【正文】 高溫 ，在 90℃ 、60min條件下，其活性喪失僅 10％左右，而 發(fā)酵溫度控制在 35℃ 時 ，合成的 α 淀粉酶在相同條件下喪失90％。 過高微生物很少繁殖并很快衰老死亡；過低微生物生長緩慢，發(fā)酵時間很長 ，所以發(fā)酵要在最適的溫度下進行，但生長最適溫度不一定是積累產(chǎn)物的最適溫度。通氣熱的大小，取決于通入的空氣和發(fā)酵液的溫度差和通氣量。 發(fā)酵開始微生物處于延遲期，釋放熱量少，應提高溫度，滿足菌體生長的需要；當微生物進入 對數(shù)期 ，菌體進行呼吸作用和發(fā)酵作用，放出大量的熱，溫度劇烈上升； 發(fā)酵后期 ，呼吸和發(fā)酵作用逐漸緩慢，釋放熱量少，溫度下降。 生產(chǎn)上用控制碳氮比以滿足菌體大量繁殖，同時又能促進谷氨酸的產(chǎn)量。 51 2） .冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程 特點： 省去第二冷卻后的分離設備和空氣再加熱設備， 流程比較簡單，冷卻水用量少。 玻璃纖維 ： 用 無堿的玻璃纖維 介質(zhì)作為過濾介質(zhì)。靜電除菌是 采用靜電引力來吸附帶電粒子而達到除塵滅菌的目的 。 42 間歇滅菌的優(yōu)缺點 優(yōu)點： 1）不需專門的滅菌設備，投資少、設備簡單、滅菌效果可靠。 預熱： 向夾套或蛇管中通入蒸汽，間接將培養(yǎng)基 加熱至 70℃ 左右 。 3） 適于自動控制，降低勞動強度 。 其滅菌的溫度一般以126132℃ 為宜。調(diào) PH一般用 硫酸或碳酸鈉，調(diào) 。 老化的弊端： 淀粉酶很難進入老化淀粉的結(jié)晶區(qū)起作用，使 淀粉很難液化，更不能糖化 。 酶解法優(yōu)點： 以作用專一性的酶制劑作為催化劑，因此 反應條件溫和 ， 復合和分解反應較少 ，因此采用酶法生產(chǎn)不僅可 提高淀粉的轉(zhuǎn)化率及糖液的濃度 ，而且還可大幅度地 改善了糖液的質(zhì)量 ，是目前最為理想、應用最廣的制糖方法。在制定工藝條件時 既要保證淀粉的徹底水解，達到較高葡萄糖量 ，又要盡可能減少葡萄糖復合、分解反應的發(fā)生程度，此外，還要符合目的產(chǎn)物的 發(fā)酵條件， 符合發(fā)酵工藝的 實際情況 。N一般采用將淀粉先用酸水解到 DE值達 1015，在降溫中和后，用糖化酶進行糖化。由于在該過程中淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下進行的。糖 化液中的還原糖含量（以 G計算）占干物質(zhì)的百分率稱為。 10 發(fā)酵的一般工藝過程 微生物發(fā)酵產(chǎn)物雖然多種多樣，發(fā)酵類型不一，但總體上的 工藝流程 是相似的，包括以下過程： 原料的處理和滅菌； 空氣的凈化除菌； 菌種的擴大培養(yǎng)； 發(fā)酵的條件控制； 產(chǎn)品的提取精制等階段。 5 按微生物發(fā)酵采用的培養(yǎng)基狀態(tài)分類 固體發(fā)酵 固態(tài)發(fā)酵是指沒有或幾乎沒有自由水存在下，在有一定濕度下的固態(tài)基質(zhì)中，用一種或多種微生物的一個生物反應過程?，F(xiàn)代微生物發(fā)酵及技術教程 2 微生物發(fā)酵的類型 原料的選擇和處理 滅菌和空氣凈化工程 菌種的培養(yǎng) 發(fā)酵過程的分析檢驗 發(fā)酵培養(yǎng)方法 3 發(fā)酵工程是利用微生物細胞的代謝過程生產(chǎn)有用的各種產(chǎn)物的過程，它由 三個核心部分 組成：一、生產(chǎn)特定產(chǎn)物的微生物 菌種的選育 ；二、利用適當?shù)脑O備和技術為菌種 提供最佳條件 ，充分發(fā)揮菌種的生產(chǎn)能力；三、將發(fā)酵產(chǎn)生的產(chǎn)物經(jīng)分離、純化，以 提高收率獲得質(zhì)量合格的產(chǎn)品 。 6 固體發(fā)酵的 優(yōu)點 ： 操作簡便、發(fā)酵過程容易控制、對無菌要求相對較低、不易發(fā)生大面積的污染； 基質(zhì)含水量低，生物反應器的體積??； 發(fā)酵的副產(chǎn)物可以綜合利用，不需廢水處理； 供氧由氣體擴散或間接通風完成，能耗低； 能在一定程度上解除產(chǎn)物抑制，可獲得較高的次級代謝產(chǎn)物。 11 原料的選擇及處理 培養(yǎng)基是微生物生長繁殖需要的營養(yǎng)環(huán)境。 還原糖含量 DE值 = ? 100% 干物質(zhì)含量 用于制備淀粉的原料主要有薯類、玉米、小麥、 大米等富含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品。因此酶解法又稱為 雙酶法或多酶法 。 優(yōu)點： 酸液化速度快 ，糖化時可以采用較高的淀粉乳濃度， 提高生產(chǎn)效率 ；酸用量少，產(chǎn)品的色澤淺， 糖液質(zhì)量高 。δ 25 2）水解條件選擇及其控制 淀粉乳濃度的選擇 HCl用量 淀粉乳濃度（ BX） 26 24 22 20 19 18 17 16 DE值 濃度控制在 1819BX。 缺點： 時間長；過濾難。 糊化淀粉是在淀粉酶的作用下液化的， α 淀粉酶可以水解淀粉分子鏈的 α 1， 4糖苷鍵 ，不能水解 α 1，6糖苷鍵，但能越過 α 1， 6糖苷鍵繼續(xù)水解 α 1， 4糖苷鍵， 水解沒有規(guī)律性的先后次序。 調(diào)節(jié)金屬離子的濃度： 最常用的方法是采用添加黃血鹽（亞鐵氰化鉀）或 EDTA等絡合劑、離子交換樹脂和活性碳吸附 。 連續(xù)滅菌時培養(yǎng)基可 瞬時被加熱到 144℃ ，并保持此溫度至滅菌要求，也能很快地被冷卻，因此是 高溫瞬時滅菌法，有利于減少培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)的破壞。 缺點： 設備復雜，投資大。作用：減少冷凝水的生成；減輕噪音。 2）對蒸汽的要求較低，一般 34kg/cm2即可滿足。 懸浮于空氣中的微生物及孢子大多帶有不同的電荷，不帶電荷的微粒進入高壓靜電場時也會被電離成帶電微粒，但對于 一些直徑較小的微粒，所帶電荷少，微粒就不容易被吸附沉降 。纖維直徑為 320μ m， 其實密度為2600Kg/m3。適用于中等濕度的地區(qū)。 56 （ 2）補料 在分批發(fā)酵中 糖過多，會造成細胞生長過旺，供氧不足，產(chǎn)量低 。 在發(fā)酵過程中，引起溫度變化的因素有 生物熱、攪拌熱、通氣熱、蒸發(fā)熱、輻射熱和顯熱。 61 D、蒸發(fā)熱： 發(fā)酵液蒸發(fā)水分帶走的熱量。因此要控制好發(fā)酵各階段的不同溫度，使微生物大量生長繁殖，又可得到大量產(chǎn)物。 3）溫度還可能影響生物合成的方向 例如： 四環(huán)素 發(fā)酵中 金色鏈霉菌 同時能產(chǎn)生 金霉素 。因此控制溶解氧濃度應從供氧和需氧兩個方面考慮。 發(fā)酵： pH 。 生理酸性和生理堿性物質(zhì)的利用。 代謝產(chǎn)生的氣體 也能產(chǎn)生泡沫。 對于已形成的泡沫，工業(yè)上可以采用 機械消泡和化學消泡劑消泡 或兩者同時使用消泡。純聚二甲基硅氧烷的消泡能力低，常加分散劑來提高消泡活性。 無菌檢查 為及時發(fā)現(xiàn)雜菌，以便采取有效的措施，對每次無菌取樣的發(fā)酵液必須進行無菌檢查。 如谷氨酸發(fā)酵過程中的種子或發(fā)酵罐污染噬菌體一般都在對數(shù)期。 發(fā)酵過程中要注意以下事項： A、嚴禁活菌體排放； B、建立經(jīng)常性的環(huán)境衛(wèi)生制度； C、把握種子關，嚴防噬菌體進入種子罐和發(fā)酵罐； 89 D、合理布置車間； E、利用藥物防治。 ： （ 1）整個培養(yǎng)系統(tǒng)與外界沒有其它物質(zhì)交換； （ 2） 整個過程中菌的濃度、營養(yǎng)成分的濃度和產(chǎn)物濃度不斷變化，是一種非穩(wěn)態(tài)的培養(yǎng)方法。 97 加速期 在延滯期后對數(shù)期前， 細胞生長速率逐漸加快 ，進入短的加速期。 100 靜止期 ： 活菌數(shù)目不增不減，生長速率趨于 0,曲線有一下降的趨勢。 缺點 : 產(chǎn)率低。 恒濁連續(xù)發(fā)酵中， 不斷調(diào)節(jié)流入和流出的速度， 保持培養(yǎng)液中的 濁度基本不變 。 b、 黏性絲狀菌 容易附著在器壁上生長和在發(fā)酵液內(nèi)結(jié)成團，給連續(xù)發(fā)酵操作帶來困難。 110 1）細胞的高密度培養(yǎng) ? 一般培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)濃度有一定的限度，過高的底物濃度會抑制菌體的生長； ? 采用補料的方法將高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)逐漸加入反應器，可使發(fā)酵液中的菌體濃度達到很高的程度，如 大腸桿菌濃度可達 145g/L。 混菌發(fā)酵的 菌種和數(shù)量大都是未知 的，必須通過培養(yǎng)基組成和發(fā)酵條件控制才能順利進行。 115 發(fā)酵設備 發(fā)酵設備是發(fā)酵工廠中主要的設備，它必需具備適應 微生物生命活動和形成產(chǎn)物的各種條件，促進微生物新陳代謝，使之能在低消耗下獲得較高的產(chǎn)量 。 補料分批培養(yǎng)應用 111 以某些很容易被微生物利用的物質(zhì)（如葡萄糖）作為碳源時，其某些分解代謝物會使細胞某些酶的合成受到阻遏； 采用補料的手段 將葡萄糖逐漸加入反應器中，使發(fā)酵液中的葡萄糖保持在低水平，避免分解代謝物的積累，從而可以有效去阻遏。 ： 根據(jù)菌體生長和初始培養(yǎng)基的特點，在分批培養(yǎng)的某些階段 適當補加培養(yǎng)基 ，使菌體或其代謝產(chǎn)物的 生產(chǎn)時間延長 。 多級連續(xù)培養(yǎng)特別適用于細胞生長和產(chǎn)物合成的最佳條件不同的情況。 但由于操作相對較易，目前仍是發(fā)酵工業(yè)的主要方式。 穩(wěn)定期細胞數(shù)目及產(chǎn)物積累達到最高 。 98 對數(shù)期 1. 現(xiàn)象： 又稱指數(shù)期，生長迅速，細胞數(shù)目以幾何級數(shù)增加，其對數(shù)與時間呈直線關系。 95 停滯期 ?A 現(xiàn)象： 剛接種后一段時間 ， 細胞數(shù)目和菌量不變 ，曲線平行于橫軸 。 種子擴大培養(yǎng) 過程中發(fā)現(xiàn)污染就應 放棄種子 ； 90 發(fā)酵早期 發(fā)現(xiàn)染菌時，可采用 接入大量種子，使生產(chǎn)菌占絕對優(yōu)勢 ，抵制雜菌的繁殖；或立即將發(fā)酵液滅菌重新接種； 發(fā)酵后期 染菌，而雜菌又不影響生產(chǎn)菌的正常發(fā)酵，也不妨礙產(chǎn)品后處理，則讓其共生長；如果 雜菌影響發(fā)酵的正常進行或產(chǎn)品的后處理，應提前放罐 ；還可以在發(fā)酵液中加入抑制雜菌的物質(zhì)。 顯微鏡下發(fā)現(xiàn)菌體數(shù)量顯著減少，形態(tài)變粗 86 染色不均勻，細胞壁不整齊，菌體逐漸裂解后出現(xiàn)碎片， 發(fā)酵液發(fā)黏，完