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第十章 发酵中间控制 发酵工艺过程，不同于化学反应过程。在发酵过程中进行着及其复杂的生物化学反应，且与微生物细胞的生命息息相关。因此在发酵生产中要受许多因素的影响和工艺条件的制约。 即使同一菌种，在不同厂家生产水平不一样 原因：设备，原材料来源，培养条件等差别 一般菌株的生产性能越高，使其表达应有的生产潜力所需的环境条件就越难满足。高产菌种比低产菌种对工艺条件的被动更为敏感。 总之，发酵水平取决于：菌体本身的性能和适宜的环境条件（如培养基、T、pH、O2）。 工艺控制的目的就是要为生产菌创造一个最合适的环境，使我们所需要的代谢活动得以最充分的表达。 第一节 发酵过程的主要控制参数 微生物的发酵是在一定条件下进行的，其内在代谢变化是通过各种检测装置测出的参数反映出来的。近代的发酵设备，都是利用各种仪表甚至计算机来控制的。这样就可在严格的监视下进行发酵，使产物的产量达到理想的程度。 与微生物发酵有关的 参数，可分为物理、化学、生物三类。 一、物理参数 1、温度 （对发酵是第一重要的） 温度的高低影响酶的反应，氧的溶解和传递速率，菌体生长和产物合成等。 2、压力（Pa） 罐内维持正压，一般在0.2－0.5×105Pa（比外界压力大0.2－0.5个大气压）可防止外界空气中的杂菌侵入而避免污染，以保证纯种培养；同时还与O2和CO2的溶解度有关。在一定压力下，有利于O2、CO2的溶解，但罐压不宜过大。 3、搅拌转率（r/min） 其大小与O2传递速率和发酵液均匀性有关。 4、搅拌功率（kw） 搅拌器搅拌时所消耗的功率。由电机提供。 5、空气流量（v/（v.min）） 需氧发酵的控制参数，指每分钟内每单位体积发酵液通人空气的体积。一般控制在0.5～1.0 （v.min）范围内。 6、粘度（Pa.s） 其大小可作为细胞生长或细胞形态的一项标志，也能反映罐内菌丝分裂过程的情况。其大小可改变氧传递的阻力。 7、浊度（％） 反映单细胞生长状况的参数。一般细胞愈多，发酵液愈浑浊。 8、料液流量（L/min） 控制流体进料的参数。 以上参数并非都是重要或必须的，有时有些参数无需检测。 二、化学参数 1、pH（酸碱度） 发酵工艺控制的重要参数之一，它的高低与菌体生长和产物合成有着重要的关系。 2、基质浓度（g或mg％） 发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的浓度。重要参数之一。发酵过程中，必须定时测定糖（还原糖和总糖）、氮（氨基氮或铵氮）等基质的浓度。 3、溶解氧浓度（ppm或饱和度，％） 了解产生菌对氧利用的规律，反映发酵的异常情况，也可作为发酵中间控制的参数及设备供氧能力的指标。 4.氧化还原电位(mv) 影响微生物生长及其生化活性的因素之一. 5.产物的浓度(ug(u)/ml) 决定发酵是否正常以及发酵周期长短的根据. 6.废气中的氧浓度(Pa) 与r和k2a有关 7.废气中的CO2浓度(%) 产生菌呼吸放出CO2,因而从CO2浓度可了解产生菌的呼吸代谢规律。 8.跟踪细胞生物活性的其它化学参数 如NAD-NADH体系等。 三、生物参数 1、菌丝形态 作为衡量种子质量，区分发酵阶段，控制发酵过程的代谢变化的代谢和决定发酵周期的依据之一。 2、菌体浓度 控制微生物发酵的重要参数之一。 在生产上，常常根据菌体浓度阶段合适的补料量和供氧量以保证生产达到预期的水平。 第二节 温度的影响及其控制 微生物的生长和产物合成都是在各种酶催化下进行的，温度是保证酶活性的重要条件。因此在发酵过程中必须保证稳定而合适的温度环境。 一、影响发酵温度变化的因素 发酵过程中，随着菌对培养基的利用，以及机械搅拌的作用，将产生一定热量。同时因罐壁散热，水分蒸发等也带走部分热量。 发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。它是引起发酵过程中温度变化的主要原因。 Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q显－Q辐射 现将发酵过程中产热和散热的因素分述如下： 1、生物热（Q生物） ——产生菌在生长繁殖过程中产生的热能。 菌体对营养物质的分解代谢产生大量的热能，部分被菌体利用，其部分以热能形式释放出来，形成生物热。 生物热大小的影响因素： 随培养时间不同而不同（时间性） 发酵初期 菌数少，呼吸作用缓慢 ，Q生物小 对数生长期 菌体较多