微生物制药最新PPT课件

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1、现 代 微 生 物 发 酵 及 技 术 教 程4.微 生 物 发 酵 工 程 概 述 2 4.1 微 生 物 发 酵 的 类 型 4.5 菌 种 的 培 养4.6 发 酵 过 程 的 分 析 检 验4.微 生 物 发 酵 工 程 概 述4.7 发 酵 培 养 方 法 3 发 酵 工 程 是 利 用 微 生 物 细 胞 的 代 谢 过 程 生 产有 用 的 各 种 产 物 的 过 程 ， 它 由 三 个 核 心 部 分 组 成 ：一 、 生 产 特 定 产 物 的 微 生 物 菌 种 的 选 育 ； 二 、 利用 适 当 的 设 备 和 技 术 为 菌 种 提 供 最 佳 条 件 ， 充 分发

2、挥 菌 种 的 生 产 能 力 ； 三 、 将 发 酵 产 生 的 产 物 经分 离 、 纯 化 ， 以 提 高 收 率 获 得 质 量 合 格 的 产 品 。 微 生 物 发 酵 工 业 以 发 酵 为 主 ， 发 酵 水 平 的 好坏 是 整 个 生 产 的 关 键 ， 但 后 处 理 在 发 酵 生 产 中 也占 有 重 要 的 地 位 。 完 整 的 微 生 物 发 酵 工 程 应 该 包括 从 原 料 到 获 得 终 产 品 的 过 程 ， 即 菌 种 是 基 础 ，发 酵 是 关 键 ， 分 离 纯 化 是 保 障 。 4 4.1 微 生 物 发 酵 的 类 型 按 照 微 生 物

3、 对 氧 气 的 要 求 、 发 酵 采 用 的 方 式 、发 酵 产 物 的 特 性 ， 将 发 酵 分 为 不 同 的 类 型 ：4.1.1 按 照 微 生 物 对 氧 气 的 要 求 分 类1、 好 氧 发 酵 ： 指 发 酵 产 物 形 成 时 需 要 充 足 的 氧 气 。 如柠 檬 酸 发 酵 、 草 酸 发 酵 、 谷 氨 酸 发 酵 以 及 各 种 抗 生素 发 酵 等 。2、 厌 氧 发 酵 ： 指 发 酵 时 不 需 要 提 供 氧 气 ， 如 丙 酮 -丁醇 发 酵 、 乳 酸 发 酵 、 丙 酸 发 酵 、 丁 酸 发 酵 等 。3、 兼 性 厌 氧 发 酵 ： 产 生

4、 酒 精 的 酵 母 菌 是 一 种 兼 性 厌 氧微 生 物 ， 在 缺 氧 条 件 下 进 行 酒 精 发 酵 ， 积 累 酒 精 ，在 大 量 通 气 条 件 下 则 进 行 好 氧 发 酵 ， 产 生 大 量 酵 母细 胞 。 5 4.1.2 按 微 生 物 发 酵 采 用 的 培 养 基 状 态 分 类1、 固 体 发 酵 固 态 发 酵 是 指 没 有 或 几 乎 没 有 自 由 水存 在 下 ， 在 有 一 定 湿 度 下 的 固 态 基 质 中 ，用 一 种 或 多 种 微 生 物 的 一 个 生 物 反 应 过 程 。 6 固 体 发 酵 的 优 点 ： 操 作 简 便 、

5、发 酵 过 程 容 易 控 制 、 对 无 菌要 求 相 对 较 低 、 不 易 发 生 大 面 积 的 污 染 ； 基 质 含 水 量 低 ， 生 物 反 应 器 的 体 积 小 ； 发 酵 的 副 产 物 可 以 综 合 利 用 ， 不 需 废 水处 理 ； 供 氧 由 气 体 扩 散 或 间 接 通 风 完 成 ， 能 耗低 ； 能 在 一 定 程 度 上 解 除 产 物 抑 制 ， 可 获 得较 高 的 次 级 代 谢 产 物 。 7 缺 点 ： 厂 房 面 积 大 ； 生 物 反 应 器 设 计 不 够 完 善 ； 难 以 准 确 测 定 含 水 量 、 菌 体 量 和 二 氧 化碳

6、 生 成 量 等 发 酵 参 数 ； 微 生 物 生 长 速 度 缓 慢 ， 容 易 污 染 ； 只 适 合 用 于 耐 低 活 性 水 的 菌 等 的 发 酵 。 8 2.液 体 发 酵 液 体 发 酵 的 方 式 ： 1、 将 培 养 基 放 在 瓷 盘 内 ， 进 行 静 止 培养 ， 称 浅 盘 发 酵 （ 表 面 发 酵 ） 。 该 法 存 在不 少 的 缺 点 ， 如 劳 动 强 度 大 ， 占 地 面 积 大 ，产 量 小 ， 易 染 杂 菌 等 ， 因 此 迅 速 被 液 体 深层 发 酵 所 取 代 。 2、 将 培 养 液 放 入 不 锈 钢 制 成 的 发 酵 罐 ，在

7、罐 内 进 行 深 层 发 酵 。 9 液 体 深 层 发 酵 的 优 点 ： 1、 液 体 为 悬 浮 状 态 为 许 多 微 生 物 提 供 最 适 合 生长 环 境 ， 菌 体 生 长 快 ， 发 酵 产 率 高 ， 发 酵 周 期 短 ； 2、 在 液 体 中 ， 菌 体 、 底 物 、 产 物 以 及 发 酵 产 生的 热 量 易 于 扩 散 ， 使 发 酵 可 在 均 质 条 件 下 进 行 ， 易于 控 制 ， 便 于 扩 大 生 产 规 模 ； 3、 厂 房 面 积 小 ， 生 产 效 率 高 ， 易 进 行 自 动 控 制 ，产 品 质 量 稳 定 ； 4、 产 品 易 于

8、提 取 和 精 制 。 但 液 体 深 层 发 酵 消 耗 能 源 多 ， 设 备 复 杂 ， 需 要较 大 的 投 资 ， 有 废 物 排 除 等 缺 点 。 10 4.1.3 发 酵 的 一 般 工 艺 过 程 微 生 物 发 酵 产 物 虽 然 多 种 多 样 ， 发 酵 类 型 不一 ， 但 总 体 上 的 工 艺 流 程 是 相 似 的 ， 包 括 以 下 过程 ： 1、 原 料 的 处 理 和 灭 菌 ； 2、 空 气 的 净 化 除 菌 ； 3、 菌 种 的 扩 大 培 养 ； 4、 发 酵 的 条 件 控 制 ； 5、 产 品 的 提 取 精 制 等 阶 段 。 11 4.2

9、原 料 的 选 择 及 处 理 培 养 基 是 微 生 物 生 长 繁 殖 需 要 的 营 养 环 境 。培 养 基 成 分 包 括 碳 源 、 氮 源 、 无 机 盐 、 微 量 元 素和 水 等 。4.2.1 选 择 合 适 的 原 料标 准 ：1、 原 料 中 碳 的 可 利 用 率 高 ；2、 发 酵 率 高 ， 而 且 尽 可 能 使 发 酵 残 余 物 少 ；3、 原 料 质 量 好 ， 成 分 稳 定 ， 污 染 变 质 少 ， 易 灭 菌 ；4、 廉 价 ， 来 源 方 便 ， 易 于 保 藏 。 12 4.2.2 淀 粉 水 解 糖 的 制 备 淀 粉 是 由 葡 萄 糖 组

10、 成 的 生 物 大 分 子 ， 除 少 数霉 菌 可 以 直 接 利 用 淀 粉 外 ， 目 前 大 多 数 微 生 物 都不 能 直 接 利 用 淀 粉 ， 如 氨 基 酸 产 生 菌 、 酒 精 酵 母 、抗 生 素 产 生 菌 等 。 因 此 在 氨 基 酸 、 抗 生 素 有 机 酸等 的 生 产 中 ， 都 要 求 先 对 淀 粉 或 淀 粉 原 料 进 行 糖化 ， 制 成 淀 粉 水 解 糖 后 使 用 。 将 淀 粉 水 解 为 葡 萄 糖 的 过 程 称 为 糖 化 ， 制 得的 糖 溶 液 叫 淀 粉 水 解 糖 。 淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖（C6H10O5)

11、n+nH2O n C6H12O6酸或酶 13一 、 淀 粉 水 解 糖 的 制 备 方 法 葡 萄 糖 值 -DE值 工 业 上 用 DE值 （ 也 称 G值 ） 表 示 淀 粉 糖 的 糖 组 成 。 糖化 液 中 的 还 原 糖 含 量 （ 以 G计 算 ） 占 干 物 质 的 百 分 率 称 为 。 还 原 糖 含 量DE值 = 100% 干 物 质 含 量 用 于 制 备 淀 粉 的 原 料 主 要 有 薯 类 、 玉 米 、 小 麦 、大 米 等 富 含 淀 粉 的 农 产 品 。 根 据 原 料 淀 粉 的 性 质 及 采用 的 催 化 剂 不 同 ， 淀 粉 水 解 为 葡 萄

12、糖 的 方 法 有 酸 解 法 、酶 解 法 以 及 酸 酶 结 合 法 等 三 种 。 14 又 称 酸 糖 化 法 ， 它 是 以 酸 为 催 化 剂 在 高 温 下 将淀 粉 水 解 转 化 为 葡 萄 糖 的 方 法 。优 点 ： 生 产 方 便 ， 设 备 简 单 ， 水 解 时 间 短 ， 设 备 生 产能 力 大 ；缺 点 ： a反 应 在 高 温 高 压 及 酸 条 件 下 进 行 ， 对 设 备 有 耐腐 蚀 、 耐 高 温 和 耐 高 压 的 要 求 ； b发 生 副 反 应 ， 葡 萄 糖 损 失 ， 淀 粉 的 转 化 率 低 ； c对 原 料 要 求 严 格 。1、

13、酸 解 法 15 酶 解 法 是 利 用 专 一 性 很 强 的 淀 粉 酶 及 糖 化 酶 将 淀粉 水 解 为 葡 萄 糖 的 方 法 。 酶 解 法 可 分 为 两 步 ：第 一 步 ， 利 用 -淀 粉 酶 将 淀 粉 液 化 ；第 二 步 ， 利 用 糖 化 酶 将 糊 精 或 低 聚 糖 进 一 步 水 解 转 化为 葡 萄 糖 。 生 产 上 这 两 步 分 别 称 为 液 化 和 糖 化 。 由 于在 该 过 程 中 淀 粉 的 液 化 和 糖 化 都 是 在 酶 的 作 用 下 进 行的 。 因 此 酶 解 法 又 称 为 双 酶 法 或 多 酶 法 。 2、 酶 解 法 1

14、6 1.酶 解 法 是 在 酶 的 作 用 下 进 行 的 ， 反 应 条 件 较 温和 ， 不 需 要 耐 高 温 高 压 或 耐 酸 腐 蚀 的 设 备 ； 2.酶 作 为 催 化 剂 的 特 点 是 专 一 性 强 ， 副 反 应 少 ，故 水 解 糖 液 纯 度 高 ， 淀 粉 转 化 率 高 ； 3.可 在 较 高 的 淀 粉 乳 浓 度 下 水 解 。 如 酸 解 法 一 般使 用 含 18%-20%淀 粉 的 淀 粉 乳 ， 而 酶 解 法 可 用含 34%-40%淀 粉 的 淀 粉 乳 ， 并 且 可 以 采 用 粗 原料 。 4.用 酶 解 法 制 得 的 糖 液 较 纯 净

15、 、 颜 色 浅 、 无 苦 味 、质 量 高 ， 有 利 于 糖 液 的 充 分 利 用 。 优点 17缺 点 酶 解 法 反 应 时 间 较 长 ， 设 备 要 求 较多 ， 且 酶 是 蛋 白 质 ， 易 引 起 糖 液 过 滤 困难 。 当 然 ， 随 着 酶 制 剂 生 产 及 应 用 技 术的 提 高 ， 酶 解 法 制 糖 将 逐 渐 取 代 酸 解 法制 糖 。 18 3酸 酶 结 合 法 酸 酶 结 合 法 是 集 中 了 酸 解 法 和 酶 解 法 制 糖 的 优点 而 采 用 的 生 产 方 法 ， 它 又 可 分 为 ： A、 酸 酶 法 ： 是 先 将 淀 粉 用 酸

16、 水 解 成 糊 精 或 低 聚 糖 ，然 后 再 用 糖 化 酶 将 其 水 解 成 葡 萄 糖 的 工 艺 。 一 般 采用 将 淀 粉 先 用 酸 水 解 到 DE值 达 10-15， 在 降 温 中 和后 ， 用 糖 化 酶 进 行 糖 化 。 优 点 ： 酸 液 化 速 度 快 ， 糖 化 时 可 以 采 用 较 高 的淀 粉 乳 浓 度 ， 提 高 生 产 效 率 ； 酸 用 量 少 ， 产 品 的 色泽 浅 ， 糖 液 质 量 高 。 19 B、 酶 酸 法 ： 是 先 将 淀 粉 乳 用 -淀 粉 酶 液 化 到 一 定程 度 ， 再 用 酸 水 解 成 葡 萄 糖 的 工 艺

17、 。 有 些 淀 粉 原料 颗 粒 大 小 不 一 ， 如 用 酸 法 水 解 ， 则 常 使 水 解 不均 匀 ， 出 糖 率 低 。 生 产 中 应 用 酶 酸 法 ， 可 采 用 粗淀 粉 为 原 料 ， 粉 料 浓 度 较 酸 解 法 高 ， 生 产 易 控 制 ，耗 时 短 ， 且 酸 解 时 PH值 稍 高 ， 以 减 轻 淀 粉 水 解 的副 反 应 。 从 水 解 糖 的 质 量 和 降 低 糖 耗 ， 提 高 原 料 的 出糖 率 来 看 ， 酶 解 法 最 好 ， 酸 解 法 最 差 。 从 制 糖 过程 所 需 的 时 间 看 ， 酸 解 法 最 短 ， 酶 解 法 最

18、长 。 20 4.2.2.2 淀 粉 酸 水 解 原 理 及 技 术1、 淀 粉 酸 水 解 原 理 淀 粉 蓝 糊 精 红 糊 精 无 色 糊 精 麦 芽 糖 葡 萄 糖水 解 过 程 ：水 解 过 程 中 存 在 三 大 化 学 反 应 ： 复合二糖 复合低聚糖 水解淀粉 葡萄糖 5-羟甲基糖醛 有机酸、有色物质1 32 21 （ 1） 水 解 反 应 速 度（ C6H10O5)n+nH2O n C6H12O6酸影 响 水 解 反 应 速 度 常 数 k的 几 个 因 素 k=N 1） 为 催 化 剂 活 性 系 数催化剂HCl H 2SO4 H3PO4 HAC HBr HI值1 0.5-

19、0.52 0.3 0.025 1.7 2.5各 种 酸 的 值2） N为 酸 的 摩 尔 浓 度3） 为 多 糖 的 水 解 性 常 数多糖的种类棉花淀粉木材稻草半纤维素蔗糖值1 400 2.0-2.5 10-400 100 22 4） 为 水 解 温 度不 同 温 度 下 淀 粉 水 解 反 应 速 度 常 数 温度 119 133 138 143k值0.125 0.470 0.770 1.200结 论 ： 淀 粉 水 解 所 用 的 催 化 剂 种 类 、 浓 度 、 反 应 温 度均 对 水 解 反 应 速 度 有 很 大 的 影 响 ， 是 我 们 在 水 解 过 程中 必 须 注 意

20、 的 主 要 因 素 。（ 2） 葡 萄 糖 的 复 合 反 应2C 6H12O6 C12H22O11+H2O 酸 和 热 复 合 反 应 中 两 个 葡 萄 糖 分子 通 过 复 合 反 应 聚 合 成 二 糖 时 ，并 不 是 经 过 1， 4-糖 苷 键 聚 合成 为 麦 芽 糖 ， 而 主 要 是 经 由 1，6-糖 苷 键 聚 合 成 异 麦 芽 糖 或 经由 1， 6-糖 苷 键 聚 合 成 龙 胆 二糖 。 当 然 此 复 合 反 应 是 可 逆 的 ，复 合 糖 可 以 再 水 解 变 成 葡 萄 糖 。 23 （ 3） 葡 萄 糖 的 分 解 反 应葡萄糖（失水） 5-羟甲基

21、糠醛 +甲酸 腐植质（色素）实 验 结 果 证 明 ： 1） 5-羟 甲 基 糠 醛 是 产 生 色 素 的 根 源 ； 2） 色 素 的 生 成 量 随 葡 萄 糖 浓 度 的 增 加 而 增 加 ； 3） PH值 等 于 3时 ， 色 素 的 生 成 量 最 小 。 酸 法 水 解 淀 粉 过 程 中 ， 由 于反 应 温 度 、 压 力 过 高 ， 时 间 过 长 ，葡 萄 糖 受 酸 和 热 的 影 响 发 生 分 解反 应 ， 生 成 5-羟 甲 基 糠 醛 ， 因 5-羟 甲 基 糠 醛 的 性 质 不 稳 定 ， 又 可进 一 步 分 解 生 成 乙 酰 丙 酸 、 蚁 酸等 物

22、 质 ， 而 这 些 物 质 又 能 自 身 相互 聚 合 ， 或 与 淀 粉 中 所 含 的 其 他有 机 物 质 相 结 合 ， 产 生 色 素 。 24 1） 酸 法 糖 化 工 艺 流 程淀粉盐酸蒸汽水调浆糖化冷却中和脱色压滤滤渣糖液活性炭Na2CO32、 酸 水 解 工 艺 淀 粉 的 酸 水 解 工艺 是 根 据 淀 粉 在 水 解过 程 中 的 水 解 反 应 和复 合 反 应 规 律 性 来 决定 的 。 在 制 定 工 艺 条件 时 既 要 保 证 淀 粉 的彻 底 水 解 ， 达 到 较 高葡 萄 糖 量 ， 又 要 尽 可能 减 少 葡 萄 糖 复 合 、分 解 反 应

23、的 发 生 程 度 ，此 外 ， 还 要 符 合 目 的产 物 的 发 酵 条 件 ， 符合 发 酵 工 艺 的 实 际 情况 。 25 2） 水 解 条 件 选 择 及 其 控 制 1、 淀 粉 乳 浓 度 的 选 择 2、 HCl用 量 淀 粉 乳 浓度 （ BX） 26 24 22 20 19 18 17 16DE值 89.17 89.27 89.92 91.1 91.3 92.77 92.81 93.01浓 度 控 制 在 18-19BX。 用 量 为 淀 粉 量 的 0.6%-0.7%， 淀 粉 乳的 PH为 1.5左 右 。 26 3、 水 解 时 间 4、 水 解 设 备 一 般

24、 15min， 水 解 终 点 的 检 查 ， 用 无水 酒 精 检 查 无 白 色 为 止 。 不 锈 钢 或 搪 瓷 衬 底 设 备 。5、 糖 化 液6、 脱 色 冷 却 降 温 ， 并 加 纯 碱 中 和 调 节 PH为4.6-5.0， 温 度 控 制 在 60-70 。 活 性 炭 脱 色 ， 添 加 量 为 淀 粉 量 的0.6-0.8 ， 在 PH4.6-5.0， 温 度 65 ，搅 拌 脱 色 30min， 经 过 滤 掉 蛋 白 质 等 杂 质 ，即 获 得 较 纯 的 水 解 糖 。 27 4.2.2.3 双 酶 法 制 糖 原 理 酶 解 法 也 称 双 酶 法 ， 它

25、是 由 淀 粉 酶 和 糖 化 酶将 淀 粉 糖 转 化 为 葡 萄 糖 的 方 法 。 酶 解 法 优 点 ： 以 作 用 专 一 性 的 酶 制 剂 作 为 催化 剂 ， 因 此 反 应 条 件 温 和 ， 复 合 和 分 解 反 应 较 少 ，因 此 采 用 酶 法 生 产 不 仅 可 提 高 淀 粉 的 转 化 率 及 糖液 的 浓 度 ， 而 且 还 可 大 幅 度 地 改 善 了 糖 液 的 质 量 ，是 目 前 最 为 理 想 、 应 用 最 广 的 制 糖 方 法 。 缺 点 ： 时 间 长 ； 过 滤 难 。 28 1、 淀 粉 酶 解 法 的 两 个 步 骤 酶 水解位置

26、水解次序 水解产物 液化 淀粉酶 1，4糖苷键 无先后次序 葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖 异麦芽糖、低聚糖糖化 糖化酶 1，4和1，6 从非还原性 葡萄糖 糖苷键 末端开始一 、 液 化 过 程 ， 采 用 高 温 -淀 粉 酶 ， 将 高 温 糊 化 了的 淀 粉 液 化 ， 生 成 糊 精 及 低 聚 糖 ， 使 淀 粉 和 其 结 合蛋 白 分 离 ；二 、 糖 化 过 程 ， 利 用 糖 化 酶 将 液 化 生 成 的 糊 精 、 低聚 糖 进 一 步 水 解 生 成 葡 萄 糖 。 29淀 粉 糊 化 是 指 淀 粉 受 热 后 ， 淀 粉 颗 粒 膨 胀 ， 晶 体 结 构 消 失 ，

27、互 相 接 触 变 成 糊 状 液 体 ， 即 使 停 止 搅 拌 ， 淀 粉 也 不 会再 沉 淀 的 现 象 。 由 于 淀 粉 颗 粒 的 结 晶性 结 构 对 酶 作 用 的 抵 抗 力非 常 强 ,不 能 使 淀 粉 酶 直 接作 用 于 淀 粉 ,而 需 要 先 加 热淀 粉 乳 ,使 淀 粉 颗 粒 吸 水 膨胀 、 糊 化 ， 破 坏 其 结 晶 性的 结 构 。 1、 液 化 原 理1） 淀 粉 的 糊 化 与 老 化 30 糊 化 温 度 ： 发 生 糊 化 现 象 时 的 温 度 称 为 糊 化 温 度 ，一 般 来 讲 ， 糊 化 温 度 有 一 个 范 围 。 不 同

28、 的 淀 粉 有 不 同的 糊 化 温 度 。 淀 粉 的 老 化 ： 分 子 间 氢 键 已 断 裂 的 糊 化 淀 粉 又 重新 排 列 形 成 新 的 氢 键 的 过 程 ， 也 就 是 复 结 晶 过 程 。 老 化 的 弊 端 ： 淀 粉 酶 很 难 进 入 老 化 淀 粉 的 结 晶 区起 作 用 ， 使 淀 粉 很 难 液 化 ， 更 不 能 糖 化 。 糊 化 淀 粉 是 在 淀 粉 酶 的 作 用 下 液 化 的 ， -淀 粉 酶可 以 水 解 淀 粉 分 子 链 的 -1， 4糖 苷 键 ， 不 能 水 解 -1，6糖 苷 键 ， 但 能 越 过 -1， 6糖 苷 键 继

29、续 水 解 -1， 4糖苷 键 ， 水 解 没 有 规 律 性 的 先 后 次 序 。 31 2、 糖 化 的 原 理 糖 化 酶 又 称 糖 化 型 淀 粉 酶 或 葡 糖 淀 粉 酶 ， 它对 底 物 作 用 是 从 非 还 原 性 末 端 开 始 切 割 ， 一 个 分子 切 割 下 葡 萄 糖 单 位 。 它 不 但 可 以 水 解 -1， 4糖苷 键 ， 而 且 也 水 解 -1， 6糖 苷 键 和 -1， 3糖 苷键 。 它 可 以 直 接 将 淀 粉 水 解 成 葡 萄 糖 ， 也 能 水 解糊 精 、 低 聚 糖 ， 最 终 产 物 转 化 为 葡 萄 糖 。酶 的 用 量原

30、则 ： 酶 活 力 低 ， 液 化 液 浓 度 高 ， 用 量 则 多 ， 反 之 则 少 。生 产 用 量 ： 30%淀 粉 ， 80-100单 位 /克 淀 粉 。 32 4.2.3 糖 蜜 预 处 理1、 糖 蜜 稀 释 ： 糖 蜜 在 处 理 前 要 加 水 稀 释 ， 加 水 量 为1： 1， 否 则 黏 度 太 高 不 利 于 后 续 操 作 ；2、 糖 蜜 澄 清 ： 由 于 其 中 含 有 大 量 灰 分 和 胶 体 ， 不 但影 响 菌 体 的 生 长 ， 也 影 响 产 品 的 纯 度 ， 胶 体 使 发酵 中 产 生 大 量 泡 末 ， 影 响 发 酵 ；3、 脱 钙 调

31、 PH值 ： 对 酸 性 原 料 ， PH应 该 调 得 比 碱 性原 料 要 高 些 ， 因 为 它 具 有 延 时 缓 冲 性 ， 用 它 配 制的 培 养 基 在 灭 菌 后 会 酸 化 ； 而 碱 性 原 料 的 性 质 正好 相 反 。 调 PH一 般 用 硫 酸 或 碳 酸 钠 ， 调 PH6.0-7.2。4、 调 节 金 属 离 子 的 浓 度 ： 最 常 用 的 方 法 是 采 用 添 加黄 血 盐 （ 亚 铁 氰 化 钾 ） 或 EDTA等 络 合 剂 、 离 子 交换 树 脂 和 活 性 碳 吸 附 。 33 4.3 灭 菌 与 空 气 净 化 工 程 4.3.1 培 养

32、基 湿 热 灭 菌 方 法 及 设 备 灭 菌 原 理 ： 当 温 度 超 过 最 高 限 度 时 ， 微 生 物 细 胞中 的 原 生 质 和 酶 的 基 本 成 分 -蛋 白 质 发 生 不 可 逆 的变 化 ， 使 微 生 物 在 很 短 时 间 内 死 亡 。 以 能 否 杀 死 细 菌 的 芽 孢 为 标 准 。 。 杀 死 微 生 物 的 极 端 温 度 称 为 致 死 温 度 。 在 致 死 温度 下 ， 杀 死 全 部 微 生 物 所 需 的 时 间 称 为 致 死 时 间 。 34 4.3.1.1 连 续 灭 菌 及 设 备 连 续 灭 菌 也 叫 连 消 ， 将 配 制 好

33、 的 培 养 基 在 高 温快 速 的 情 况 下 ， 向 发 酵 罐 输 送 的 同 时 经 过 加 温 ， 保温 ， 冷 却 的 过 程 进 行 灭 菌 。 其 灭 菌 的 温 度 一 般 以126-132 为 宜 。 连 续 灭 菌 时 培 养 基 可 瞬 时 被 加 热 到 144 ， 并保 持 此 温 度 至 灭 菌 要 求 ， 也 能 很 快 地 被 冷 却 ， 因 此是 高 温 瞬 时 灭 菌 法 ， 有 利 于 减 少 培 养 基 中 的 营 养 物质 的 破 坏 。 35 36 连 续 灭 菌 的 基 本 设 备 一 般 包 括 ：1、 配 料 预 热 罐 ： 将 配 制 好

34、 的 料 液 预 热 到 60-70 ，以 免 连 续 灭 菌 料 液 与 蒸 汽 温 度 相 差 过 大 而 产 生 水气 碰 击 声 。2、 连 消 器 ： 主 要 作 用 是 使 高 温 蒸 汽 与 料 液 迅 速 接 触混 合 ， 并 使 料 液 的 温 度 很 快 提 高 到 灭 菌 温 度 。3、 维 持 罐 ： 连 消 器 加 热 的 时 间 很 短 ， 仅 靠 这 段 时 间灭 菌 不 够 ， 维 持 罐 的 作 用 是 使 料 液 在 灭 菌 温 度 下保 持 5-7min， 以 达 到 灭 菌 的 目 的 。4、 冷 却 器 ： 从 维 持 罐 出 来 的 料 液 要 经

35、过 冷 却 器 进 行冷 却 （ 40-50 ） 。 37 38 连 续 灭 菌 的 优 缺 点 及 注 意 事 项优 点 ：1） 培 养 基 受 热 时 间 短 ， 可 缩 短 发 酵 周 期 ； 同 时 培 养基 成 分 破 坏 也 较 少 。2） 蒸 汽 负 荷 均 衡 ， 锅 炉 利 用 率 高 ， 操 作 方 便 。3） 适 于 自 动 控 制 ， 降 低 劳 动 强 度 。缺 点 ： 设 备 复 杂 ， 投 资 大 。注 意 事 项 ： 1） 连 消 前 ， 应 先 进 行 空 罐 、 维 持 罐 、 冷却 系 统 的 灭 菌 。 2） 确 保 管 路 无 渗 漏 。 39 4.3

36、.1.2 间 歇 灭 菌 及 设 备 间 歇 灭 菌 法 ： 将 配 制 好 的 培 养 基 放 在 发 酵 罐或 其 他 容 器 中 ， 通 入 蒸 汽 将 培 养 基 和 所 有 设 备 仪器 一 起 加 热 ， 达 到 预 定 灭 菌 温 度 后 维 持 一 段 时 间 ，再 冷 却 到 发 酵 温 度 的 湿 热 灭 菌 的 过 程 ， 也 称 实 罐灭 菌 。 间 歇 灭 菌 的 过 程 一 般 包 括 升 温 、 保 温 和 冷却 三 个 阶 段 。 间 歇 灭 菌 时 ， 加 热 和 冷 却 所 需 的 时 间 长 ， 且发 酵 罐 容 积 越 大 ， 时 间 越 长 ， 就 增

37、 加 了 发 酵 前 的准 备 时 间 ， 也 相 应 地 延 长 了 发 酵 周 期 ， 使 发 酵 罐的 利 用 率 下 降 。 40 1、 在 进 行 培 养 基 灭 菌 之 前 ， 通 常 应 先 把 发 酵罐 的 分 空 气 过 滤 器 灭 菌 并 用 无 菌 空 气 吹 干 。 2、 预 热 ： 向 夹 套 或 蛇 管 中 通 入 蒸 汽 ， 间 接 将培 养 基 加 热 至 70 左 右 。 作 用 ： 减 少 冷 凝 水 的 生成 ； 减 轻 噪 音 。 3、 开 启 蒸 汽 管 ， 向 培 养 基 中 通 入 蒸 汽 ， 升 温 。 4、 罐 压 达 0.1 MPa时 ， 按

38、 装 在 发 酵 罐 封 头 的接 种 管 、 补 料 管 、 消 泡 剂 管 等 应 排 汽 。 41 5、 保 温 ： 调 节 好 各 进 汽 和 排 汽 阀 门 ， 使 罐 压 和 温 度保 持 在 一 稳 定 水 平 ， 维 持 一 定 时 间 。 在 保 温 阶 段 ，凡 进 口 在 培 养 基 液 面 下 的 各 管 道 都 应 通 入 蒸 汽 ；在 液 面 上 的 其 余 管 道 则 应 排 放 蒸 汽 ， 这 样 才 能 保证 灭 菌 彻 底 ， 不 留 死 角 。6、 保 温 结 束 后 ， 依 次 关 闭 各 排 汽 、 进 汽 阀 ； 待 罐 内压 力 降 至 0.5kg

39、/cm2左 右 时 ， 向 罐 内 通 入 无 菌 空 气 ，向 夹 套 或 蛇 管 中 通 入 冷 水 ， 使 培 养 基 降 至 所 需 温度 。 通 入 无 菌 空 气 的 作 用 ： 加 速 降 温 ； 保 持 罐内 正 压 。 42 间 歇 灭 菌 的 优 缺 点优 点 ： 1） 不 需 专 门 的 灭 菌 设 备 ， 投 资 少 、 设 备 简单 、 灭 菌 效 果 可 靠 。 2） 对 蒸 汽 的 要 求 较 低 ， 一 般 3-4kg/cm2即可 满 足 。缺 点 ： 在 灭 菌 过 程 中 蒸 汽 用 量 变 化 大 ， 造 成 锅 炉 负荷 波 动 大 ， 中 小 型 罐

40、经 常 采 用 。 43 4.3.2 空 气 净 化 及 设 备4.3.2.1 空 气 净 化 的 要 求 发 酵 用 的 无 菌 空 气 ,就 是 将 自 然 界 的 空 气 经过 压 缩 ,冷 却 ,减 湿 ,过 滤 等 过 程 达 到 :1 连 续 提 供 一 定 流 量 的 压 缩 空 气 。2 空 气 的 压 强 为 0.2-0.4Mpa3 进 入 过 滤 器 之 前 ， 空 气 的 相 对 湿 度 70% 4 进 入 发 酵 罐 的 空 气 温 度 可 比 培 养 温 度 高10-305 压 缩 空 气 的 洁 净 度 一 般 以 失 败 概 率 为 10-3为 指 标 。 44

41、空 气 净 化 的 方 法 ：（ 1） 热 灭 菌 法 ： 加 热 后 微 生 物 体 内 的 蛋 白 质 热 变 性而 死 亡 。 空 气 在 进 入 培 养 系 统 之 前 ， 一 般 需 要 经 过 压缩 机 压 缩 ， 提 高 压 力 ， 所 以 ， 空 气 热 灭 菌 时 所 需要 的 温 度 ， 就 不 必 用 蒸 汽 或 其 它 载 热 体 加 热 ， 而可 直 接 利 用 空 气 压 缩 时 的 温 度 提 高 来 实 现 的 ， 空气 经 过 压 缩 后 温 度 能 够 升 到 200 以 上 ， 保 持 一 定时 间 后 ， 便 可 以 实 现 干 热 灭 菌 。 45 （

42、 2） 静 电 除 菌 法 ： 使 用 静 电 除 尘 器 除 去 空 气 中 的 水 雾 尘 埃 等 ，同 时 也 除 去 空 气 的 微 生 物 。 静 电 除 菌 是 采 用 静 电引 力 来 吸 附 带 电 粒 子 而 达 到 除 尘 灭 菌 的 目 的 。 悬 浮 于 空 气 中 的 微 生 物 及 孢 子 大 多 带 有 不 同的 电 荷 ， 不 带 电 荷 的 微 粒 进 入 高 压 静 电 场 时 也 会被 电 离 成 带 电 微 粒 ， 但 对 于 一 些 直 径 较 小 的 微 粒 ，所 带 电 荷 少 ， 微 粒 就 不 容 易 被 吸 附 沉 降 。 46 过 滤介 质

43、绝 对 过 滤 深 度 过 滤 介 质 的 空隙 小 于 被 拦 截的 微 生 物 大 小 ，如 用 聚 四 氟 乙烯 或 纤 维 素 酯材 料 做 成 的 微孔 滤 膜 。 介 质 孔 隙 大 于被 拦 截 的 微 生 物 大小 ， 但 介 质 有 一 定厚 度 ， 机 理 是 静 电 ，扩 散 ， 惯 性 及 拦 截作 用 。 如 棉 花 过滤 器 ， 超 细 玻 璃 纤维 纸 ， 金 属 烧 结 管等 。（ 3） 介 质 过 滤 除 菌 47玻璃纤维活性炭 棉花介质 48 介 质 过 滤 除 菌 法 是 采 用 定 期 灭 菌 干 燥 介 质 来阻 截 流 过 的 空 气 所 含 的 微

44、 生 物 ， 从 而 获 得 无 菌 的空 气 。 棉 花 ： 未 脱 脂 棉 花 ， 纤 维 直 径 为 16-20 m， 其 实 密 度 为 1520Kg/m3。 填 充 率 为 8.5-10%。 玻 璃 纤 维 ： 用 无 碱 的 玻 璃 纤 维 介 质 作 为 过 滤介 质 。 纤 维 直 径 为 3-20 m， 其 实 密 度 为2600Kg/m3。 填 充 率 为 5-11%。 活 性 炭 ： 常 与 纤 维 状 介 质 分 层 堆 放 成 过 滤 床 。 通 过 过 滤 器 的 气 流 速 度 一 般 为 0.2-0.3m/s。3 49 4.3.2.2 空 气 净 化 流 程 及

45、 提 高 过 滤 除 菌 的 效 率 措 施 空 气 净 化 过 程 中 ， 要 保 持 深 层 介 质 过 滤 器 在较 高 的 效 率 下 对 空 气 进 行 过 滤 除 菌 ， 必 须 有 ： 供气 设 备 （ 空 气 压 缩 机 ） ， 对 空 气 提 供 足 够 的 能 量 ；高 效 的 过 滤 除 菌 设 备 （ 空 气 过 滤 器 ） ， 以 除 去 空气 中 的 微 生 物 颗 粒 ； 一 系 列 加 热 、 冷 却 及 分 离 和除 杂 的 附 属 设 备 来 保 证 。 50 1） .两 级 冷 却 ， 加 热 除 菌 流 程特 点 ： 两 次 冷 却 ， 两 次 分 离

46、， 适 当 加 热 。 适 应 性 广 ， 充 分 分 离 油 水 ， 节 约 冷 却 水 。 51 2） .冷 热 空 气 直 接 混 合 式 空 气 除 菌 流 程 特 点 ： 省 去 第 二 冷 却 后 的 分 离 设 备 和 空 气 再 加热 设 备 ， 流 程 比 较 简 单 ， 冷 却 水 用 量 少 。 适 用 于中 等 湿 度 的 地 区 。 52 3） .高 效 前 置 过 滤 空 气 除 菌 流 程 53 2、 提 高 过 滤 介 质 除 菌 效 率 的 措 施如 何 提 高过 滤 除 菌效 率设 计 合 理预 处 理 设 备 选 择 合 适净 化 流 程保 证 进 口空

47、气 的 洁净 度 。 降 低 空 气相 对 湿 度保 证 过 滤介 质 干 燥合 理 空 气过 滤 器 ， 除菌 效 率高 的 过 滤介 质 54 4.5 菌 种 的 培 养4.5.1 菌 种 的 扩 大 培 养 菌 种 的 扩 大 培 养 就 是 为 每 次 发 酵 罐 投 料 ， 提 供相 当 数 量 的 种 子 。4.5.2 发 酵 阶 段 的 条 件 控 制 反 映 发 酵 过 程 变 化 的 参 数 分 为 两 类 ： 一 、 是 可以 直 接 采 用 特 定 的 传 感 器 检 测 的 参 数 ， 如 温 度 、 罐压 、 搅 拌 功 率 、 转 速 、 泡 沫 、 发 酵 液 的

48、 黏 度 等 称 为直 接 参 数 ； 二 、 难 以 用 传 感 器 检 测 到 的 数 据 ， 如 细胞 的 生 长 速 率 、 产 物 生 成 情 况 等 ， 称 为 间 接 参 数 。上 述 参 数 中 ， 对 发 酵 过 程 影 响 较 大 的 有 营 养 浓 度 、温 度 、 溶 氧 、 PH、 泡 沫 等 。 55 4.5.2.1 营 养 条 件 的 控 制 （ 1） 碳 源 和 氮 源 之 比 在 发 酵 培 养 基 的 配 制 过 程 中 ， 要 严 格 控 制 好碳 氮 比 、 无 机 盐 、 维 生 素 和 金 属 离 子 的 浓 度 的 比例 ， 其 中 碳 氮 比 的

49、 影 响 最 为 明 显 。 如 谷 氨 酸 发 酵碳 氮 比 为 4： 1时 ， 菌 体 大 量 繁 殖 ， 积 累 少 量 的 谷氨 酸 ； 而 碳 氮 比 为 3： 1时 ， 则 产 生 大 量 的 谷 氨 酸 ，菌 体 增 殖 受 到 抑 制 。 生 产 上 用 控 制 碳 氮 比 以 满 足菌 体 大 量 繁 殖 ， 同 时 又 能 促 进 谷 氨 酸 的 产 量 。 56 （ 2） 补 料 在 分 批 发 酵 中 糖 过 多 ， 会 造 成 细 胞 生 长 过 旺 ，供 氧 不 足 ， 产 量 低 。 解 决 这 一 问 题 的 方 法 是 间 歇或 连 续 进 行 补 糖 和 补

50、 料 。 如 在 发 酵 进 入 产 物 合 成期 时 及 时 补 料 ， 可 以 延 长 产 物 合 成 的 旺 盛 阶 段 ，避 免 菌 体 过 早 衰 老 ， 也 可 控 制 PH和 代 谢 方 向 。 如生 产 利 福 霉 素 的 过 程 中 ， 根 据 还 原 糖 的 变 化 ， 中途 加 葡 萄 糖 延 长 利 福 霉 素 的 合 成 期 。 补 料 方 法 可 采 用 一 次 大 量 补 料 或 连 续 流 加 的方 法 。 57 1、 温 度 的 影 响 温 度 对 发 酵 的 影 响 表 现 在 影 响 酶 的 反 应 速 率 ，改 变 菌 体 代 谢 产 物 的 合 成 方

51、 向 ， 影 响 微 生 物 的 代谢 调 控 机 制 ； 还 影 响 到 发 酵 液 的 黏 度 、 氧 在 发 酵过 程 中 的 溶 解 度 ， 某 些 基 质 的 分 解 和 吸 收 速 率 等 ，进 而 影 响 发 酵 的 动 力 学 特 性 和 产 物 的 生 物 合 成 。4.5.2.2 温 度 的 影 响 及 控 制 58 2、 影 响 发 酵 温 度 的 因 素 在 发 酵 过 程 中 温 度 是 不 断 变 化 的 。 发 酵 开 始微 生 物 处 于 延 迟 期 ， 释 放 热 量 少 ， 应 提 高 温 度 ，满 足 菌 体 生 长 的 需 要 ； 当 微 生 物 进 入

52、 对 数 期 ， 菌体 进 行 呼 吸 作 用 和 发 酵 作 用 ， 放 出 大 量 的 热 ， 温度 剧 烈 上 升 ； 发 酵 后 期 ， 呼 吸 和 发 酵 作 用 逐 渐 缓慢 ， 释 放 热 量 少 ， 温 度 下 降 。 在 发 酵 过 程 中 ， 引 起 温 度 变 化 的 因 素 有 生 物热 、 搅 拌 热 、 通 气 热 、 蒸 发 热 、 辐 射 热 和 显 热 。发 酵 热 是 发 酵 过 程 中 释 放 出 的 净 热 量 。Q发 酵 = Q生 物 + Q搅 拌 + Q通 气 - Q蒸 发 - Q显 Q辐射 59 A、 生 物 热 （ Q生 物 ） 在 发 酵 过

53、程 中 ， 菌 体 不 断 利 用 培 养 基 中的 营 养 物 质 ， 将 其 分 解 氧 化 而 产 生 的 能 量 ，其 中 一 部 分 用 于 合 成 高 能 化 合 物 提 供 细 胞 合成 和 代 谢 产 物 合 成 需 要 的 能 量 ， 其 余 一 部 分以 热 的 形 式 散 发 出 来 ， 这 散 发 出 来 的 热 就 叫生 物 热 。 这 种 热 的 主 要 来 源 是 培 养 基 中 的 碳 水化 合 物 、 脂 肪 和 蛋 白 质 等 分 解 为 二 氧 化 碳 、氨 气 、 水 和 其 他 物 质 时 释 放 出 来 的 。 60 B、 搅 拌 热 ： 在 机 械

54、 搅 拌 通 气 发 酵 罐 中 ， 由 于机 械 搅 拌 带 动 发 酵 液 作 机 械 运 动 ， 造 成 液 体之 间 ， 液 体 与 搅 拌 器 等 设 备 之 间 的 摩 擦 ， 产生 的 热 量 。 搅 拌 热 受 搅 拌 设 备 、 搅 拌 方 式 和 发 酵 液的 粘 度 等 影 响 。C、 通 气 热 ： 是 指 通 入 空 气 温 度 高 于 发 酵 液 温度 时 所 产 生 的 热 量 。 通 气 热 的 大 小 ， 取 决 于通 入 的 空 气 和 发 酵 液 的 温 度 差 和 通 气 量 。 61 D、 蒸 发 热 ： 发 酵 液 蒸 发 水 分 带 走 的 热 量

55、 。 空 气 进 入 发 酵 罐 后 ， 就 和 发 酵 液 广 泛 接 触 进行 热 交 换 ， 同 时 必 然 会 引 起 水 分 的 蒸 发 ， 蒸 发 所需 的 热 量 即 为 蒸 发 热 。E、 显 热 ： 发 酵 排 气 散 发 带 走 的 热 量 。F、 辐 射 热 ： 由 于 罐 内 外 的 温 差 ， 辐 射 带 走 的 热 量 。因 罐 内 外 的 温 度 不 同 ， 发 酵 液 中 有 部 分 热 通 过 罐体 向 外 辐 射 。 辐 射 热 的 大 小 决 定 于 罐 内 外 的 温 差 、 罐 的 表面 积 等 。 冬 天 大 一 些 ， 夏 天 小 一 些 ， 一

56、般 不 超 过发 酵 热 的 5 62 3、 温 度 控 制 温 度 过 高 、 过 低 均 对 微 生 物 发 酵 不 利 。 过 高微 生 物 很 少 繁 殖 并 很 快 衰 老 死 亡 ； 过 低 微 生 物 生长 缓 慢 ， 发 酵 时 间 很 长 ， 所 以 发 酵 要 在 最 适 的 温度 下 进 行 ， 但 生 长 最 适 温 度 不 一 定 是 积 累 产 物 的最 适 温 度 。 因 此 要 控 制 好 发 酵 各 阶 段 的 不 同 温 度 ，使 微 生 物 大 量 生 长 繁 殖 ， 又 可 得 到 大 量 产 物 。 温 度 影 响 微 生 物 生 长 的 机 理 ：

57、(1)影 响 酶 活 性 。 (2)影 响 细 胞 膜 的 流 动 性 。 (3)影 响 物 质 的 溶 解 度 。 63 温 度 对 微 生 物 发 酵 的 影 响1） 温 度 影 响 产 物 合 成 的 速 率 及 产 量 从 酶 动 力 学 来 看 ， 温 度 升 高 ， 反 应 速 率 加 大 ，代 谢 加 快 ， 生 产 期 提 前 ； 但 因 酶 本 身 很 易 因 热 而 失去 活 性 ， 温 度 越 高 ， 酶 的 失 活 也 越 快 ， 表 现 在 菌 体易 于 衰 老 ， 发 酵 周 期 缩 短 ， 影 响 产 物 的 最 终 产 量 。 温 度 除 了 直 接 影 响 发

58、 酵 过 程 中 各 种 反 应 速 率 外 ，还 通 过 改 变 发 酵 液 的 物 理 性 质 ， 间 接 影 响 菌 的 生 物合 成 。 黑 曲 霉 生 长 最 适 温 度 33-37 ， 积 累 柠 檬 酸的 最 适 温 度 在 32 。 64 2） 温 度 可 能 会 影 响 终 产 物 的 质 量 例 如 凝 结 芽 孢 杆 菌 合 成 -淀 粉 酶 时 ， 发 酵 温度 控 制 在 55 时 ， 合 成 的 -淀 粉 酶 耐 高 温 ， 在90 、 60min条 件 下 ， 其 活 性 丧 失 仅 10 左 右 ， 而发 酵 温 度 控 制 在 35 时 ， 合 成 的 -淀

59、粉 酶 在 相 同条 件 下 丧 失 90 。3） 温 度 还 可 能 影 响 生 物 合 成 的 方 向 例 如 ： 四 环 素 发 酵 中 金 色 链 霉 菌 同 时 能 产 生 金霉 素 。 在 低 于 30 下 ， 该 菌 合 成 金 霉 素 能 力 较 强 ；温 度 提 高 ， 合 成 四 环 素 的 比 例 提 高 ； 在 温 度 达 到35 时 ， 则 只 产 生 四 环 素 ， 金 霉 素 的 合 成 停 止 。 65 4.5.2.3 溶 氧 的 影 响 及 控 制 1、 溶 解 氧 影 响 由 于 氧 在 水 中 的 溶 解 度 很 小 ， 在 培 养 基 中 的溶 解 度

60、更 小 ， 而 微 生 物 细 胞 只 能 利 用 溶 解 氧 ， 很少 能 直 接 从 空 气 泡 中 获 得 氧 ， 所 以 需 要 不 断 通 风和 搅 拌 ， 才 能 满 足 发 酵 需 氧 的 要 求 。 引 起 溶 解 氧 异 常 升 高 的 原 因 ：a、 菌 体 代 谢 出 现 异 常 ， 耗 氧 能 力 下 降 ， 使 溶 解 氧 上升 ；b、 污 染 烈 性 噬 菌 体 ， 产 生 菌 未 裂 解 前 ， 呼 吸 受 到 抑制 ， 溶 解 氧 可 能 迅 速 上 升 ， 到 菌 体 破 裂 后 ， 完 全失 去 呼 吸 能 力 ， 溶 解 氧 直 线 上 升 。 66 发

61、酵 工 艺 中 引 起 溶 解 氧 异 常 下 降 的 原 因 有 ：1、 污 染 好 气 性 杂 菌 ， 大 量 的 溶 解 氧 被 消 耗 掉 ， 可 能使 溶 解 氧 短 时 间 内 降 到 零 附 近 ， 如 果 杂 菌 本 身 好养 量 不 强 ， 溶 解 氧 变 化 可 能 也 不 明 显 ；2、 菌 体 代 谢 发 生 异 常 现 象 ， 需 氧 要 求 增 加 ， 使 溶 解氧 下 降 ；3、 某 些 设 备 或 工 艺 控 制 发 生 故 障 或 变 化 ， 也 可 能 引起 溶 解 氧 下 降 。 如 搅 拌 速 度 变 慢 ， 影 响 供 氧 能 力 ，也 会 使 溶 解

62、 氧 迅 速 下 降 。 67 2、 溶 解 氧 浓 度 的 控 制 发 酵 液 的 溶 解 氧 浓 度 是 由 供 氧 和 需 氧 两 方面 决 定 的 。 当 供 氧 量 大 于 需 氧 量 时 ， 溶 解 氧 浓度 上 升 ， 直 至 饱 和 ； 如 需 氧 量 大 于 供 氧 量 ， 溶解 氧 浓 度 则 下 降 。 因 此 控 制 溶 解 氧 浓 度 应 从 供氧 和 需 氧 两 个 方 面 考 虑 。（ 1） 影 响 供 氧 的 因 素a、 增 加 空 气 中 氧 的 含 量 ， 使 氧 分 压 增 高 ；b、 提 高 罐 压 力 ； 但 同 时 会 增 加 CO2的 溶 解 度

63、影 响pH， 可 能 会 影 响 菌 的 代 谢 。c、 调 节 通 风 速 率 ；d、 调 节 搅 拌 转 速 。 68 （ 2） 影 响 耗 氧 的 因 素a、 菌 龄 影 响 耗 氧 ： 呼 吸 旺 盛 ， 耗 氧 力 强 ， 发 酵 后 期菌 体 处 于 衰 老 状 态 ， 耗 氧 能 力 自 然 减 弱 。b、 培 养 基 的 成 分 和 浓 度 显 著 影 响 耗 氧 ： 培 养 液 营 养丰 富 ， 菌 体 生 长 快 ， 耗 氧 量 大 ； 发 酵 液 浓 度 高 ， 耗氧 量 大 ； 发 酵 过 程 补 料 或 补 糖 ， 微 生 物 对 氧 的 摄 取量 随 着 增 大 。

64、C、 发 酵 条 件 影 响 耗 氧 ： 在 最 适 条 件 下 发 酵 ， 耗 氧 量大 。 69 不 同 种 类 微 生 物 ， 对 pH要 求 不 同 ；酵 母 ： pH 3.8 6.0细 菌 ： pH 6.5 7.5霉 菌 ： pH 4.0 6.0放 线 菌 ： pH 7.0 8.04.5.2.4 PH的 影 响 及 控 制1、 PH的 影 响 70 pH不 同 ， 微 生 物 代 谢 产 物 不 同 黑 曲 霉 pH： 2 3， 柠 檬 酸 发 酵pH： 7.0， 草 酸 发 酵谷 氨 酸 菌 pH： 7 8， 谷 氨 酸 发 酵pH： 5.0 5.8， 谷 氨 酰 胺 发 酵酿 酒

65、 酵 母 pH： 4.5-7.0， 乙 醇 发 酵pH： 8.0， 甘 油 发 酵 71 微 生 物 生 长 和 发 酵 的 最 适 宜 pH可 能 不 同 。丙 酮 丁 醇 菌 生 长 ： pH 5.5 7.0;发 酵 ： pH 4.3-5.3;链 霉 素 菌 生 长 ： pH 6.3-6.9发 酵 ： pH 6.7-7.3青 霉 素 菌 生 长 ： pH 6.5-7.2发 酵 ： pH 6.2-6.8 72 a、 影 响 酶 的 活 性 ， 当 pH值 抑 制 菌 体 中 某 些 酶 的 活性 时 ， 会 阻 碍 菌 体 的 新 陈 代 谢 ；b、 影 响 微 生 物 细 胞 膜 所 带

66、电 荷 的 状 态 ， 改 变 细 胞膜 的 通 透 性 ， 影 响 微 生 物 对 营 养 物 质 的 吸 收 和代 谢 产 物 的 排 泄 ；c、 影 响 培 养 基 中 某 些 组 分 的 解 离 ；d、 pH值 不 同 ， 往 往 引 起 菌 体 代 谢 过 程 的 不 同 ， 使代 谢 产 物 的 质 量 和 比 例 发 生 改 变 。 pH值 对 发 酵 的 影 响 73 2、 发 酵 过 程 中 pH值 的 调 节 及 控 制最 适 pH值 的 确 定 ： 根 据 实 验 结 果 不 同 的 pH值 出 发 进 行 发 酵 ， 发 酵 过 程 中 定 时测 定 和 调 节 pH值 以 维 持 出 发 pH值 ， 或 者 利 用 缓 冲液 配 制 培 养 基 来 维 持 。 定 时 观 察 菌 体 的 生 长 情 况 ，以 菌 体 生 长 达 到 最 高 值 的 pH值 为 生 长 最 适 pH。 同 样 的 方 法 可 测 得 产 物 合 成 的 最 适 pH值 。 但同 一 产 物 的 最 适 pH值 ， 还 与 所 用 的 菌 种 、 培 养 基组 成 和 培 养 条