发酵工程第六章 发酵条件及过程控制

3、菌体浓度对产物的影响
♦ 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
式中， P ——发酵产物的产率(产物最大生成速率或生率),g/(L· h); QPm ——产物最大比生成速率,h-1; ♦初级代谢产物的产率与菌体浓度成正比； c(X) ——菌体浓度,g/L.
P=QPmc(X)
♦次级代谢产物的生产中，控制菌体的比生长速率μ比μ临略高 一点的水平，即c(X) ≤c(X)临时，菌体浓度越大，产物的产量 才越大。 ♦c(X)过高，摄氧率增加，溶氧成为限制因素，使产量降低。
（三）磷酸盐浓度的影响及控制
☺ 磷是构成蛋白质、核酸和ATP的必要元素，是微生物 生长繁殖所必需的成分，合成产物所必需的营养。 控制方式： ☺ 在基础培养基中采用适量的浓度给予控制，以保证菌 体的正常生长所需；
代谢缓慢：补加磷酸盐。举例：在四环素发酵中,间歇,微量添加磷
酸二氢钾,有利于提高四环素的产量。
（二）氮源
2、不同种类氮源对发酵的影响及控制 ☺ 培养基中某些氮源的添加有利于该发酵过程中产物的积累， 这些主要是培养基中的有机氮源作为菌体生长繁殖的营养 外，还有作为产物的前体。 如：缬氨酸、半胱氨酸和ɑ-氨基己二酸等是合成青霉素和头 孢霉素的主要前体。
☺ 无机氮源利用会快于有机氮源，但是常会引pH值的变化， 这必须注意随时调整。如：
（三）磷酸盐浓度的影响及控制
☺ 微生物生长良好时，所允许的磷酸盐浓度为0.32～ 300mmol/L，但次级代谢产物合成良好时所允许的磷 酸盐最高水平浓度仅为1mmol/L。 ☺ 因此，在许多抗生素，如链霉素、新霉素、四环素、 土霉素、金霉素和万古霉素等的合成中要以亚适量添 加。
举例：四环素发酵：菌体生长最适的磷浓度为65～70
4、发酵中菌体浓度的控制
速率和产物的比生产速率等动力学参数及相互关。 浊度法：用于非丝状菌的浓度测定。通常测定 420-600nm波长 范围内的光密度值（OD）。吸光度要求控制在0.3-0.5。
菌体浓度的检测??? 105℃烘至恒重称 干重法：取一定体积的发酵液离心或过滤， 重。
离心称湿重法：取一定体积的发酵液离心或过滤，自然沉降或 离心，测定湿重。
方式：一是补入碳源葡萄糖的速率糖、寡糖、多糖或油等。
2、碳源的浓度对发酵的影响及控制
（2）过高浓度对菌体生长的影响： 在重组毕赤酵母发酵生产水蛭素过程中，甲醇既作为碳骨 架，使细胞生长，又作为诱导物可以提高产物表达，但甲醇 浓度的提高会抑制细胞生长甚至导致细胞死亡。 因此，利用甲醇传感器控制甲醇流量，同时以限制性速度
2、影响菌体生长速率的因素：
☻菌体生长速率与微生物的种类和自 身的遗传特性相关； 如：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。
☻取决于营养物质的种类和浓度，基质 浓度与比生长率的关系如右图所示。 ☻环境条件: 温度, pH值, 渗透压和水分活度等因素。
第六章 发酵条件及过程控制
黄小龙
农学院生物技术系
本章主要内容
第一节 营养基质和菌体浓度 的影响及控制 第二节 温度的影响及其控制 第三节 pH的影响及控制 第四节 溶氧的影响及控制 第五节 泡沫的影响及控制 第六节 二氧化碳和呼吸商 第七节 发酵终点的控制 第八节 发酵过程的控制
第一节 营养基质和菌体浓度的影响及控制
（一）碳源
1、碳源的种类的影响
速效碳源 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 的分 解 代谢 产物 对 产物 的合成会产生阻遏作用。 迟效碳源 ������ 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
（二）氮源
2、不同种类氮源对发酵的影响及控制 ☺ 速效氮源易于被菌体吸收利用，所以有利于菌体生长，却 会影响某些产物的的产量； ☺ 迟效氮源对延长次级代谢产物的分泌期、提高产物产量有 好处，但一次性投入容易使养分过早耗竭，导致菌体过早 衰老自溶，从而缩短产物分泌期。 ☺ 因此，发酵培养基一般选用含有速效迟效氮源的混合氮源。
糖对青霉素生物合成的影响
������ 缺点：溶解度低，发酵液粘度 大。
2、碳源的浓度对发酵的影响及控制
（1）碳源分解代谢物阻遏： 在某一浓度下碳源会阻遏一个或多个负责产物合成的酶。 克服的一种方法是采用中间补料的方式使补入碳源的速率 等于其消耗速率；另一种方法是使用非阻遏性碳源。 例如：头孢菌素C生物合成途径的关键酶-----去乙氧头 孢菌素C合成酶对碳分解代谢物阻遏物敏感，解决的
μg/mL, 而四环素合成最适磷浓度为25～30 μg/mL。
（四）菌体浓度的影响及控制
1、菌体浓度（cell concentration）指单位体积中菌体的含量，
是发酵工业中的一个重要参数。它不仅代表菌体细胞的多少， 而且反应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，常采用菌体浓度来计算菌体的比生长 菌体浓度的检测
混合流加甘油，可获得较高的水蛭素产量。
（二）氮源
1、氮源的种类 ☺ 无机氮源和有机氮源： 无机氮源: 硝酸盐、铵盐、氨水等； 有机氮源: 豆饼粉、花生饼粉、蛋白胨、酵母粉、酒糟、尿 素等.
无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被 菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源，反之为迟效氮源。前 者包括氨基态氮的氨基酸或者铵盐形式的硫酸铵和玉米浆等， 后者包括黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉等
(NH4)2SO4 →2NH3 ＋H2SO4
2、氮源的浓度对发酵的影响及控制
☺ 氮源浓度过高，会导致细胞脱水死亡，且影响传质；浓度
过低，菌体营养不足，影响产量。
☺ 影响发酵的方向：谷氨酸发酵——NH4+供应不足,促使形
成α-酮戊二酸；NH4+过量,促使谷氨酸转变成谷氨酰胺，
所以要控制适量的NH4+浓度 。 ☺ 为调节菌体生长和防止菌体衰老自溶，可根据需要随时补 加有机和无机氮源。