发酵工艺原理知识点归纳.pdf

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1、1 所学内 容： 1、 菌种 ： 选 育、 培 养、 保藏 ；2 、 发酵 的概 念、 原 理、 参数 控制 ；3 、 介绍 一些 产品的 发酵 过程 第 一章 绪论 一、发酵 1 、 发酵的定义： 培养生 物细 胞 （包 括动 物细 胞、 植物 细 胞和 微生 物） 来制 得产 物 的过 程。 2、发酵工业：根据有 无风味 要 求分 为酿 造工 业和 发酵 工 业。 3 、 实现发酵需具备的条件 ： 适 宜的 微生 物； 保 证微生 物进 行代 谢的 条件 （pH、营 养 、 温度等 ） ； 进 行发 酵的 设 备； 有提 取精 制产 品的 方法和 设备 二、发酵工业的沿革 天然 发酵 阶段

2、 ：嫌 气发 酵、非 纯种 培养 （靠 的是 经验） ，质 量不 稳定 。 纯 种培 养技 术 的建 立：巴 斯德 认识 到发酵 是由 微 生物所 进行 的化学 反应 ； 柯赫建 立了 单 种微生 物的 分离 和纯 培养 技术。 表面 培养 、产 量少 通气 搅拌 发酵 技术 的建 立：青 霉素 代谢 控制 发酵 技术 ：运 用动态 生物 化学 、遗 传学 知识， 控制 生物 合理 代谢 。 开拓 发酵 原料 时期 ； 基因工 程阶 段 三、发酵工业的范围 1、 微生物菌体发酵： 酵母、 微 生物 菌体 蛋白 （scp 单 细胞蛋 白） 、 藻类 、 活 性乳 酸菌制 剂、 真菌、 生物 杀虫

3、 剂。 2 、微生物酶发酵：工业应用 的 酶大 都来 自微 生物 发酵 。 3 、微生物代谢产物 发酵 初级代 谢产 物 ： 对数 生长期 所 产生 的产 物， 是 菌体生 长 繁殖 所必 需的， 如氨基 酸、 核苷 酸、 蛋白质 、核 酸、 类脂 、糖 类等 次级代 谢产 物：菌 体生 长 静止期 中， 某些菌 体能 合 成在生 长期 中不能 合成 的 、具有 一些 特 性的产 物， 如抗 生素 、生 物碱、 细菌 毒素 、植 物生 长因子 等 4 、 微生物转化发酵： 利 用 微生物 细胞 的一 种或 多种 酶把一 种化 合物 转变 成结 构相关 的更 有 经济价 值的 产物的 生化 反

4、应，特 点是 特异性 强， 包 括反应 特异 性、结 构位 置 特异性 和立 体特 异 性。最 古老 的生 物转 化就 是利用 菌体 将乙 醇转 化成 乙酸的 醋酸 发酵 。 2 5、利用生物技术所 得的生 物细胞发酵 消除 环境 污染 ； 保持 生态平 衡； 湿 法冶 金； 利用 生物 技术 所得 的生 物细胞 发酵 四、 发酵工业的特征 1、 发酵 原料 的选 择和 预处理 2、微 生物 菌种 的选 育及 扩 大培养 3、发 酵设 备选 择及 工艺 条 件控制 4、发 酵产 物的 分离 纯化 5、 发酵 废弃 物的 回收 利用 五、发展趋势 第 二章 工业 微生物 的生 长与 产物 的生

5、物合 成 微生物 的特 点：体 积小 、 繁殖快 、吸 收转化 快、 适 应性强 、容 易变异 、分 布 广、种 类多 、 代谢类 型多 。 一、微生物的生长与 分化 1 、微生物的生长繁 殖 （1）细 菌： 无性 二等 分裂。 菌 龄一 般指 培养 时间 。 （2）放 线菌 ：无 性孢 子或借 菌 丝断 片， 后者 常见 于液 体 培养 。 （3）霉 菌（ 丝状 真菌 ） ：无 性 孢子 和有 性孢 子。 （4）酵 母菌 ：出 芽繁 殖，可 能 形成 假菌 丝体 。 2 、微生物的生长曲 线 纵坐标 ：细 胞数 目的 对数 ；横坐 标： 时间 延滞期 （适应 期） ： 微 生 物数目 保持

6、不变 或略 有降 低， 菌体 生长 速率 为零 ， 代谢机 能非 常 活跃。 时间 越短 越好 。 对数生长期： 生 长速 度 迅速增加 ，细 胞的化 学组 成与生理 学性 质稳定 ，代 谢及其旺 盛。 常用于 进行 接种 、生 化研 究。 稳定期 （平衡期） ： 生 长 速率与 死亡 速率 达到 动态 平衡， 开始积 累贮 存物， 如 糖原、 脂肪、 异染颗 粒等 ，大 多数 芽孢 细菌形 成芽 孢， 许多 微生 物合成 大量 次级 代谢 产物 。 衰亡期：营养 物质 几乎耗 尽 ，毒 性物 质大 量积 累， 细 胞死 亡速 率迅 速增 加， 呈 现多 种形 态，如 原生 质凝 聚、 形成

7、菌丝断 片、 形成 “沉 没孢 子”等 。 3 3、微生物细胞的分 化 ：从 营养菌 丝体 产生 不同 形态 类型细 胞的 过程 二、代谢产物的生源 说与 生物合成 1 、初级代谢产物：产生菌多 为 代谢 失调 的突 变体 。 2 、合成次级代谢产 物的特 征 （1 ） 次级代谢产物具 有种 特异性： 分 类学 上相 同的菌 种 能产 生不 同结 构的 抗生 素 （如 灰色 链霉菌既 能合成 链霉素 又 能合成杀 假丝菌 素） ；分 类 学上不同 的微生 物也能 产 生相同的 抗生 素 （ 如 能产 生头 孢菌素 C 的 菌有霉 菌和 链霉 菌） （2 ） 分批发酵时， 产 生菌 生长周期分为

8、三个时 期： 菌体生 长期 、 产物 合成 期、 菌 体自 溶期 （3 ）次级代谢产物 不少是 结构相似的混合物 次级代 谢产 物的 合成 受多 基因控 制： 如质 粒在 次级 代谢产 物合 成中 起着 重要 的作用 3 、次级代谢产物的 构建单 位的生源说和生物合 成 生源说 ：次 级代 谢产 物分 子中构 建单 位的 各种 原子 的起源 （1 ） 聚酮体： 许多次 级代谢 产 物是 由乙 酸、 丙酸 、 丁 酸 单位 和某 些短 链脂 肪酸 通 过聚 酮体 途径衍 生来 的 （2 ）甲羟戊酸（3- 甲基-3，5- 二羟基 戊酸 ） （3 ）糖类和氨基糖 （4 ）不常见的氨基 酸 （5 ）环

9、多醇和氨基 环多醇 （6 ）非核酸的嘌呤 碱和嘧 啶碱的生物合成 4 、次级代谢产物生 物合成 的基本过程 （1 ）构建单位的聚 合 （2 ）次级代谢产物 的最终 修饰 三、微生物生物合成 的主 要调控机制 1 、次级代谢与初级 代谢的 关系 次级代 谢产 物和初 级代 谢 产物对 产生 菌的生 长繁 殖 作用不 同， 但它们 的生 物 合成途 径相 互 联系， 合成 途径与 初级 代 谢途径 相互 交叉又 相互 制 约。菌 体代 谢过程 中产 生 的某些 中间 产物 既 可用于 合成 初级 代谢 产物 ，又可 用于 合成 次级 代谢 产物， 这种 中间 产物 叫做 “分叉 中间 体” 2 、

10、初级代谢产物生 物合成 中的主要调控机制 （1 ）酶活性的调节 4 1 ） 酶活性的激活： 前提 激活 最 常见， 多发 生在 分解代 谢 途径， 代谢 途径 后面的 反 应可 被该 途径较 前面 的一 种代 谢中 间产物 所促 进。 2 ）酶活性的抑制： 协同 反馈 抑制 ： 分支 途径 的几种 末端 产物 同时 过量 时才抑 制共 同途 径中 的第 一个酶 活性 ， 而单独 的任 一终 产物 过量 均不抑 制第 一个 酶的 活性 积累 反馈 抑制： 每一 种 末端产 物按 一定百 分率 单 独抑制 共同 途径中 第一 个 酶活性 ，各 种 产物之 间既 无协 同效 应， 又无拮 抗作 用

11、增效 反馈 抑制： 代谢 途 径中任 何一 种末端 产物 过 量时， 仅部 分抑制 共同 反 应途径 中的 第 一个酶 活性 ，但 是两 个末 端产物 同时 过量 时， 其抑 制作用 可超 过各 产物 存在 的抑制 能力 的总 和 顺序 反馈 抑制 ：每 个分 支末端 产物 抑制 分支 后的 第一个 酶，产 生部 分抑 制作 用 （2 ）酶合成调节 1 ）酶合成的诱导 组成酶 ：合 成不 依赖 于环 境中物 质存 在的 酶； 诱导酶 ：只 在它 们催 化的 底物存 在时 才能 合成 的酶 2 ）酶合成的阻遏 反馈阻遏： 代 谢的 终产 物 达到一 定浓 度时 ，反 馈阻 遏该代 谢途 径中 的

12、一 种酶 或几种 酶的 生 物合成 多价阻 遏： 有两种 或两 种 以上末 端产 物的分 支途 径 中，当 分支 途径中 的几 种 末端产 物 同时过 量就 反馈 阻遏 其共 同途径 中的 第一 个酶 的合 成，仅 一种 产物 过量 无阻 遏作用 分解产物阻遏：被菌体 迅速 利 用的 底物 或其 分解 产物 对 许多 酶合 成的 抑制 作用 “葡萄 糖效 应” ：碳 分解 产 物的阻 抑作 用 “铵阻 遏效 应” ：铵 盐或 其 代谢产 物 （3 ）能荷调节（腺 苷酸调 节） 能荷： 细胞 中 ATP 、ADP 、AMP 系统 中可 供利 用的高 能 磷酸 键的 量度 3 、次级代谢产物生 物

13、合成 中的主要调控机制 （1 ）酶合成的诱导 调节 外源诱 导剂 ：外 源加 入； 内源诱 导剂 ：菌 体代 谢过 程中产 生的 （2 ）反馈调节 1） 次级 代谢 产物 的自 身反 馈抑制 ： 抑 制抗 生素 自身 合成所 需要 的抗 生素 浓度 与产生 菌的 生5 产能力 呈正 相关 性 2） 前体 物质 的自 身反 馈抑 制： 合 成次 级代 谢产 物的 前体的 自身 反馈 抑制 必然 影响次 级代 谢 产物的 合成 3） 支路 产物 的反 馈抑 制： 微生物 代谢 中产 生的 一些 分叉中 间体 ， 既可 用于 合成 初 级代 谢产 物，又 可用 于合 成次 级代 谢产物 4） 次级

14、代谢 产物 的自 身反 馈阻遏 ： 只 在氯 霉素 的生 物合成 中发 现， 当氯 霉素 合成达 到一 定 浓度时 ，它 能反 馈阻 遏自 身合成 途径 中的 第一 个特 异性酶 芳胺 合成 酶的 合成 （3 ）磷酸盐的调节 ： 高 浓 度磷酸 盐表 现出 较强 的抑 制作用 1） 磷酸 盐能 促进 初级 代谢， 抑 制菌 体的 次级 代谢 2） 过量 磷酸 盐抑 制次 级代谢 产 物前 体的 生物 合成 3）磷 酸盐 阻抑 次级 代谢 中 的磷酸 酯酶 （4 ）ATP 的调节作用 （5 ）碳分解产物的 调节作 用 （6 ）氯分解产物的 调节作 用 （7 ）产生菌生长速 率的调 节 （8 ）细

15、胞膜透性的 调节 第 三章 工业 微生物 的菌 种选 育 菌种选育： 根 据菌 种自 然 变异而 进行 的自 然选 育， 以及用 人工 方法 引起 菌种 变异或 形成 新 的杂种 ，再 按照 工业 生产 的要求 进行 筛选 来获 得新 的变种 或杂 种。 理论依据：微生 物的 遗传变 异 作用：提高 产品 质量 、增 加品种 、改 善工 艺条 件和 产生菌 的遗 传学 研究 方法：自然 选育 、诱 变育 种、杂 交育 种、 分子 育种 一、自然选育 不经过 人工 诱变 处理 ，根 据菌种 的自 发突 变而 进行 菌种筛 选的 过程 1、菌种衰退原因的分析 （1）菌种遗传特性的改 变 1） 遗传

16、 因素 ： 异核 现象； 自发 突变 ； 回复 突变 2）人 为和 环境 因素 （2）菌种生理状况的改 变 ：表 现为 菌种 衰退 6 2、自然选育方法 （1）单菌落分离法 （2）微观单孢子分离法 ： 显微镜 下挑 单菌 落 二、诱变育种 1、诱变过程 （1）诱变剂的种类及其 作 用机制 ：诱变 剂有 杀菌 、诱 变 作用 ，多 采用 杀菌率70%80%。 （2）诱变处理时应注意 的 几个问题 1） 选择 出发 菌株 ： 选 择纯 种 作为 出发 菌株； 不仅 是 产量 高的， 还应 具有我 们 所需 的代 谢特性 ； 选择 对诱 变剂 敏感的 菌株 作为 出发 菌株 ；多 个出 发菌 株 2

17、）诱变 剂的 选择 和使 用 3）影响 诱变 效果 的因 素 2、筛选过程 （1）随机筛选：进行 平板分 离 ，随 机挑 选单 菌落 ，从 中筛 选高 产菌 株。 1）摇 瓶筛 选法 2） 琼脂 块筛 选法 （2） 理性化筛选 ： 运用 遗传 学、 生物 化学 的原 理， 根据 产 物已 知的 或可 能的 生物 合 成途 径、 代谢调 控机 制和产 物分 子 结构来 进行 设计和 采用 一 些筛选 方法 ，以打 破微 生 物原有 的代 谢调 控 机制， 获得 大量 形成 产物 的高产 突变 株。 1）初 级代 谢产 物高 产菌 株 的筛选 降低 终产 物浓 度：A. 筛 选终产 物营 养缺 陷

18、型 a.产物 为某 一直 线合 成途 径 的中间 产物 b.产物 为某 一分 支合 成途 径的中 间产 物 c.产 物为 某一 分支 合成 途径的 一 个终 产物 营养缺 陷型 ：是指 原菌 株 由于发 生基 因突变 ，致 使 合成途 径中 某一步 骤发 生缺 陷 ，从 而丧 失了合 成某 物质 的能 力， 必须在 培养 中外 源补 加该 营养物 质才 能生 长的 突变 型菌株 。 B.筛选细胞 膜透性改 变的 突变株：使之 大量分泌 终 产物，以降低 细胞内终 产 物浓度，避 免 终产物 的反 馈调 节作 用。 筛选 抗反 馈突 变菌 株 A.筛选 结构 类似 物抗 性突变 株 ；B. 利用

19、 回复 突变 筛 选抗反 馈突 变株 7 2）次 级代 谢产 物（ 主要 是 抗生素 ）高 产菌 株的 筛选 利用 营养 缺陷 型筛 选 筛选 负变 株的 回复 突变 株 筛选 去磷 酸盐 调节 突变 株 筛选 去碳 源分 解代 谢调 节突变 株 筛选 氨基 酸结 构类 似物 抗性突 变株 筛选 二价 金属 离子 抗性 突变株 三、杂交育种 两个不 同基 因型的 菌株 通 过接合 或原 生质体 融合 使 遗传物 质重 新组合 ，再 从 中分离 和筛 选 出具有 新形 状的 菌株 。 1 、常规的杂交育种 步骤： 遗传 标记 异 核体 形成 杂合 二倍 体的 形成 染色 体交 换和 单倍 化 2

20、 、原生质体融合 用脱壁 酶处 理将微 生物 细 胞壁除 去， 制成原 生质 体 ，再用 聚乙 二醇和 钙离 子 促进原 生质 体 发生融 合， 从而 获得 异核 体或重 组合 子。 第 四章 培养 基 一、概述 1 、培养基组成 培养基 ：提 供微生 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 。 组成： 适宜 的碳水 化合 物 及含有 蛋白 质、氨 基酸 、 维生素和 无机 元 素的 有机化 合 物， 某些 无机盐 。 作用： 营养 作用 、环境 条件 （ 渗透 压、pH 等） 、 稳 定工艺 控制 （非 营养 成分 ，酸

21、碱 流加 ， 消沫剂 ） 、 产物 合成 作用 （ 非营养 成分 ，前 体， 促进 剂） 2 、培养基条件与微 生物生 理学和形态学的相关 性 条件： 培养 基组 成、pH 值 、二价 阳离 子、 阴离 子聚 合物、 表面 活性 剂和 固形 物含量 。 8 二、 培养基的成分 1 、 碳源： 凡是 构成 微生 物细 胞 和代 谢产 物中 碳素 的营 养 物质。 既是 构成 菌体细 胞 和代 谢产 物的主 要元 素， 又是 提供 微生物 生命 活动 中所 需能 源的原 料。 青霉素 生长 菌约 有 87% 的 碳源用 于能 量，27% 用于 构成菌 体细 胞，16% 合成 青霉素 碳源包 括：

22、糖类 、脂 肪、 有机酸 、醇 、碳 氢化 合物 2 、氮源： 构 成微 生物 细胞 和代谢 产物 中的 氮素 的营 养物质 。包 括： 黄豆 饼粉 、花生 饼粉 、 棉籽饼 粉、 玉米 浆、 蛋白 胨、酵 母粉 、鱼 粉、 菌丝 体和酒 糟；氨 水、 硫酸 铵、 氯 化铵 、硝 酸盐 3 、 无机盐和微量元素 ： 组 成生理 活性 物质 或具 有生 理调节 作用 矿物 质 。 低浓度 促 进、 高 浓 度抑制 4、水 ： 构成 菌体 细胞 的主要 成 分， 又是 一切 营养 物质 传 递的 介质 ， 良 好导 体， 调 节细 胞生 长环境 温度 ，水 的质 量对 微生物 的生 长繁 殖和 产

23、物 合成有 着很 重要 的作 用。 5 、 前体： 在产 物的 生物 合成 过 程中， 被菌 体直 接用于 产物 合成 而自 身结 构无 显著改 变的 物 质。需 多次 少量 添加 。添 加前体 是提 高抗 生素 产量 的重要 措施 。 6 、 消沫剂 ： 降低 泡沫 的液膜 强 度和 表面 黏度 ， 使泡 沫破裂 的化 合物 ， 消除 泡沫 ， 防止 逃液 和染菌 。种 类： 表面 活性 剂、天 然动 植物 油脂 类、 高分子 化合 物。 7 、其他成分：生长因 子、促 进 剂或 抑制 剂。 营养 缺陷 型 必须 添加 生长 因子 。 生长因 子： 微生物 不能 合 成但必 不可 少，维 持

24、微 生 物生长 所必 需的微 量有 机 物，不 起碳 源 和氮源 的作 用。 种类 ：维 生素、 氨基 酸、 嘌呤 或嘧 啶及其 衍生 物、 脂肪 酸等 。 促进剂 ：促 进产物 生成 的 物质， 但不 是营养 物， 也 不是前 体的 一类化 合物 。 种类： 表 面活 性剂吐 温、 清洗 剂， 脂溶 性小分 子化 合物 等， 起诱 导作用 。 三、培养基的种类与 选择 1 、种类 （1 ）孢子培养基：供制备孢 子 用。 基质 浓度 要低 些， 无 机盐 浓度 要适 量 （2 ） 种子培养基 ： 供 孢子 发芽和 菌体 生长 繁殖 用。 营 养成分 是速 效性 的， 比较 丰 富与完 整； 要

25、考虑 与发 酵培 养基 组成 的内在 联系 ，主 要成 分接 近。 （3 ） 发酵培养 基： 供菌 体生 长 繁殖 和合 成大 量代 谢产 物 用的。 培养 基组 成丰富 完 整， 营 养 成分浓 度和 粘度 适中 ，利 于菌体 生长 ，进 而合 成大 量的代 谢产 物。 最关 键、 重要 （4 ）补料培养基：稳定工艺 条 件， 延长 发酵 周期 ；按 时 补充 各种 必要的 营养 物质。 固体培养基：细菌和 酵母的 固 体斜 面或 平板 培养 基， 链霉 菌和 丝状 真菌 的孢子 培 养基。 制9 备 ： 液体 培养 基添加 1.0-2.0%琼 脂（ 粉） 。作用 ：提 供菌体 的生 长繁

26、殖， 形成 孢子。 要求与 质量 控制： 单 细 胞培养 基： 营养丰 富， 满 足菌体 生长 迅速， 不能 引 起变异 ； 孢 子培养 基： 基质浓 度较 低 ，无机 盐浓 度适量 ，以 利 于孢子 形成 。营养 不宜 太 丰富， 否则 不易 产 生孢子 。 2 、培养基的设计 原则：生 物学 原则 ：从 微生物 生长 和产 物生 物合 成途径 角度 考虑 ，根 据不 同微生 物营 养 和合成 产物 的生化 反应 需 求进行 设计 。营养 物质 组 成：较 丰富 ，浓度 适当 ； 各成 分之 间比 例： 恰当，C/N 比适 宜， 有机和 无 机氮 相互 配合 使用 、 原料之 间： 不能 发

27、生 化学 反应， 生成 其他 物 质、 适 宜的 pH 和渗 透压。 工 艺原 则： 不 影响 通气搅 拌、 分离 精制 和废 物处理 ， 有 利于 发酵 过 程的简 化和 控制。 低 成 本原则 ：原 料来源 方便 ， 质量稳 定， 质优价 廉。 高效经 济原 则： 发 酵周期 短， 产物 得率 高， 副产物 少， 末端 排放 容易 治理。 基本思路： 起始 培养 基 ：根据 他人 的经 验和 使用 、文献 记录 。 单因 素实 验： 确定 最适 宜的培 养基 成分 。 多因 素实 验： 各成 分之 间最佳 配比 和浓 度优 化。 中试 放大 试验 ：摇 瓶、 小型发 酵罐 ，到 中试 ，最

28、 后放大 到生产 罐。 实验流 程： 摇瓶 单因 素、 摇瓶正 交、 摇瓶 优化 、中 试放大 、生 产发 酵验 证 四、影响培养基质量 的因 素 1 、原材料质量的影 响 有机氮 源的 原材料 质量 是 引起生 产水 平波动 的主 要 因素之 一。 主要原 因是 加 工用的 原材 料 品种 、 产 地、 加工 方法 和贮 存条件 。 应保持 稳定 的原料 来 源， 具 有相 应的 质量标 准 和检 验方 法。 2 、水质的影响 生产中 对采 用的 水的 质量 应定期 检测 ，pH 值、 溶解 氧、可 溶性 固体 3 、灭菌的影响 灭菌过 程中 ，培养 基中 的 营养成 分能 产生降 解或 某

29、 些化学 反应 。较 高温 度下长 时 间灭 菌， 营养成 分会 被破 坏， 甚至 会产生 有毒 物质 。 4 、其他因素 pH 值 偏高 或偏 低在 灭菌 过程 中 可能 加速 营养 成分 的破 坏； 粘度 对发 酵水 平有一 定 影响， 研 究培养 基的 液体 化是 保证 培养基 灭菌 质量 ，提 高生 产水平 的有 效途 径之 一。 高黏度 的培 养基， 不易 彻 底灭菌 、影 响发酵 的通 气 搅拌等 物理 过程、 直 接影响 菌 体对 营养10 的利用 、目标 产物 的分 离提 取 困难 第 五章 灭菌 一、灭菌的基本原理 灭菌：用化 学或 物理 学的 方法杀 灭或 除掉 物料 或设

30、 备中所 有的 有生 命的 有机 体的技 术或 工 艺过程 。 杂菌：除生 产菌 以外 的任 何微生 物。 污染：感染 杂菌 的培 养或 发酵体 系。 消毒：杀灭 或清 除病 原微 生物， 达到 无害 化程 度， 杀灭 率 99.9% 以 上。 杀菌：杀灭 或清 除一 切微 生物， 达到 无活 微生 物存 在的过 程， 杀灭 率 99.9999%以 上。 灭菌：微 生物 杀灭率 99.999999% 以 上。 1 、几种常见的灭菌 方法的 基本原理 （1） 化学 物质 灭菌 ： 许多 化学物 质易 与微 生物 细胞 中的某 种成 分产 生化 学反 应， 使蛋 白质 变性， 酶失 活， 破坏 细

31、胞 膜透性 ，细 胞死 亡。 化学灭 菌剂 ：氧 化剂 类等 ，卤化 物类 ，有 机化 合物 等。 （2）辐 射灭 菌：利 用高 能 量的电 磁辐 射和 微粒 辐射 来杀灭 微生 物。 （3）干 热灭 菌：高 温干 燥 条件下 使微 生物 的致 死率 迅速增 高。 （4）湿 热灭 菌： 直接 用蒸汽 灭 菌。 2 、湿热灭菌的原理 一般微 生物 都有个 最适 生 长温度 范围 ，当环 境温 度 超过维 持生 命活动 的最 高 限温度 时， 微 生物就 会死 亡。 在致 死温 度以上 ，温 度越 高， 致死 时间越 短。 二、培养基和发酵设 备的 灭菌 1 、培养基灭菌温度 的选择 ：达到 灭菌

32、 要求 的温 度， 但营养 成分 不被 破坏 的温 度。 2 、培养基的灭菌方 法 （1 ） 分批灭菌 （实罐灭 菌 、 间歇灭菌）： 培养 基和 发酵 设 备同 时灭 菌。将 配制 好的培 养基 输入发 酵罐 内，直 接蒸 汽 加热， 达到 灭菌要 求的 温 度和压 力后 维持一 定时 间 ，再冷 却至 发酵 要 求的温 度。 特点：不需 要其 他的 附属 设备， 操作 简便 ，但 加热 和冷却 的时 间较 长，营 养成 分 有一 定的 损失。 发酵 罐容 积越 大， 加热和 冷却 的时 间越 长。 适合小 罐、 小批 量生 产规 模。 （2 ） 连续灭菌 ： 高温 短时灭 菌 操作 ， 培

33、养 基在 发酵 罐外经 过一 套灭 菌设 备连 续加热 灭菌 ，11 冷却后 送入 已灭菌 的发 酵 罐内的 工艺 过程。 加热 升 温、维 持灭 菌温度 和冷 却 降温三 个阶 段由 不 同的设 备执 行： 加热 器， 保温设 备， 冷却 器。 培养基 与 高压 蒸汽 在连 消塔 直接 混 匀， 在 2030s 达到灭 菌温 度（130- 140）， 由维 持罐 保持 必需 的杀菌 时 间，喷淋 式/ 真空 冷却 。 操作过程： 配料 ：配 料 罐，配 制培 养基 ； 预热 罐：定 容和 预加 热，70 90 ； 加热 器：培 养基与 蒸汽 混合 ，快 速 升到 130 1 40 ； 维持罐

34、 ：维 持灭 菌时 间,5 7 分钟 ； 冷却 管：培 养基 经过 冷却 水管 冷却，40 50 ； 输入 灭菌的 发酵 罐中 。 特点：高 温快 速灭 菌工 艺，营 养成 分破 坏的 少； 热能 利用 合理 ，易 于自 动化控 制； 不适合 粘度 大或固 形物 含 量高的 培养 基灭菌 ； 增 加了连 续灭 菌设备 及操 作 环节， 增加 染菌 几 率； 对压 力要 求高 ，一 般为 0.45-0.8 MPa 。 3 、 影响培养基灭菌的因素 ： 微 生物 种类、 初始 菌浓 度 （灭菌 时间 与初 始菌 浓 度的对 数成 正 比） 、 灭菌 时间 和温 度、 培 养基成 分、 传热 与混

35、合状 况、蒸 汽中 空气 、pH 灭菌高温对培养基质 量的 影响： 破坏 营养 ：成分降 解 ， 褐 变 、 有 毒害 物质； 形成 沉淀 物：多 肽类 沉淀 ，磷 酸盐 和碳酸 盐； 改 变 pH ：一 般降低 ，酸 化 减少高温对培养基破 坏的 措施： 分别 灭菌 ：含 Ca 或 Fe 的培 养基 与磷 酸盐 先分别 灭菌 ， 然后再 混合 ， 不易 形成 磷 酸盐沉 淀 ； 高 温破 坏的糖 培 养基： 低压 灭菌； 高温 破 坏维 生素 等： 过滤灭 菌； 采 用连 续灭 菌方法 。 三、空气除菌 1 、空气除菌的方法 原理：空气 运动 通过 深层 过滤介 质时 ：离 心场 作用 ：颗

36、粒 及其 微生 物沉 降。 直接被 截留 ： 颗粒惯 性碰 撞，相 互集 聚 成大颗 粒。 气流速 度越 大 ，惯性 越大 ，截留 效果 越 好。 静电 引力 ：微 生物微 粒带 不同 的电 荷， 与异性 电荷 吸引 而沉 降， 有一定 作用 。 工业制备大量空气的 方法 ： （1 ） 加 热灭菌 ： 利用 空气 压缩时 所产 生的 热量 （ 达 200 ） 除菌， 无 菌化 程度 不高的 发酵 过程。 （2）静 电除 菌：通过 高压电 流 场， 带电 粒子 被吸 附。 （3）介 质过 滤除 菌：捕 集 粒子及 各种 微生 物。 发酵 工业采 用可 靠， 经济 ，方 便。 空气过 滤介 质：

37、膜过 滤介 质、深 层过 滤介 质、 过滤 纸、金 属烧 结管 2、空 气灭 菌工 艺过 程： 空 气预处 理、 除去 空气 中油 和水、 空气 过滤 （1）空 气预 处理 12 目的： 提高 空气 洁净 度； 措施： 高 空取 气， 提高 空气吸 入口 位置 ， 采风 塔高 ， 设计 流速 8m/s。每 升 10m ， 空气杂 菌降一 个数 量级 。 加强 过滤， 空压 机吸 入口 前安 装粗过 滤器 。 空气压 缩机 ：提 供空 气流 动的动 力。 往复 式、 螺杆 式、涡 轮式 空压 机。 空气储 罐： 消除 压缩 空气 的脉动 ，用 于往 复式 空压 机。设 置在 空压 站附 近。 空

38、气冷 却机 ：降 温， 除潮 。设置 在发 酵车 间外 。 （2）除 油除 水： 除去 空气中 油 和水 ：冷 却空 气湿度 100， 形成 油滴 和水 滴 （3） 无 菌空 气： 空气 过滤 器。 实 验室 规模 设置 一级 过滤器 ； 生 产规 模设 置二、 三级过 滤器 ， 第一级 为总 过滤器 ，二 、 三级为 分过 滤器。 绝对 过 滤器： 微孔 滤膜过 滤器 。 深层过 滤器 ： 棉花 过滤器 、超 细玻 璃纤 维纸 、石棉 过滤 、金 属烧 结管 等。 第 六章 生产 菌种的 培养 与保 藏 微生物 发酵 工艺 过程 的三 个工段 ：种 子制 备、 接种 、发酵 培养 一、种子制

39、备的过程 目的：种子 的逐 级扩 大培 养过程 ；获 得一 定数 量和 质量的 纯种 过程 。 包括在 固体 培养基 上生 产 大量孢 子的 孢子制 备过 程 和在液 体培 养基中 生产 大 量菌丝 的种 子 制备过 程。 1 、孢子制备 （1 ）放线菌孢子的 制备： 一般采 用琼 脂斜 面培 养基 ，碳源 和氮 源不 要太 丰富 （2 ）霉菌孢子的制 备： 以 天然农 产品 为培 养基 （3 ）细菌孢子的制 备： 斜 面培养 基多 采用 碳源 有限 量而氮 源丰 富的 配方 2 、种子制备 （1 ） 摇瓶种子制 备： 某些孢 子 发芽 和菌 丝繁 殖速 度缓 慢 的菌 种， 需将 孢子 经摇

40、 瓶 培养 成菌 丝后再 进入 种子 罐。 （2 ）种子罐种子制 备 ：目 的是形 成一 定数 量和 质量 的菌体 一 级 种子： 孢子 （或 摇瓶 菌丝 ） 被 接入 到体 积较 小的种 子 罐中， 经培 养后 形成大 量 的菌 丝； 把一级 种子 转入 发酵 罐内 发酵， 称为 二级 发酵 。 二级种 子： 将一级 种子 接 入体积 较大 的种子 罐内 ， 经过培 养形 成更多 的菌 丝 ；将二 级种 子 转入发 酵罐 内发 酵， 称为 三级发 酵。 13 确定种子级数的因素： 菌种生 长特性 及菌 体繁殖 速度： 生长快 ，少 ；发 酵罐的 容积： 越 大， 多； 产 物的 品种及 生

41、产规 模： 越 大， 多； 所选用 工艺 条件 ： 有利 于 生长的 工艺 ， 少。 接种方式：单种 法、 双种法 、 倒种 法 单种法 ：一 只种 子罐 接种 一只发 酵罐 ； 双种法 ：两 只种 子罐 接种 一只发 酵罐 ； （ 卡那 霉素 生 产） 倒种法 ：从 发酵 罐中 取出 一定量 发酵 液， 接种 到另 一个发 酵罐 。 （ 链霉 素生 产 ） 二、菌种保藏与复壮 1 、菌种保藏：保持其 生产性 能 的稳 定、 不污 染杂 菌、 不 死亡 。 （1 ） 菌种保 藏的原理 ： 根据 菌 种的 生理、 生化 特性， 人工 创造 条件 使菌 体的代 谢 活动 处于 休眠状 态， 如低

42、温、 干燥 、隔绝 空气 或氧 气、 缺乏 营养物 质等 。 （2 ）菌种保藏的方 法 斜面低温保藏法：置于 4冰 箱中 保存 ； 液体石蜡封存保藏 法： 使 菌 种与 空气 隔绝 ，置于 4冰 箱保 存， 适用 于不 能 以石蜡 为碳 源的菌 种； 固体曲保藏法：用天然 农产品为 产孢 子培养 基， 使菌种产 生大 量的休 眠体 后加以保 存， 适用于 产孢 子的 真菌 ； 砂土管保藏法 ：用人 工方 法 模拟 自然 环境 使菌 种得 以 栖息， 适用 于产 孢子的 放 线菌、 霉 菌以及 产芽 孢的 细菌 ； 冷冻干燥法：在低温 下迅 速 地将 细胞 冻结 以保 持细 胞 结构 的完 整，

43、然 后在真 空 下使 水分 升华， 能长 期保 存， 一般 为 510 年， 适用 于各 种微 生物； 液氮超低温保藏法 ： 将要 保 存的 菌种 （菌 液或 长有 菌 体的 琼脂 快） 置于 10% 甘油或 二甲 基亚砜 保护 剂中， 密封 于 安瓿管 内（ 安瓿管 的玻 璃 要能承 受很 大温差 而不 致 破裂） 先将 菌液 降 至 0， 再 以每 分钟 降低 1 的 速度， 一直 降至-35， 然后 将安 瓿管 放入 液氮罐 的 气相 中保 存。 实验室常用长期保存 的方 法： 甘油 保存 ：培养 好的 菌种 ， 加入 甘油 ，终 浓度 15-20%。于-70 度 低温 冰箱 中保存 ；

44、 液 氮保 存： 将 含有 冷冻保 护 剂的 菌种， 在液 氮中速 冻， 置于 液氮 中保 存。 定期添 加液 氮 14 第 七章 通气 与搅拌 一、工业发酵过程中 氧的 需求 1 、微生物对氧的需 求 氧是生 物体 生存的 重要 元 素，既 是细 胞的组 成成 分 和各种 产物 的构成 元素 ， 又是生 物能 量 代谢的 必需 元素 。 发酵液 溶解 氧浓度 低时 ， 呼吸强 度随 溶解氧 浓度 增 加而增 加， 当溶解 氧浓 度 达某一 值后 ， 呼吸强 度不 再随 溶解 氧浓 度的增 加而 变化 ， 以 C 临界 表示。 2 、氧在液体中的溶 解特性 影响氧 饱和 浓度 的主 要因 素

45、（1 ）温度：随温 度升 高溶液 中 的氧 饱和 浓度 下降 ； （2 ）溶液的性质：溶质含量 越 高， 氧的 溶解 度就 越小 ； （3 ）氧分压：气相中 氧浓度 增 加， 溶液 中溶 氧浓 度亦随之 增加 3 、影响微生物需氧 量的因 素 （1 ） 微生物种类和生长阶 段： 对数 生长 阶段 的呼 吸强 度 较高， 生长 阶段 的摄氧 率 大于 产物 合成期 的摄 氧率 。 （2 ） 培养基的组 成： 碳源的 种 类和 浓度 对微 生物 的需 氧 量的 影响 尤为 显著 ， 碳源浓 度在 一 定范围 内， 需氧 量随 碳源 浓度的 增加 而增 加。 （3 ）培养液中溶解 氧浓 度 C L

46、的影响：C L 高 于菌体 的 C 长临 时 ，菌 体的 呼吸就 不 受影 响。 （4 ）培养条件：培养基 组成 、 培养液 pH 、 温度 等培 养条件 相关 。 （5 ）CO 2 的影响 二、氧在溶液中的传 递 1 、氧传递的阻力 在需氧 发酵 过程中 ，气 态 氧必需 先溶 解于培 养液 中 ，然后 才可 能传递 至细 胞 表面， 再经 过 简单的 扩散 作用进 入细 胞 内，参 与菌 体内的 氧化 等 生物化 学反 应。氧的 这一系 列 传递 过程 需要 克服供 氧方 面和 需氧 方面 的各种阻 力才 能完 成。 供氧方 面的 液膜 阻力 （1/k 3 ） 是 氧溶 于水 时的 限制

47、因素 ； 菌 丝丛 （ 或菌 丝团） 的 阻力 1/k 6 对15 菌丝体 的摄 氧能 力影 响显 著。 总阻力 ：R=1/k 1+1/k 2+k 8 氧的传 递速 率：N= C/K C 分别 为各 传递 阶段的 氧 浓度 之差 2 、氧的传递方程式 （1）描 述气 体溶 解于 液体的 双 膜理 论的 传质 公式 ：N=K La （C*-C L ） K L ：以浓度差为 推动 力的 氧传质 系数 ；a ： 比表 面积 （2） 当发 酵液 中的 溶解 氧 浓度不 是菌 体生 长和 产物 合成的 限制 因素 时：N=Q mX= Qm ：氧最 大比 消耗 速率 ；X ： 培养 液中 的菌 体浓 度

48、； ： 摄 氧率 （3） 当 发酵 液中 的溶 氧浓度 不 随时 间变 化时 ：K La= / （C*-C L ） 可用 K La 的变化 来衡 量发 酵罐的 通气 效率 三、发酵液的流体学 液相 中有 可溶性 的营 养 物质， 可溶 性的盐 类和 微 生物的 代谢 产物； 固 相 中包括 单个 菌 丝体或 菌丝 团 （ 或菌 丝从） 、 不溶 性的 营养 物质 和某 些特殊 的微 生物 代谢 产物 ； 气 相中 包括 通 入 的 无菌 空气 （包 括未 溶解 的 氧） 、微 生物 代谢 产生的 CO 2 气体 1 、流体类型：牛顿型 流体、 平 汉塑 性流 体、 拟塑 性流 体 和涨 塑性

49、流体 2 、发酵液的流变学 发酵液 特别 是含 有固 形物 质数量 较多 的发 酵液 ，往 往表现 为非 牛顿 型流体 特性 。 粘度的影响因素：微生物 种 类、形 态； 微 生物菌 浓 度； 培养 基的 成分、 浓度 ； 发 酵周期 测定粘度的方法：玻璃管测 定 法、 粘度 计 降低粘度的方法： 对培养 基 预消 化或 改变 培养 基成 分 ； 补加 无菌 水， 不超 过 5%； 分 批补料 四、影响供氧的因素 （如 何提高供氧能力） 1 、影响氧传递推动 力的因 素 （1 ）提高饱和溶氧 浓度 C* ：降低 培养 温度 或降 低培 养基中 营养 物质 的含 量，或 提 高发酵 罐内的 氧分

50、 压（ 提高 发酵 罐压力 、向 发酵 液通 入纯 氧气、 提高 空气 中的 氧分 压） （2 ）降低发酵液中 的 C L ： 减少 通气 量或 降低 搅拌 转速， 但 C L 不能低 于 C 临界 2、影响液相体积氧 传递系 数 K La 的因素 16 V S 空气直线速度； app 发酵液表观粘度； 指数， 与搅拌器和空 气分布器 的形式等有关 （1）搅 拌效 率对 K La 的影响 （2） 空气 流速 ：K La 随空气流速 的增 加而 增加 。 提 高供氧 能力 应提 高搅 拌功 率适当 降低 空 气流速 （3） 发 酵液 理化 性质 的影响 ：K La 与发酵液 的表 观 粘度 ap

51、p 呈反 比 （4）泡 沫的 影响 ：流 态性泡 沫 难以 消除 ，直 接影 响微 生 物的 呼吸 （5）空 气分 布器 形式 和发酵 罐 结构 的影 响：高位 罐 第 八章 发酵 工艺的 控制 一、发酵过程的主要 控制 参数 1 、物理参数：温度、压力、搅拌 、粘度 2 、化学参数：基质浓度 、pH 、溶解 氧、尾气 、补料、消泡 3 、生物参数：菌体浓度 、 形态、 杂菌 二、发酵过程中的代 谢变 化 微生物 培养 有三 种方 式： 分批培 养、 分批 补料 培养 和连续 培养 。 分批发酵的特点是 ：微生物 所 处的 环境 在发 酵过 程中 不 断地 变化， 其物 理、化 学 和生 物参

52、 数都随 时间 而变化 ，因 而 不是稳 定的 过程。 可以 通 过代谢 参数 的变化 观察 到 各个参 数变 化与 菌 体生长 或产 物形 成之 间的 相关性 ，从 而为 发酵 控制 提供依 据。 按 Gaden 把微 生物 发酵 过 程分为 三种 类型 ： 碳 源 利用菌 体生 长产 物合 成偶 联型： 产 物是 直接来 源于 产能的 初级 代 谢，菌 体生 长、糖 的分 解 代谢和 产物 形成几 乎是 平 行的， 菌体 生长 期 和产物 形成 期并不 是分 开 的； 菌体 生成与 产物 合 成半偶 联型 ：产物 也是 来 自能量 代谢 所用 的 基 质， 但产 物的 形成 是在 与初 级

53、 代谢 分开 的次 级代 谢中 ； 非偶 联型： 产物 来自两 用 代谢 途径 ， 而不是 来自 分解 代谢 途径 ，初级 代谢 和产 物形 成是 完全分 开的 ，如 许多 抗生 素发酵 。 1 、初级代谢的代谢 变化 营养 消耗 菌体生 长紧 密 关联； 初 级代谢 产物 合 成与菌 体生 长紧密 关联 ； 菌体 生长 分 为几个 阶段 ：延 滞期 、对 数期、 静止 期和 死亡 期 2、初级代谢的代谢变化 （1）菌体生长阶段 碳源 、氮 源和磷 酸盐 等 营养物 质不 断被消 耗， 浓 度明显 减少 ；菌 浓明 显 增加； 摄 氧 率也不 断增 大， 溶氧 浓度 不断下 降； pH 也发

54、生一定 改 变， 有时 先开 始下 降， 而 后上 升 （糖 代17 谢先产 生酮 酸等有 机酸 而 后被利 用的 结果） 有时 先 开始上 升而 后下降 （菌 体 先以培 养基 中的 氨 基酸作 为碳 源而 被利 用， 释放出 氨， 使 pH 上 升） 当营养 物质 消耗到 一定 程 度，或 者菌 体达到 一定 浓 度，或 者供 氧受到 限制 而 使溶氧 浓度 降 到一定 水平 时， 其中 某一 参数可 能成 为菌 体生 长的 限制性 因素 ，使 菌体 生长 速率减 慢。 （2 ）产物合成阶段 菌浓 不再 或略有 增长 ； 营养 浓度 下降缓 慢， 后 维持在 一定 范围； 产 物 浓度上

55、升； 摄氧率 、溶 解氧 维持 一定 ；DNA 量 稳定 ，细 胞干 重略有 增加 （3）菌体自溶阶段 菌 体衰 老、 数 量下 降， 细胞开 始自 溶； 自 溶放 出大量 含氮 物质 ， 氨 氮含 量增加 ，pH 上 升，产 物合 成能 力衰 退 三、菌体浓度的影响 及其 控制 菌体浓 度指 单位 体积 培养 液中菌 体的 含量 。 菌浓 的大 小与菌 体生 长 速率有 密切 关系， 菌体 的 生长速 率与 微生物 的种 类 和自身 的遗 传 特性有 关； 菌 体的 增长 还与营 养物 质和 环境 条件 有密切 关系 ； 与生 长环 境有关 在适当 的比 生长速 率下 ， 发酵产 物的 产率

56、与 菌体 浓 度成正 比关 系，菌 浓越 大 产物的 产量 也 越大， 但菌 浓过 高则 会产 生其他 影响 ： 培 养液 的摄 氧率 （OUR ） 按比 例增 加， 表观粘 度也 增加 ， 使氧的 传递 速率 （OTR ）成 对 数地 减少 。 最适菌浓的确定和控 制： 摄氧速 率与 传氧 速率 相平 衡时的 菌体 浓度 ， 也 就是 传氧速 率随 菌 浓变化 的曲 线和 摄氧 率随 菌浓变 化曲 线的 交点 所对 应的菌 体浓 度。 调节 培养 基的浓 度来 控 制菌浓 ； 通过中 间补 料 来控制 ，补 加一部 分磷 酸 盐，一般 不超 过发酵 液 5% ； 调整 发酵温 度 四、基质的

57、影响及控 制 1、碳源的种类和浓度的 影 响和控制 （1）碳源的作用 （2）碳源浓度的关系 ： 先 急剧降 低再 缓慢 降低 （3） 碳源浓度与代谢 产物 产量的关系： 若产 生阻 遏作 用 的碳 源用 量过 大， 则产 物 的合 成会 受到明 显抑 制； 若给 以维 持量的 碳源 ，菌 体生 长和 产物合 成就 都停止 。 （4）碳源的种类、特点 速效碳源： 能较 迅速 地参 与代谢 、 合 成菌 体和 产生 能量， 并产 生分 解产 物 （ 如丙酮 酸等 ） ，18 有利于 菌体 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 。 迟效碳源： 多 数为 聚合 物

58、 ，为菌 体缓 慢利 用， 有利 于延长 代谢 产物 的合 成， 特别有 利于 延 长抗生 素的 分泌期 ，也 为 许多微 生物 药物的 发酵 所 采用。 对次 级代谢 产物 合 成无阻 遏或 抑制 作 用，若 浓度 过高 ，会 造成 菌体过 度生 长， 对次 级代 谢发酵 不利 。 （5）控制碳源的浓度方 法 ： 补糖 1） 补糖 的浓 度： 根据 糖消耗 速 率、 “残 糖量 ” 控制交 点： 补糖 的时 间再 还原糖 浓度 明显 下降 时 2） 补糖 的数 量： 加入 后使菌 浓 略有 增长 3） 补糖 的方 式： 连续 滴加、 少 量多 次、 大量 少次 2、氮源的种类和浓度的 影 响

59、和控制 （1）氮源的作用 （2）氮源浓度的变化 （3）氮源的种类、特点 无机氮 源和 有机氮 源： 对 菌体代 谢都 能产生 明显 的 影响， 不同 种类和 不同 浓 度都能 影响 产 物合成 的方 向和 产量 。 速效氮 源： 如氨基 态氮 的 氨基酸 、玉 米浆、 蛋白 胨 、尿素 。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 。 迟效氮 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 。 （4） 氮源浓度的控制： 补 料有机氮、无机氮 通氨作 用： 补 充

60、无 机氮 ；调 整 pH 方法： 少量 多次 滴加 ，通 氨管路 与空 气管 路连 通能 迅速分 散氨 水。 当氮 浓度 和 pH 值都低 时加氨 水， 当氮 浓度 低 pH 值高 时加 硫酸 铵。 十、泡沫的影响及其 控制 机械性泡沫：发酵 液液 面上 的 泡沫， 气相 所占 的比例 特 别大， 与液 体有 较明显 的 界限， 如 发酵前 期的 泡沫 ； 流态泡沫： 发 酵液 中的 泡 沫，分 散在 发酵 液中 ，比 较稳定 ，与 液体 之间 无明 显的界 限。 1、泡沫的 原因及影响 原因 ： 发泡 物质 ：蛋白 质类、糖类 、 黄 豆饼 粉 、代谢 产物 ；快速 搅拌 、 灭菌 体积太大

61、 或 不 彻底。 19 影响 ： 发 酵罐 的装 料系 数减少 ； 氧传 递系 数减 小； 逃液 现象 ； 部分 菌丝体 粘到 罐 壁，放 罐体 积减 少； 严 重时被 迫停 止搅 拌， 通气 发酵异 常 发酵液 中泡沫 变化 规律 （ 影响因素 ？ ） ； 通气搅拌的影响 ； 培养 基中原材料 的影响 （有 机氮源 ） ； 灭菌 时间 的 影响 （时间 越长 ， 泡沫 越多 ） ；发酵 液的性质 2、泡沫控制途径：调整培 养 基中 的成 分（ 如少 加或 缓 加易 起泡 的原 材料 ） ； 采用 机械 消沫 或消 沫剂 这两大 类方 法来 消除 已形 成的泡 沫 常用的消沫剂：天然油 脂类

62、、高 碳醇 、脂 肪酸 和酯类 、聚 醚类 、硅 酮类 。聚氧 乙 烯氧 丙烯 甘油（GPE ） 自学 部分： 五、温度的影响及控制 1 、 温度对发酵的影响： 影响各种 酶反 应的速率 和 蛋白质 的性质； 影响 发 酵液的 物理 性 质； 改变 菌体 代谢 产物 的合成 方向 。 2 、影响发酵温度变化 的因素 发酵热= 产 生热 散 失热 产生热 包括 ：生物 热和搅拌 热 ； 散 失热 包括 ： 蒸发 热、显热 和 辐射 热 （1 ） 生物热：菌体生长 过程 中直接 释放 到 体外 的热能 影响因素 ： 培 养基 成分：越 丰富 ， 生物热 越多 ； 菌体 浓度 、呼吸 强度 ： 越大

63、， 生 物热 越多； 不同 生长 阶段 ： 生物热 也不同 ， 对数 生长 期释放 的最大 。 （2 ） 搅拌热：搅拌器 引起的 液体 之间 和液体 与 设备 之间的 摩擦 所产生 的 热量 。Q=P/V 影响因素 ： 发酵 罐 ：搅拌 设备 、搅拌 方式 ； 培养 基 ： 发 酵液 粘度 （3 ） 蒸发热：空气进入 发酵 罐后 ，引起 水分 蒸发 所需 的热能 （4 ） 辐射热：发酵液中 部分 热能 以辐射 热的形式 通过 罐体 辐射 到大气 中 。 影响因素 ： 温度 差异 而造成 的热能 损失 ； 发酵 温度 、通气 温度 和流量 。 3 、温度的控制 （1 ） 最适温度的选择 ：既 适

64、合菌体 的 生长 、又 适合 代谢产物 合成 的 温度 。 理论上 不应 只选一个 培养温 度 ， 而应该 根据 发酵 的 不同阶段 ， 选择不同 的 培养 温度 ，但 在 工业发酵 中 ，由于 发 酵液的体积 很大 ，升 降温 度 都 比较困难 ， 所以往往 采用一个比较 适合 的 培 养温度 。 （2 ） 温度 的 控制：一般不需 要 加热 ， 往往 经常 需要 降温冷却 。 20 六、pH 的影响及其控制 1 、pH 对发酵的影响 大多数 微生 物生长的 pH 范围 是 36， 最大 生长 速率 的 pH 变化 范围 为 0.51.0 细胞内 的 H+ 和 OH- 离子能 够影响 酶蛋白

65、 的 解离 度和 电荷情况， 改变 酶 的结构和功能 ， 引起 酶活性 的改变。 pH 还对 发酵 液 或 代谢 产物 产生 物理 化学的 影 响， 特别 注意 的 是对产物 稳定 性的 影响。 2 、pH 的 变化 ： 取决 于所以 的菌种 、 培养 基的 成分 和培养 条件 ， 营养 物质 的 代谢也 是引起 pH 变化 的重要 原因 。 3 、发酵 pH 的确定和控制 酸的来源： 糖 类原 料中的 酸 性杂 质； 糖在 高温 灭菌中 氧化 或反 应生 成酸 ；糖被 代谢 生成有 机酸 ，分 泌到 培养 液。 碱的来源：水解 酪蛋 白和酵 母 粉等 作为 碳源 利用 。 控制 pH 的策略

66、 ： 分阶 段 控制： 生长 最适 pH 和 产物最 适 pH ； 缓冲 液控 制- 培 养基配 方： 碳酸钙和磷酸盐缓 冲液， 合理使用酸碱性物 质； 补加酸或碱进行控 制：NaOH，硫 酸/ 铵，氨 水； 补料 方式 控制 ：流 加糖率 来控 制 pH 。 七、溶解氧的 检测与 控制 溶解氧 ：溶于 培养 液中的 氧含量 。 表示： 绝对 含量 ，饱和 氧 浓度的 百 分数 。 检测： 在线 溶氧 电极 。 控制策略 ： 供应 量和 需要 量两个 方面 考虑 ，使之 需氧 不超过 设备 的 供氧 能力 。 临界 氧 浓度 ： 不 影响 呼吸或 产 物合 成的 最低 溶解 氧浓 度。 供氧 必需 大于 或等于 耗 氧， 溶解 氧速率 大于 或等 于菌 体摄 氧速率 ，才 能使 发酵 正常 进行。 临界溶氧 测定 ： 尾气 O2 变化和 通气 量； 溶氧 电极 。 影响供氧因素： 1） 氧推 动力 ： 增 加氧 分压 ： 通入 纯富 氧空 气， 增加 溶 氧浓 度， 不经 济； 提高罐 压： 增 加 CO2 浓 度， 对设 备要 求高 ； 改 变通 气速 率： 两倍 ，