【正文】 生物可生長的溫度范圍較廣，總體說在 10 ～95℃ 。 ?控制接種量：接種量指種子液體積和培養(yǎng)液體積之比。一些營養(yǎng)物質(zhì)的上限濃度 (g/L)如下：葡萄糖 100，NH4+ 5， PO43 10。通常測定 420600nm波長范圍內(nèi)的光密度值（ OD）。舉例：在四環(huán)素發(fā)酵中 ,間歇 ,微量添加磷酸二氫鉀 ,有利于提高四環(huán)素的產(chǎn)量。 ? 速效氮源易于被菌體吸收利用，所以有利于菌體生長，卻會(huì)影響某些產(chǎn)物的的產(chǎn)量；遲效氮源對延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期、提高產(chǎn)物產(chǎn)量有好處，但一次性投入容易使養(yǎng)分過早耗竭，導(dǎo)致菌體過早衰老自溶，從而縮短產(chǎn)物分泌期?？朔撔?yīng)一種方法是采用中間補(bǔ)料的方式使補(bǔ)入碳源的速率等于其消耗速率；另一種方法是使用非阻遏性碳源。 （ 2）過高濃度對菌體生長的影響：在重組畢赤酵母發(fā)酵生產(chǎn)水蛭素過程中，甲醇既作為碳骨架，使細(xì)胞生長，又作為誘導(dǎo)物可以提高產(chǎn)物表達(dá)，但甲醇濃度的提高會(huì)抑制細(xì)胞生長甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此， 發(fā)酵培養(yǎng)基一般選用含有速效遲效氮源的混合氮源 。 ?微生物生長良好時(shí)，所允許的磷酸鹽濃度為 ～300mmol/L，但次級代謝產(chǎn)物合成良好時(shí)所允許的磷酸鹽最高水平濃度僅為 1mmol/L。吸光度要求控制在 。 ?有影響的環(huán)境條件有溫度 ,pH值 ,滲透壓和水分活度等因素。一般發(fā)酵常用接種量 5%～ 10%；抗生素的接種量有時(shí)可增至 20% ～ 25%，甚至更大。 溫度對發(fā)酵的影響 （ 1）溫度對微生物生長的影響 大多數(shù)微生物在 2040℃ 的溫度范圍內(nèi)生長。因此，考慮在抗生素發(fā)酵的后期降低溫度，加強(qiáng)氨基酸的反饋抑制作用，使蛋白質(zhì)和核酸的正常合成途徑關(guān)閉得早些，從而使發(fā)酵代謝轉(zhuǎn)向抗生素的合成。 （ 2）攪拌熱（ Q攪拌 ）：指在機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機(jī)械攪拌帶動(dòng)發(fā)酵液作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，造成液體之間、液體與攪拌器等設(shè)備之間的摩擦而產(chǎn)生的熱。 ②通過罐溫度的自動(dòng)控制，先使罐溫達(dá)到恒定，再關(guān)閉自動(dòng)裝置，測量溫度隨時(shí)間上升的速率，按下式求出發(fā)酵熱： Q發(fā)酵 =（ M1c1+M2c2） u 式中， M1——發(fā)酵液的質(zhì)量， kg； M2——發(fā)酵罐的質(zhì)量， kg； c1——發(fā)酵液的比熱容， kJ/(kg?℃ )； c2——發(fā)酵罐材料的比熱容， kJ/(kg?℃ )； u——溫度上升速率， ℃ /h。 ?pH是微生物生長和產(chǎn)物合成的重要參數(shù)，代謝活動(dòng)的綜合指標(biāo)。 （ 2）菌體的代謝產(chǎn)物會(huì)改變發(fā)酵液的 pH：代謝產(chǎn)生有機(jī)酸，如乳酸、乙酸、檸檬酸等；或一些堿性物質(zhì)。 菌體生長與產(chǎn)物合成間 pH值的相互關(guān)系 μ：菌體的比生長速率 Qp：產(chǎn)物比生產(chǎn)速率 表 幾種抗生素的最適 pH發(fā)酵范圍 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(diǎn)的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 第四節(jié) 溶氧的影響及控制 ? 氧是一種難溶于水的氣體。各種微生物的臨界氧值以空氣氧飽和度 %來表示，也可用單位體積中的溶氧量表示（ mmol/L） ,這必須在同樣的溫度、罐壓、通氣攪拌下進(jìn)行比較。h) KL——氧傳質(zhì)系數(shù)， m/h； a——比表面積， m2/m3。如：將氣泡的壓力提高到 10atm，則氧分壓就可達(dá) 。工藝方面有許多行之有效地措施，如控制加糖或補(bǔ)料速率、改變發(fā)酵溫度、液化培養(yǎng)基、中間補(bǔ)水、添加表面活性劑等。泡沫與液體間沒有明顯的界線，在鼓泡的發(fā)酵液中氣體分散相占的比列由下而上逐漸增加。 ? 常見消泡劑： ?天然油脂類 玉米油、豆油、棉籽油、魚油等 ?高碳醇類 十八醇、乙二醇聚合物 ?聚醚類 聚氧丙烯甘油、聚氧乙烯丙烯甘油 ?硅酮類 聚二甲基硅氧烷 （ 3）消泡劑具體使用過程 ? 最簡單的檢測是定時(shí)在發(fā)酵罐視孔上觀察泡沫產(chǎn)生情況，發(fā)現(xiàn)泡沫持續(xù)上升時(shí)，開啟消泡劑貯罐的閥門，流加少量消泡劑，使泡沫消失即可。 例如：牛鏈球菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖，最重要的發(fā)酵條件是提供的空氣中要含 5%的 CO2。 舉例： ? CO2分壓 MPa，青霉素合成速度降低 40%； ? 氨基糖苷類抗生素紫蘇霉素生產(chǎn)：通以 1%CO2，微生物對基質(zhì)的代謝極慢，菌絲增長速度降低，紫蘇霉素的產(chǎn)量比對照組降低 33%。 為了排除 CO2的影響，必須考慮 CO2在培養(yǎng)液中的溶解度，溫度及通氣情況。其偏離程度決 定于每單位菌體利用基質(zhì)所形成的產(chǎn)物量。增加的 CO2和代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸，又使培養(yǎng)液 pH值下降。最大產(chǎn)物量的積累往往并不對應(yīng)生產(chǎn)能力最大，在產(chǎn)率降低時(shí)放罐，意味著單位電能和冷卻水對應(yīng)的產(chǎn)量下跌，因此降低了成本。h)，得率 (kg產(chǎn)物/kg基質(zhì) )和發(fā)酵系數(shù) (kg產(chǎn)物 /罐容積 m3導(dǎo)致過程變化的原因除了線性或動(dòng)力學(xué)因素之外，往往還發(fā)生在 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性的突變 。此級控制通常較為簡單，僅通過計(jì)算機(jī)傳感器控制即可完成。 葡萄糖到鳥苷的代謝合成示意圖 （二） 代謝流遷移的酶學(xué)證明 葡萄糖到鳥苷的代謝合成示意圖 各途徑關(guān)鍵酶的時(shí)序分析 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶 EMP途徑 磷酸葡萄糖脫氫酶 HMP途徑 檸檬酸合成酶 TCA循環(huán) 丙氨酸脫氫酶 丙氨酸合成 磷酸果糖激酶 磷酸葡萄糖脫氫酶 丙酮酸激酶 檸檬酸合成酶 丙氨酸脫氫酶 （三）鳥苷發(fā)酵過程的優(yōu)化 氨水在鳥苷發(fā)酵中的兩大作用：調(diào)節(jié) pH值和用作氮源 有機(jī)酸積累 pH下降 補(bǔ)加氨水 通過大幅優(yōu)化發(fā)酵過程抑制 NH4+的積累 通過該優(yōu)化過程，在 50L發(fā)酵罐水平上使產(chǎn)苷率由原來的 16%上升至 30%。 Requirements for Presentation 分組： 全班 47人，分為 16組 報(bào)告時(shí)間： 10min/group Topics： 新型發(fā)酵工業(yè)原料的應(yīng)用和開發(fā)（來源、應(yīng)用范圍、工業(yè)預(yù)處理及配套政策）； 計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及傳感技術(shù)在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用； 與發(fā)酵工業(yè)相適應(yīng)的菌種的開發(fā)（菌種的獲取、改造和工藝初步優(yōu)化）； 發(fā)酵工藝的優(yōu)化實(shí)例。 這一級控制又包含三種常用的控制系統(tǒng)： ?直接數(shù)字控制系統(tǒng)（ direct digital control system, DDC） ?計(jì)算機(jī)設(shè)定值控制系統(tǒng)（ set point puter system, SPC） ?集散控制系統(tǒng)（ distributed control system, DCS）。 一、發(fā)酵過程的精確檢測 二、發(fā)酵過程的計(jì)算機(jī)控制 三、工藝控制優(yōu)化 一、發(fā)酵過程的精確檢測 （一）發(fā)酵過程檢測的參數(shù) （二）發(fā)酵傳感器 （一）發(fā)酵過程的參數(shù)檢測 物理參數(shù) 檢測參數(shù) 檢測方法 單位 影響 溫度 鉑電阻 熱敏電阻 ℃ μ qp c* 罐壓（ ～ 105Pa） 隔膜傳感器 壓敏電阻 Pa 保持正壓，防止染菌O2及 CO2的溶解度 攪拌轉(zhuǎn)速 頻率計(jì)數(shù)器 r/min KLa 發(fā)酵液的均勻性 攪拌功率（ 2 ～ 4kW/m3） 功率計(jì) KW KLa 空氣流量 浮子流量計(jì) m3?h1 KLa 孔板差壓計(jì) vvm 粘度 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) Pa?s KLa 濁度 濁度計(jì) % 反映單細(xì)胞的生長 料液的流量 蠕動(dòng)泵 荷重傳感器 量筒 L ?h1 S 化學(xué)參數(shù) 檢測參數(shù) 檢測方法 單位 影響及作用 pH g?L1 菌體和產(chǎn)物合成速度；酶促反應(yīng)的方向 基質(zhì)濃度 HPLC g?L1 菌生長和產(chǎn)物合成 產(chǎn)物濃度 生物傳感器 取樣 發(fā)酵周期的長短 氧化還原電位 氧化還原電位電極 mV 生長和生化活性 溶氧濃度 覆膜氧電極 % 反應(yīng)異常、發(fā)酵中間控制參數(shù)、設(shè)備供氧能力 氣相 O2含量 順磁氧分析儀 Pa 反映產(chǎn)生菌的攝氧率 氣相 CO2含量 紅外氣體分析儀 % 反映產(chǎn)生菌呼吸放出的 CO2 生物參數(shù) 檢測參數(shù) 檢測方法 影響 菌絲形態(tài) 取樣顯微鏡觀察 反映菌體發(fā)育階段正常與否 菌體濃度 濁度法、干重法、離心稱濕重法、沉淀測體積法、顯微計(jì)數(shù)法、平板計(jì)數(shù)法等 控制微生物發(fā)酵的重要參數(shù)之一 影響菌體的生化反應(yīng) 細(xì)胞濃度在線濁度檢測計(jì) 細(xì)胞濃度在線濁度檢測計(jì)間接狀態(tài)參數(shù) （二） 發(fā)酵傳感器 發(fā)酵工業(yè)對傳感器的要求 由于微生物培養(yǎng)過程是純培養(yǎng)過程，無菌要求高，因此對傳感器有特殊要求： ? 插入罐內(nèi)的傳感器必須能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌（材料、數(shù)據(jù)） ? 傳感器結(jié)構(gòu)不能存在滅菌不透的死角，以防染菌（密封性好） ? 傳感器對測量參數(shù)要敏感，且能轉(zhuǎn)換成電信號（響應(yīng)快、靈敏） ? 傳感器性能要穩(wěn)定，受氣泡影響小。 特殊因素：異常情況下，如染菌，代謝異常（糖耗緩慢等）時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)處理。 過早：尚未代謝的發(fā)酵物（如糖、可溶性蛋白、脂肪等），對分離純化不利（這些物質(zhì)能增加乳化作用，干擾樹脂的交換作用）； 過晚：菌體自溶，釋放的蛋白酶會(huì)顯著改變發(fā)酵液性質(zhì)，甚至降解目的產(chǎn)物的產(chǎn)量，擾亂分離純化作業(yè)計(jì)劃。 ? CO2形成的碳酸，可用除 CaCO3以外的堿來中和。 通氣攪拌調(diào)節(jié) CO2的溶解度：在 3 m3發(fā)酵罐中進(jìn)行四環(huán)素發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)酵 40 h以前，通氣量減小到 75 m3/h，攪拌為 80 r/min，提高 C