第六章发酵工艺的控制.ppt

第六章 生物工艺的控制 温度、pH、氧气、二氧化碳 泡沫 发酵染菌的防治与处理 发酵过程参数监测 　一、初级代谢的代谢变化： 初级代谢没有明显的产物形成期，产物随着菌体生长在不断的进行合成，有的与菌体的生长呈平行关系。如乳酸、醋酸，?与Ｑp顶峰几乎在同一时期出现，而氨基酸、酶、核酸的发酵过程比前者复杂，它的?与Ｑp的大小则随培养基成分、碳源、温度、菌株等不同而变化。 二、次级代谢产物变化 菌体生长阶段： 接种后，菌体开始生长，直达到菌体的临界浓度。同时，营养物质进行分解代谢，不断的消耗，浓度明显减少，溶氧浓度逐渐降低到一定的水平，其中某一参数可能成为菌体生长的限制因素，使菌体生长速度减慢，积累了相当量的某些代谢中间体，原有的酶活力下降，出现了与次级代谢有关的酶，其酶解除了控制等原因，导致菌体的生理状况发生改变，菌体就从生长阶段转入产物合成阶段。 这一阶段又称为菌体的生长期或发酵前期。　　 菌体自溶阶段： 菌体衰老，细胞开始自溶，氨氮含量增加，pＨ上升，产物合成能力衰退，生产速率下降，此时应必须结束发酵，否则，影响产品的提取。　 这一阶段又称为菌体的自溶期或发酵后期。 6.2.1 基质浓度对发酵的影响及其补料控制 　　在S 10ks时，比生长速率就接近最大值。 所以营养物质均存在一个上限浓度，在此浓度以内，菌体的比生长速率随浓度增加而增加，但超过此限，浓度继续增加，反而会引起生长速率下降，这种效应称基质的抑制作用。 就产物 的形成来说，培养基过于丰富，有时会使菌体生长过旺，黏度增大，传质差，菌体不得不花费较多的能量来维持其生存环境，即用 于非生产的能量大大增加，这对产物合成不利。 （1） 碳源的种类和浓度的影响和控制 碳源分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源。迅速利用的碳源能较迅速地参与代谢、合成菌体和产生能量，并分解产物（如丙酮酸），有利于菌体的生长。但有的分解代谢产物对产物的合成可能产生阻遏作用。 　　 慢速利用的碳源为菌体缓慢利用，有利于延长代谢 产物的合成（如抗生素），许多药物发酵采用。例如乳糖、蔗糖、麦芽糖、玉米油分别是青霉素、头孢菌素C 、盐霉素、核黄素及生物碱发酵的最适碳源。因此选择最适碳源对提高代谢产物产量是很重要的。 在工业上，发酵培养基中常采用迅速和缓慢利用的混合碳源，来控制菌体的生长和产物的合成。 碳源的浓度也对发酵有影响。由于过于丰富所引起的菌体异常繁殖，对菌体的代谢和产物合成和氧的传递会产生不良影响。若产生阻遏作用的碳源用量过大，则产物的合成会受到明显的抑制。反之，仅仅供给维持量的碳源，菌体生长和产物的合成就都停止。所以控制合适的碳源浓度是非常重要的。 控制碳源的浓度，可采用经验法和动力学法，即在发酵过程中采用中间补科的方法来控制。这要根据不同代谢类型来确定补糖时间、补糖量和补糖方法。动力学方法是根根菌体的比生长速率、糖比消耗速率及产物的比生成速率等动力学参数来控制。 快速利用氮源容易被菌体所利用，促进菌体生长，但对某些代谢产物的合成，特别是某些抗生素的合成产生调节作用，影响产量。如链霉菌的竹桃霉素发酵中，采用促进菌体生长的铵盐，能刺激菌丝生长，但抗生素产量下降。 缓慢利用的氮源对延长次级代谢产物的分泌期，提高产物的产量是有好处的。但一次投入，也容易促进菌体生长和养分过早耗尽，以致菌体过早衰老而自溶，从而缩短产物的分泌期，因而要选择适当的氮源和适当的浓度。 发酵培养基一般是选用含有快速和慢速利用的混合氮源。如氨基酸发酵用铵盐和麸皮水解液、玉米浆；链霉素发酵采用硫酸铵和黄豆饼粉。但也有使用单一的铵盐或有机氮源(如黄豆饼粉)。它们被利用的情况与快速和慢速利用的碳源情况相同。 为了调节菌体生长和防止菌体衰老自溶，生产中也要控制氮源的浓度，除了在基础培养基中控制氮源浓度外，在发酵过程中，补加氮源来控制浓度。 （2） 磷酸盐浓度的影响和控制 磷酸盐浓度在初级代谢中的要求不如次级代谢严格。 对抗生素来说，常常是采用生长亚适量（对菌体生长不是最适合但又不影响生长的量）磷酸盐浓度，其最适浓度取决于菌种特征、培养条件、培养基的组成和来源等因素。 §菌体浓度 菌体浓度简称菌浓（cell conce