發(fā)酵與釀造工程學基礎(chǔ)及主要設(shè)備(編輯修改稿)
2024-10-03 11:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 生長期 ） ， 菌體繁殖迅速 ， 菌體攝氧率增加 ， 醪液粘度上升 ， 需氧量增加 ， 溶氧下降 。 發(fā)酵中期 （ 靜止期 ） ， 需氧量在有所減少 ， 菌體和發(fā)酵液粘度均達到峰值；溶氧在較低水平維持一段時間后 ， 開始上升 ，菌體進入次生代謝物合成期； 發(fā)酵后期 ， 產(chǎn)物大量合成 ， 呼吸強度比較穩(wěn)定 ， 溶氧增加 ，若此時補糖 ， 可降低溶氧 ， 否則 ， 菌體衰老 ， 菌體進入自溶階段 。 發(fā)酵過程中有時會發(fā)生溶氧異常情況 （ 異常下降或升高 ） 異常下降原因可能有 ：污染好氧菌；或菌體向好氧代謝途徑遷移 ， 或供氧設(shè)備發(fā)生故障等 。 異常上升原因可能有 ：污染噬菌體 ， 菌體完全北裂解；或菌體向厭氧代謝途徑遷移 3. 溶氧的控制 溶氧濃度的控制可從供氧和需氧兩方面著手 ， 其中供氧時主要的： 需氧方面 ： 需氧量手菌體濃度 ， 基質(zhì)濃度和種類 ， 培養(yǎng)條件有關(guān) 。 供氧方面 ：提高氧的傳遞推動力和液相體積氧的傳遞系數(shù)；生產(chǎn)中常采用加大通氣速率 ， 或提高攪拌轉(zhuǎn)速 ， 或適當增加罐壓； 通氣 可以供給大量的氧：通氣量與菌種 、 培養(yǎng)基性質(zhì) 、培養(yǎng)階段有關(guān) 。 通氣量的多少 ， 最好按氧溶解的多少來決定 。 只有氧溶解的速度大于菌體的吸氧量時 ， 菌體才能正常地生長和合成酶 。 因此隨著菌體繁殖 ， 呼吸增強 ， 必須按菌體的吸氧量加大通氣量 ， 以增加溶解氧的量 。 攪拌 則能使新鮮氧氣更好地與培養(yǎng)液混合 ， 保證氧的最大限度溶解 ， 并且攪拌有利于熱交換 ， 使培養(yǎng)液的溫度一致 ， 還有利于營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的分散 。 此外 ， 擋板 則有助于攪拌 ， 發(fā)酵液為湍流狀態(tài) ， 使其效果更好 。 罐壓 方面 ， 一般來說 ， 若培養(yǎng)罐深 ， 攪拌轉(zhuǎn)速大 ， 通氣管開孔小或多 ， 氣泡在培養(yǎng)液內(nèi)停留時間就長 ， 氧的溶解速度就大 ， 而且在這些因素確定下 ， 培養(yǎng)基的粘度越小 ， 氧的溶解速度也越大 。 攪拌可以提高通氣效果 ， 但是過度地劇烈攪拌會導(dǎo)致培養(yǎng)液大量涌泡 ， 容易增加雜菌污染的機會 ， 液膜表層的酶容易氧化變性 ， 微生物細胞也不宜劇烈攪拌 。 三 、 pH對發(fā)酵 的影響及其控制 發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的 pH值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動的綜合指標，是一項重要的發(fā)酵參數(shù)。它對菌體的生長和產(chǎn)品的積累有很大的影響。因此，必須掌握發(fā)酵過程中pH的變化規(guī)律，及時監(jiān)測并加以控制，使它處于最佳的狀態(tài)。盡管多數(shù)微生物能在 3~4個 pH單位的 pH范圍內(nèi)生長，但是在發(fā)酵工藝中，為了達到高生長速率和最佳產(chǎn)物形成，必須使 pH在很窄的范圍內(nèi)保持恒定。 1. pH對發(fā)酵的影響 培養(yǎng)基中的 pH值與微生物生命活動有著密切關(guān)系，各種微生物有其可以生長的和最適生長和最適生產(chǎn)的 pH范圍。一般微生物的最適生長 pH范圍為： 細菌： ~ 放線菌： ~ 酵母菌： ~ 霉菌： ~ 藻類： ~ 原生動物： ~ （ 1） pH影響酶的活性 。 當 pH值抑制菌體某些酶的活性時使菌的新陳代謝受阻 （ 2） pH值影響微生物細胞膜所帶電荷的改變，從而改變細胞膜的透性，影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝物的排泄，因此影響新陳代謝的進行 （ 3） pH值影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離，從而影響微生物對這些物質(zhì)的利用 （ 4） pH影響代謝方向 pH不同，往往引起菌體代謝過程不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。例如黑曲霉在 pH23時發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸，在 pH近中性時，則產(chǎn)生草酸。 谷氨酸發(fā)酵，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和 N乙酰谷氨酰胺 (5)pH在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響 生長 合成 pH對菌體生長影響比產(chǎn)物合成影響小 例 青霉素：菌體生長最適 ~,~ 四環(huán)素：菌體生長最適 ~， ~ X pH 四環(huán)素 pH值過高、過低都會影響微生物的生長繁殖以及代謝產(chǎn)物的積累。 控制 pH值不但可以保證微生物良好的生長 ， 而且可以防止雜菌的污染 。 在發(fā)酵工業(yè)中 ， 維持適宜的pH已成為生產(chǎn)成敗的關(guān)鍵因素之一 。 2. pH的變化 發(fā)酵過程中， pH的變化與菌種、培養(yǎng)基的成分和培養(yǎng)條件有關(guān)。 微生物通過其活動也能改變環(huán)境的 pH值，菌體本身具有調(diào)節(jié)周圍 pH 的能力。 如某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液 pH變化。如有機酸類產(chǎn)生使 pH下降，紅霉素、潔霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使 pH上升 菌體自溶， pH上升，發(fā)酵后期， pH上升。 培養(yǎng)基 pH在發(fā)酵過程中能被菌體代謝所改變 。 若陰離子 (如醋酸根 、 磷酸根 )被吸收或氮源被利用后產(chǎn)生 NH3 ， 則 pH上升；陽離子 (如 NH K+ )被吸收或有機酸的積累 ， 使 pH下降 。 一般來說 ， 高碳源培養(yǎng)基傾向于向酸性 pH轉(zhuǎn)移 ，高氮源培養(yǎng)基傾向于向堿性 pH轉(zhuǎn)移 ， 這都跟碳氮比直接有關(guān) 。 引起 pH下降的因素 ? （ 1）碳源過量 ? （ 2）消泡油添加過量 ? （ 3）生理酸性物質(zhì)的存在 引起 pH上升的因素 ? （ 1）氮源過多 ? （ 2）生理堿性物質(zhì)的存在
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