【正文】 發(fā)酵液中溶氧壓很低時，超出溶氧探頭的極限，氧化還原電位可彌補這一點 （ 4） 溶 CO2CO2探頭 ? 較高的分壓抑制微生物生長并降低次級代謝產(chǎn)物的量 ? 由一支 pH探頭浸入被可穿透 CO2的膜包裹的碳酸氫鹽緩沖液中 ? 緩沖液與被測發(fā)酵液中的 CO2分壓保持平衡，緩沖液的 pH可間接表示發(fā)酵液中的 CO2分壓 發(fā)酵檢測用新型傳感器 ? 對生物反應(yīng)中重要的參數(shù)如生物量、基質(zhì)和產(chǎn)物濃度的信息 （ 1） 離子選擇電極 ? 是對某種離子呈特異性反應(yīng)的電化學(xué)傳感器 ? 由離子選擇膜、連通介質(zhì)和參比電極組成 ? 靈敏度高（ ppm），但不能蒸汽滅菌 （ 2） 生物傳感器 ? 將生物學(xué)敏感材料固定化的傳感器，將生物信號轉(zhuǎn)化為電信號 ? 生物學(xué)元件：由單酶、多酶體系、抗體、細胞器、細菌、動植物細胞或組織等生物材料通過表面共價結(jié)合、物理吸附、包埋而固定 ? 轉(zhuǎn)換器：電位計、安培計、量熱計、光度計 ? 信號、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 代表性生物傳感器 轉(zhuǎn)換器類型 檢測對象 生物學(xué)元件 檢測信號 安培計 葡萄糖 葡萄糖氧化酶 H2O2 酒精 乙醇氧化酶 H2O2 乳酸 乳酸脫氫酶 NADH 葡萄糖 Pseudo. Fluorescens O2 AMP AMP脫氫酶 O2 電位計 尿素 脲酶 NH4+ Glu CO2 青霉素 青霉素酶 H+ 熱敏電阻 Vc 抗壞血酸氧化酶 熱量 乙醇 醇氧化酶 熱量 二、發(fā)酵過程計算機控制 ? 傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)的工藝管理和控制多數(shù)采用人工操作的方式，嚴(yán)重地影響和制約了工藝水平和管理水平的提高，并導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定、發(fā)酵轉(zhuǎn)化率低、能耗大、高成本等問題。 本章主要內(nèi)容 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度 的影響及控制 第二節(jié) 溫度的影響及其控制 第三節(jié) pH的影響及控制 第四節(jié) 溶氧的影響及控制 第五節(jié) 泡沫的影響及控制 第六節(jié) 二氧化碳和呼吸商 第七節(jié) 發(fā)酵終點的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 ? 作為生產(chǎn)企業(yè)，追求 低投入、高產(chǎn)出 是其所追求的永恒目標(biāo)，這就要求尋求生化反應(yīng)系統(tǒng)的最優(yōu)化，在于通過實驗和實驗結(jié)果分析找到一種適合生產(chǎn)過程的最佳參數(shù)。補料可根據(jù)糖消耗速率計算到放罐時允許的殘留量來控制。 ? 發(fā)酵生產(chǎn)能力及評價指標(biāo)： ? 生產(chǎn)能力 (或稱生產(chǎn)率 ,產(chǎn)率 ) ：單位時間單位罐體積的產(chǎn)物積累量，單位一般為 g/(L 消泡劑具有不飽和性和還原性，使 RQ值偏低。 ?表征不同的基質(zhì)利用情況 基質(zhì)還原性強與弱的差異 例如： E. Coli 以琥珀酸為基質(zhì)， RQ=； 以乳酸為基質(zhì)， RQ= 以葡萄糖為基質(zhì)， RQ=。 HCO3影響磷脂、親水頭部帶電荷表面及細胞膜表面的蛋白質(zhì)。當(dāng)進氣口 CO2含量占混合氣體體積的 80%時，酵母活力只達到對照組的 80%。它是細胞代謝的重要指標(biāo)。 ⑶大量的泡沫易造成逃液，增加污染雜菌的機會，造成巨大損失。發(fā)酵過程中所遇到的泡沫，其分散相是無菌空氣和代謝氣體，連續(xù)相是發(fā)酵液。h)； X——菌濃度， g/L。 （ 1）影響體積氧傳遞系數(shù) KLa的因素 ① 攪拌： ?形成小氣泡，增大比表面積 ?液體渦流運動，增加氣液接觸時間 ?料液湍流運動，促進傳質(zhì) ?使菌體分散，避免結(jié)團 ② 空氣流速（線速度）： ?空氣線速度較小時， KLa隨線速度增加而增加； ?空氣線速度增加至一定程度后，如不改變攪拌速度，則會降低攪拌功率，使 KLa降低，甚至發(fā)生“過載”現(xiàn)象 ③ 空氣分布管 ：改變氣泡大小，從而改變氣泡的比表面積。 ? 根據(jù)需氧不同，可將初級代謝發(fā)酵分為以下三類： ①供氧充足條件下，產(chǎn)量最大；若供氧不足，合成受強烈抑制：如，谷氨酸、精氨酸、脯氨酸等； ②供氧充足條件下，可得最高產(chǎn)量；若供氧受限，產(chǎn)量受影響不明顯：如，異亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸等； ③若供氧受限，細胞呼吸受抑制時，才獲得最大量產(chǎn)物；若供氧充足，產(chǎn)物形成反而受抑制：如，亮氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸等。h）。通過少量多次流加的方式進行。 發(fā)酵液 pH值對發(fā)酵的影響 ?影響微生物細胞原生質(zhì)膜的電荷狀態(tài)：改變原生質(zhì)膜的離子透性，影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的泄漏； ?影響酶的活性：酶需在最適的 pH值環(huán)境中工作；某些酶的活性在某 pH值下受到抑制是對產(chǎn)物的一種保護機制； ?影響菌體的形態(tài)： pH值還會影響某些霉菌的形態(tài)，如細胞壁厚度、菌絲直徑。 ? 溫度選擇還需參考其他條件，如培養(yǎng)基特性和通風(fēng)條件。可按下式計算： Q蒸發(fā) =qm（ H出 H進 ） 式中， qm——干空氣的質(zhì)量流量， kg/h； H出 、 H進 ——發(fā)酵罐排氣、進氣的熱焓， kg/h。 ? 發(fā)酵熱的通式可表示為： Q發(fā)酵 =Q生物 +Q攪拌 Q蒸發(fā) 177。 溫度對青霉菌生長速率的影響 溫度對青霉菌呼吸強度的影響 溫度對青霉素生產(chǎn)速率的影響 溫度對青霉菌生長速率的影響 溫度對青霉菌呼吸強度的影響 溫度對青霉素生產(chǎn)速率的影響（ 3）溫度對發(fā)酵液物理性質(zhì)的影響 ＃影響氧在發(fā)酵液中的溶解度 溫度 ↑ 溶氧 ↓ ＃影響基質(zhì)的分解和吸收速率 如：菌體對硫酸鹽吸收在 25℃ 時最小。 本章主要內(nèi)容 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度 的影響及控制 第二節(jié) 溫度的影響及其控制 第三節(jié) pH的影響及控制 第四節(jié) 溶氧的影響及控制 第五節(jié) 泡沫的影響及控制 第六節(jié) 二氧化碳和呼吸商 第七節(jié) 發(fā)酵終點的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 第二節(jié) 溫度對發(fā)酵的影響及控制 ?微生物的生長和產(chǎn)物的合成都是在各種酶催化下進行的，溫度是保證酶活性的重要條件，因此在發(fā)酵系統(tǒng)中必須保證穩(wěn)定而合適的溫度環(huán)境。 QPm ——產(chǎn)物最大比生成速率 ,h1。 ?取決于營養(yǎng)物質(zhì)的種類和濃度，基質(zhì)濃度與比生長率的關(guān)系如右圖所示。它不僅代表菌體細胞的多少，而且反應(yīng)菌體細胞生理特性不完全相同的分化階段。 ?影響發(fā)酵的方向：谷氨酸發(fā)酵 ——NH4+供應(yīng)不足 ,促使形成 α酮戊二酸； NH4+過量 ,促使谷氨酸轉(zhuǎn)變成谷氨酰胺，所以要控制適量的 NH4+濃度 。 ? yeast Crabtree effect describes the phenomenon whereby the yeast, Saccharomyces cerevisiae, produces ethanol (alcohol) aerobically in the presence of high external glucose concentrations rather than producing biomass via the tricarboxylic acid cycle, the usual process occurring aerobically in most yeasts . Kluyveromyces spp. ? Increasing concentrations of glucose accelerates glycolysis (the breakdown of glucose) which results in the production of appreciable amounts of ATP through substratelevel phosphorylation. This reduces the need of oxidative phosphorylation done by the TCA cycle via the electron transport chain and therefore decreases oxygen consumption. ? The phenomenon is believed to have evolved as a petition mechanism (due to the antiseptic nature of ethanol) around the time when the first fruits on Earth fell from the trees. Here is the detail of yeast Crabtree effect （二）氮源 氮源的種類 ? 無機氮源和有機氮源 ：發(fā)酵工業(yè)中常用的無機氮源包括硝酸鹽、銨鹽、氨水等；有機氮源包括豆餅粉、花生餅粉、蛋白胨、酵母粉、酒糟、尿素等。第五章 發(fā)酵條件及過程控制 本章主要內(nèi)容 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度 的影響及控制 第二節(jié) 溫度的影響及其控制 第三節(jié) pH的影響及控制 第四節(jié) 溶氧的影響及控制 第五節(jié) 泡沫的影響及控制 第六節(jié) 二氧化碳和呼吸商 第七節(jié) 發(fā)酵終點的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 本章主要內(nèi)容 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度 的影響及控制 第二節(jié) 溫度的影響及其控制 第三節(jié) pH的影響及控制 第四節(jié) 溶氧的影響及控制 第五節(jié) 泡沫的影響及控制 第六節(jié) 二氧化碳和呼吸商 第七節(jié) 發(fā)酵終點的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度的影響及控制 （一）碳源 碳源的種類的影響 遲效碳源 ?? 種類：淀粉、乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油 ?? 優(yōu)點：不易產(chǎn)生分解產(chǎn)物阻遏效應(yīng)；有利于延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期 ?? 缺點：溶解度低，發(fā)酵液粘度大。 因此，一般