的发 酵，其pH都会下降）
1）培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过 量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大 量积累而pH下降。 2）消泡油加得过多 3）生理酸性物质的存在，氨被利用，pH下降
13
引起pH上升的因素：
（凡是导致碱性物质生成或释放，酸性物质消耗 的发酵，其pH都会上升） 1）培养基中碳氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放， 使pH上升。 2）生理碱性物质存在 3）中间补料中氨水或尿素等碱性物质的加入过多使pH 上升。
14
三、 发酵过程中 pH的调节与控制 1添加碳酸钙法； 2氨水流加法； 3尿素流加法
三、CO2浓度的控制
二氧化碳浓度的控制根据它对发酵的影响而定。 通气搅拌控制二氧化碳浓度 ； 二氧化碳的产生与补料控制有密切关系
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第五节 流加补料的控制
优点：
1.可以解除底物抑制、产物的反馈抑制和分解代谢物 阻遏作用；
2.避免因一次性投料过多造成细胞大量生长，耗氧过
多而造成波谷现象；
3.可用作控制细胞质量的手段； 4.可作为理论研究的手段，为自动控制和最优化控制
➢ ➢ 单独使用效果差，常与分散剂（微晶二氧化硅）一起使用
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（5）消泡剂的应用和增效
A 消泡剂加载体增效 B 消泡剂并用增效 C 消泡剂乳化增效。
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2 机械消泡
靠机械力引起强烈振动或者压力变化， 促使泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的 液体加以分离回收。
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理想的机械消泡装置： 动力小 结构简单 坚固耐用 清洗、杀菌容易 维修保养费用少
生产阶段：pH趋于稳定 自溶阶段：pH上升
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引起pH下降的因素：
（凡是导致酸性物质生成或释放及碱性物质消耗的发 酵，其pH都会下降）
1）培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过 量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大 量积累而pH下降。 2）消泡油加得过多 3）生理酸性物质的存在，氨被利用，pH下降
13
引起pH上升的因素：
（凡是导致碱性物质生成或释放，酸性物质消耗 的发酵，其pH都会上升） 1）培养基中碳氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放， 使pH上升。 2）生理碱性物质存在 3）中间补料中氨水或尿素等碱性物质的加入过多使pH 上升。
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三、 发酵过程中 pH的调节与控制 1添加碳酸钙法； 2氨水流加法； 3尿素流加法
培养条件对混菌发酵产酶的影响
蒸 馏 水 １０ ０ Ｌｐ ７０ ７２ ０ ｍ Ｈ ．～ ． １１ 种 子 发 酵 培 养 基 ．４ ．
蛋 白胨 ４ 、 ＭＣ ５ 、 蔗 糖 ３ ｇ Ｎ ＮＯ ０ 、 ｇＣ ｇ ０ 、 ａ ３１ ｇ
Ｋ２ ＨＰＯ４ ｇ、 Ｓ ｌ Ｍｇ Ｏ４・ ７Ｈ２ ０ ０ ５ ＫＣ１ ５ｇ、 ｅ ０４‘ ． ｇ、 ０． Ｆ Ｓ
苷键 ． 纤 维素 变成 纤维 素 二糖 和葡 萄糖 的一 组 使
酵产 Ｃ ＭＣ酶 、 白酶 的影 响 ， 出 发酵 基质 的最 佳 ｐ 值 蛋 得 Ｈ
为 ５０：通 过 单 因子 试 验 研 究 混 菌 比例 对 混 出混 菌 发酵 产 Ｃ 得 ＭＣ酶 的 最佳 混 菌 比例 为 ４： ２ ２： ，
也 大不相 同 对 纤维 素能进 行有效 降解 的生物包 括 细菌 、 丝状真 菌 、 放线 菌 、 软体动 物等 。 从微 生物 分解 菌来 讲 ，Ｏ世 纪 ６ ２ ０年代 以来 ， 据 不完 全统 计 ． 国内外 共记 载 了产纤 维 素酶 的 菌
ｐ 值 、 速 这 ３个 因 素 对 混 菌 发 酵 产 Ｃ Ｈ 转 ＭＣ酶 、 白酶 的 蛋
中蛋 白质水 解产 物的 多少成 正 比 ．而 水解 产物 的 量又 同蛋 白酶活力 成正 比例 关 系 ． 因此 ， 据蓝 色 根
反 应 的 强 弱 就 可 推 测 蛋 白酶 的 活 力
２ 结 果 与 分 析
７ Ｏ ００ ｇ 蒸 馏 水 １Ｏ ０ 。 Ｈ２ ．１ 、 ０ ｍＬ
１１６ 试 剂 ．．
影 响 ， 得 混菌 发 酵 产 Ｃ 测 ＭＣ酶 的最 佳 条 件 是 ：Ｈ ． 、 度 ｐ ５０ 温 ３ ℃、 速 １ ０／ ｎ 产 蛋 白酶 的最 佳 条 件 是 ：Ｈ ．、 度 ８ 转 ５ｒ ｍｉ ； ｐ ６０ 温
第二节-发酵过程影响因素及过程控制全
最适温度的选择与控制
❖ 最适温度的选择还要参考其它发酵条件灵活掌握 通气条件较差情况下，最适发酵温度可能比正 常良好通气条件下低一些。 培养基成分和浓度的影响
最适温度的选择与控制
变温培养：在抗生素发酵过程中采用变温培养比用恒 温培养所获得的产物有较大幅度的提高。 e.g. 四环素发酵：0~30h稍高温度→30~150h稍低温度 →150h后升温发酵 青霉素发酵：30℃, 5h→25 ℃, 35h →20 ℃, 85h → 25 ℃, 40h；产量提高14.7％
❖ 2)在发酵过程中加弱酸或弱碱进行pH值的调 节，合理地控制发酵条件，或调节通气量来控 制pH值。
❖ 3)进行补料是较好的办法，既调节培养液的 pH值，又可补充营养。如氨水、尿素流加法 等。
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（2）pH控制方法比较
❖ 以青霉素发酵为例，最适pH为6.6～6.9 控制方案： 方案一：培养基中供应充足的糖，并配用pH缓冲剂 方案二：培养基中供应充足的糖，以非基质NaOH调节pH 方案三：在发酵过程中恒速补糖，以NaOH、H2SO4调节pH 方案四：改变补糖速率来控制pH为6.6～6.9
→90℃保 持60min ，剩 留 活性 为 88%~99%； 35℃ 培 养 → 经 相 同 条 件 处 理 ， 剩 余 活 性 仅 有 6%~10%。
5. 最适温度的选择与控制
❖ 定义：最适温度是指在该温度下最适于菌的生 长或产物的生成，它是一种相对概念，是在一 定条件下测得的结果。
❖ 二阶段发酵 e.g.青霉素发酵：菌体生长期,30 ℃ 青霉素合成分泌期, 20 ℃
❖ 最适发酵温度是指生产工艺上发酵速度最快时 的温度，在此温度下，产酶及代谢产物积累量 最大。
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最新第4章培养条件对发酵的影响-8PPT课件
• 8． 第二次蒸发。该道操作基本上与第 一次蒸发操作相同，只是第二次蒸发开 始后，加入适量亚硫酸氢钠溶液（35波 美度），能起到漂白而保护色泽的作用。 蒸发至规定的浓度，即可放料至成品桶 内。 上述的工艺操作规程，主要指特、甲级 成品而言，如生产乙级成品的操作工序， 只要求一次脱色和一次蒸发，而且有些 操作指标也略有差异
• 过量的磷酸盐对某些抗生素合成产生抑制作用。 • 培养基中钙盐过多时，会形成磷酸钙沉淀，降
低培养基中可溶性磷的含量， • 当培养基中磷和钙均要求较高浓度时，可将两
者分别消毒或逐步补加。
硫和铁
• 硫也是菌体细胞蛋白质的组成部分。它参与合 成含硫氨基酸的元素，也是某些抗生素分子中 的组成元素。含硫的氨基酸，如甲硫氨酸是甲 基供体。
• 162
18 180
• 1000
X=
• DE值:用DE值表示淀粉水解的程度或糖化程度。糖 化液中还原性糖以葡萄糖计，占干物质的百分比称 为DE值。
•
• DE值计算：
•
• DE=
还原糖浓度（C2）×100%
•
干物质浓度（W1）×糖液比重（d）
• 还原糖用裴林氏法等法测定，浓度表示：葡萄糖
g/100ml糖液；
• 干物质用阿贝折光仪测定，浓度表示：干物质 g/100g糖液。
淀粉糖制备(酸化法）
• 1. 调粉。在调粉桶内先加部分水（可使用 离交或滤机洗水），在搅拌情况下加入淀 粉原料，投料完毕，继续加水使淀粉乳达 到规定浓度（40%），然后加入盐酸调节 至规定pH值。 2.糖化。调好的淀粉乳，用耐酸泵送入糖 化罐，进料完毕打开蒸气阀升压力至 2.8kg/cm2左右，保持该压力3～5min。 取样，用20%碘液检查糖化终点。糖化液 遇碘呈酱红色即可放料中和。
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13
• 6． 第一次蒸发。离子交换后，准确调 好pH值的糖液，利用泵送至蒸发罐，保 持真空度在500毫米汞柱以上，加热蒸 气压力不得超过1公斤/厘米2 ，控制蒸 发浓缩的中转化糖浆浓度在42～50%左 右。可出料进行第二次脱色。 7． 二次脱色过滤。经第一次蒸发后的 中转化糖浆送至脱色桶，再加入定量新 鲜活性炭，操作与第一次脱色相同。二 次脱色糖浆必须反复回流过滤至无活性 炭微粒为止，方可保证质量。然后将清 透、无色的中转化糖浆，送至贮糖桶。
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• 8． 第二次蒸发。该道操作基本上与第 一次蒸发操作相同，只是第二次蒸发开 始后，加入适量亚硫酸氢钠溶液（35波 美度），能起到漂白而保护色泽的作用。 蒸发至规定的浓度，即可放料至成品桶 内。 上述的工艺操作规程，主要指特、甲级 成品而言，如生产乙级成品的操作工序， 只要求一次脱色和一次蒸发，而且有些 操作指标也略有差异
第4 章 培养条件对发酵的影响
• 4.1 培养基 • 4.2 接种和菌种扩大培养 • 4.3 培养基灭菌 • 4.4 温度 • 4.5 供氧和二氧化碳 • 4.6 空气除菌 • 4.7 pH • 4.8 消泡 • 4.9 防止杂菌污染 • 4.10 植物细胞培养 • 4.11 动物细胞培养
1
4.1 微生物培养基 (Culture medium)
• 培养基的重要性：
• 微生物的生长； • 产物的合成； • 工艺路线及工艺设备的选择； • 产品的质量和产量； • 影响生产成本；
3
发酵培养基的组成(composition)
• 碳源：糖类、脂肪、某些有机酸、醇或碳氢化合物。 • 氮源：花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、
蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和 酒糟等。常用的无机氮源有氨水、硫酸铵、氯化铵、 硝酸盐等。 • 无机盐类：镁、硫、磷、铁、钾、钙、钠、氯、锌、 钴、锰等 • 生长因子(growth factors)：维生素，如生物素， • 前体物(precursors)：被菌体直接用于药物合成而自 身结构无显著改变的物质称为前体。
• 微生物利用脂肪作碳源时，需要更多的 氧，如果供氧不足，造成有机酸积累。
• 如果醋酸钠作为碳源，引起pH上升。 • CH3COONa+2O2 ⇒ 2CO2 +H2O
+NaOH
6
糖类
• 葡萄糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖和淀粉等是药物 发酵生产中常用的碳源。
• 发酵过程中过多的葡萄糖会加速菌体的呼吸， 如果此时通风不足，致使培养基中溶解氧不能 满足菌体的需要，会使一些酸性中间代谢物如 乳酸、丙酮酸、乙酸等积累，使培养基pH降低， 从而抑制微生物的生长和产物的合成。
• 液化：利用淀粉酶(amylase)使糊化淀粉水解 到一定的糊精和低聚糖程度，粘度大大降低， 流动性增加。
• 糖化：（C6H10O5）n + nH2O = nC6H12O6 • 淀粉 (glucoamylase)水
• 162
18 180
• 1000
X=
10
• DE值:用DE值表示淀粉水解的程度或糖化程度。糖 化液中还原性糖以葡萄糖计，占干物质的百分比称 为DE值。
4
（1）碳源( Carbon source)
• 碳源是组成培养基的主要成分之一。
• 碳源的主要作用：
• 供给菌种生命活动所需要的能量； • 构成菌体细胞成分； • 用于合成代谢产物；
• 碳源的其它作用：
• 客观上也是调节维持pH的成分。 • 调节渗透压。
5
碳源如何影响pH
• 微生物利用糖份作碳源时，如果供氧不 足，造成有机酸积累。 pH下降。
4.1.1 培养基成分 4.1.2 培养基的种类 4.1.3 培养基的优化 4.1.4 影响培养基质量的因素 4.1.5 培养基灭菌技术
2
4.1.1 培养基成分 (Medium proposition)
• 培养基定义：
• 微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的按 一定比例配制的多种营养物质的混合物。
12
• 3 中和。糖化液转入中和桶进行中和，开始搅 拌时加入定量废炭作助滤剂，逐步加入10%碳 酸钠溶液中和，要掌握混和均匀，达到所需的 pH值后，打开出料阀，用泵将糖液送入过滤 机。滤出的清糖液随即送至冷却塔，冷却后糖 液进行脱色。 4． 脱色。清糖液放入脱色桶内，加入定量活 性炭随加随拌，脱色搅拌时间不得少于5分钟 （指糖液放满桶后），然后再送至过滤机，滤 出清液盛放在贮桶内备用。 5． 离子交换。将第一次脱色滤清液送至离子 交换滤床进行脱盐、提纯及脱色。糖液通过阳 -阴-阳-阴4个树脂滤床后，在贮糖桶内调整 pH值至3.8～4.2。
菌酵母菌利用。
8
淀粉水解(hydrolase)工艺
• 酸水解： • 酸-酶法： • 双酶法：高温淀粉酶，糖化酶。 • 双酶法制糖主要过程：玉米淀粉原料出
发，经配料，糊化，液化和糖化，脱色 过滤，制备成淀粉水解糖。
9
酶法(Enzymatic)制糖
• 糊化：淀粉乳加热，淀粉颗粒膨胀，晶体结构 消失，变成糊状液体，淀粉不再沉淀。
• 细菌，酵母菌一般都只能利用简单的单糖。 • 淀粉是霉菌和放线菌容易利用的碳源。
7
淀粉(Starch)
• 淀粉分玉米淀粉、甘薯淀粉、土豆淀粉和小麦 淀粉等；
• 价格比较低廉，来源也较丰富； • 微生物需有淀粉水解酶方可直接利用淀粉；大
多数霉菌可直接利用碳源。 • 可利用水解制糖工艺将淀粉转化为糖类，供细
•
• DE值计算：
•
Hale Waihona Puke • DE=还原糖浓度（C2）×100%
•
干物质浓度（W1）×糖液比重（d）
• 还原糖用裴林氏法等法测定，浓度表示：葡萄糖
g/100ml糖液；
• 干物质用阿贝折光仪测定，浓度表示：干物质 g/100g糖液。
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淀粉糖制备(酸化法）
• 1. 调粉。在调粉桶内先加部分水（可使用 离交或滤机洗水），在搅拌情况下加入淀 粉原料，投料完毕，继续加水使淀粉乳达 到规定浓度（40%），然后加入盐酸调节 至规定pH值。 2.糖化。调好的淀粉乳，用耐酸泵送入糖 化罐，进料完毕打开蒸气阀升压力至 2.8kg/cm2左右，保持该压力3～5min。 取样，用20%碘液检查糖化终点。糖化液 遇碘呈酱红色即可放料中和。
• 6． 第一次蒸发。离子交换后，准确调 好pH值的糖液，利用泵送至蒸发罐，保 持真空度在500毫米汞柱以上，加热蒸 气压力不得超过1公斤/厘米2 ，控制蒸 发浓缩的中转化糖浆浓度在42～50%左 右。可出料进行第二次脱色。 7． 二次脱色过滤。经第一次蒸发后的 中转化糖浆送至脱色桶，再加入定量新 鲜活性炭，操作与第一次脱色相同。二 次脱色糖浆必须反复回流过滤至无活性 炭微粒为止，方可保证质量。然后将清 透、无色的中转化糖浆，送至贮糖桶。
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• 8． 第二次蒸发。该道操作基本上与第 一次蒸发操作相同，只是第二次蒸发开 始后，加入适量亚硫酸氢钠溶液（35波 美度），能起到漂白而保护色泽的作用。 蒸发至规定的浓度，即可放料至成品桶 内。 上述的工艺操作规程，主要指特、甲级 成品而言，如生产乙级成品的操作工序， 只要求一次脱色和一次蒸发，而且有些 操作指标也略有差异
第4 章 培养条件对发酵的影响
• 4.1 培养基 • 4.2 接种和菌种扩大培养 • 4.3 培养基灭菌 • 4.4 温度 • 4.5 供氧和二氧化碳 • 4.6 空气除菌 • 4.7 pH • 4.8 消泡 • 4.9 防止杂菌污染 • 4.10 植物细胞培养 • 4.11 动物细胞培养
1
4.1 微生物培养基 (Culture medium)
• 培养基的重要性：
• 微生物的生长； • 产物的合成； • 工艺路线及工艺设备的选择； • 产品的质量和产量； • 影响生产成本；
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发酵培养基的组成(composition)
• 碳源：糖类、脂肪、某些有机酸、醇或碳氢化合物。 • 氮源：花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、
蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和 酒糟等。常用的无机氮源有氨水、硫酸铵、氯化铵、 硝酸盐等。 • 无机盐类：镁、硫、磷、铁、钾、钙、钠、氯、锌、 钴、锰等 • 生长因子(growth factors)：维生素，如生物素， • 前体物(precursors)：被菌体直接用于药物合成而自 身结构无显著改变的物质称为前体。
• 微生物利用脂肪作碳源时，需要更多的 氧，如果供氧不足，造成有机酸积累。
• 如果醋酸钠作为碳源，引起pH上升。 • CH3COONa+2O2 ⇒ 2CO2 +H2O
+NaOH
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糖类
• 葡萄糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖和淀粉等是药物 发酵生产中常用的碳源。
• 发酵过程中过多的葡萄糖会加速菌体的呼吸， 如果此时通风不足，致使培养基中溶解氧不能 满足菌体的需要，会使一些酸性中间代谢物如 乳酸、丙酮酸、乙酸等积累，使培养基pH降低， 从而抑制微生物的生长和产物的合成。
• 液化：利用淀粉酶(amylase)使糊化淀粉水解 到一定的糊精和低聚糖程度，粘度大大降低， 流动性增加。
• 糖化：（C6H10O5）n + nH2O = nC6H12O6 • 淀粉 (glucoamylase)水
• 162
18 180
• 1000
X=
10
• DE值:用DE值表示淀粉水解的程度或糖化程度。糖 化液中还原性糖以葡萄糖计，占干物质的百分比称 为DE值。
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（1）碳源( Carbon source)
• 碳源是组成培养基的主要成分之一。
• 碳源的主要作用：
• 供给菌种生命活动所需要的能量； • 构成菌体细胞成分； • 用于合成代谢产物；
• 碳源的其它作用：
• 客观上也是调节维持pH的成分。 • 调节渗透压。
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碳源如何影响pH
• 微生物利用糖份作碳源时，如果供氧不 足，造成有机酸积累。 pH下降。
4.1.1 培养基成分 4.1.2 培养基的种类 4.1.3 培养基的优化 4.1.4 影响培养基质量的因素 4.1.5 培养基灭菌技术
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4.1.1 培养基成分 (Medium proposition)
• 培养基定义：
• 微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的按 一定比例配制的多种营养物质的混合物。
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• 3 中和。糖化液转入中和桶进行中和，开始搅 拌时加入定量废炭作助滤剂，逐步加入10%碳 酸钠溶液中和，要掌握混和均匀，达到所需的 pH值后，打开出料阀，用泵将糖液送入过滤 机。滤出的清糖液随即送至冷却塔，冷却后糖 液进行脱色。 4． 脱色。清糖液放入脱色桶内，加入定量活 性炭随加随拌，脱色搅拌时间不得少于5分钟 （指糖液放满桶后），然后再送至过滤机，滤 出清液盛放在贮桶内备用。 5． 离子交换。将第一次脱色滤清液送至离子 交换滤床进行脱盐、提纯及脱色。糖液通过阳 -阴-阳-阴4个树脂滤床后，在贮糖桶内调整 pH值至3.8～4.2。
菌酵母菌利用。
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淀粉水解(hydrolase)工艺
• 酸水解： • 酸-酶法： • 双酶法：高温淀粉酶，糖化酶。 • 双酶法制糖主要过程：玉米淀粉原料出
发，经配料，糊化，液化和糖化，脱色 过滤，制备成淀粉水解糖。
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酶法(Enzymatic)制糖
• 糊化：淀粉乳加热，淀粉颗粒膨胀，晶体结构 消失，变成糊状液体，淀粉不再沉淀。
• 细菌，酵母菌一般都只能利用简单的单糖。 • 淀粉是霉菌和放线菌容易利用的碳源。
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淀粉(Starch)
• 淀粉分玉米淀粉、甘薯淀粉、土豆淀粉和小麦 淀粉等；
• 价格比较低廉，来源也较丰富； • 微生物需有淀粉水解酶方可直接利用淀粉；大
多数霉菌可直接利用碳源。 • 可利用水解制糖工艺将淀粉转化为糖类，供细
•
• DE值计算：
•
Hale Waihona Puke • DE=还原糖浓度（C2）×100%
•
干物质浓度（W1）×糖液比重（d）
• 还原糖用裴林氏法等法测定，浓度表示：葡萄糖
g/100ml糖液；
• 干物质用阿贝折光仪测定，浓度表示：干物质 g/100g糖液。
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淀粉糖制备(酸化法）
• 1. 调粉。在调粉桶内先加部分水（可使用 离交或滤机洗水），在搅拌情况下加入淀 粉原料，投料完毕，继续加水使淀粉乳达 到规定浓度（40%），然后加入盐酸调节 至规定pH值。 2.糖化。调好的淀粉乳，用耐酸泵送入糖 化罐，进料完毕打开蒸气阀升压力至 2.8kg/cm2左右，保持该压力3～5min。 取样，用20%碘液检查糖化终点。糖化液 遇碘呈酱红色即可放料中和。