發(fā)酵工程知識(shí)講座(編輯修改稿)
2025-02-03 03:25 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ⑵、罐壓 ⑶、攪拌速度 ⑷、空氣流量 ⑸、表觀粘度 ⑹、發(fā)酵液重量 化學(xué)參數(shù) ⑴、基質(zhì)濃度 ⑵、 pH ⑶、產(chǎn)物濃度 ⑷、 DNA量 ⑸、關(guān)鍵酶 ⑹、溶解氧 ⑺、排氣中的氧含量 ⑻、排氣中的 CO2含量 生物參數(shù) ⑴、菌絲形態(tài) ⑵、菌絲干重或濕重 ⑶、菌體比生長(zhǎng)速率 ⑷、氧的比消耗速率 ⑸、糖的比消耗速率 ⑹、氮的比消耗速率 ⑺、產(chǎn)物的比生產(chǎn)速率 四、基質(zhì)濃度變化及控制 （一）、碳源濃度變化及控制 ? 碳源物質(zhì)是發(fā)酵過(guò)程中菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成的能量和碳素的來(lái)源。 ? 在發(fā)酵的前期，碳源物質(zhì)主要用于生長(zhǎng)，消耗較快；在發(fā)酵后期，碳源物質(zhì)主要用于產(chǎn)物合成，消耗速度放緩。 ? 快速利用的碳源物質(zhì)：對(duì)生長(zhǎng)有利，對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的形成有抑制作用。 ? 緩慢利用的碳源物質(zhì)：對(duì)延長(zhǎng)產(chǎn)物的合成是有利的，尤其是次級(jí)代謝產(chǎn)物。 到發(fā)酵的中后期，發(fā)酵液中的殘?zhí)腔竞谋M，影響產(chǎn)物的合成。 ? 如果采用豐富碳源的培養(yǎng)基，又會(huì)產(chǎn)生其它的問(wèn)題： 如培養(yǎng)基濃度過(guò)高，影響通氣攪拌，過(guò)高的碳源濃度也抑制菌體的生長(zhǎng)。 ? 解決的方法是采取 “中間補(bǔ)料 ” （二）、氮源濃度變化及控制 ? 氮源物質(zhì)主要用于菌體中蛋白質(zhì)、核酸等含氮物質(zhì)的合成，有些發(fā)酵產(chǎn)物中含有氮。 ? 發(fā)酵前期，氮源物質(zhì)隨菌體濃度的急劇增加而迅速減少；發(fā)酵中期，氮源（氨基氮）的下降速度比較緩慢；發(fā)酵后期，由于菌體自溶，氨基氮會(huì)回升。 ? 氮源物質(zhì)往往抑制次級(jí)產(chǎn)物的合成。 ? 快速利用的氮源物質(zhì)： 如氨水、銨鹽促進(jìn)菌體生長(zhǎng)。 緩慢利用的氮源物質(zhì)： ? 有利于延長(zhǎng)產(chǎn)物的合成期。 ? 如果氮源物質(zhì)投料多，會(huì)造成菌體生長(zhǎng)快，但菌體衰老也快。 ? 解決方法：“中間補(bǔ)料”。 五、溫度對(duì)發(fā)酵的影響及控制 溫度是影響有機(jī)體生長(zhǎng)繁殖最重要的因素之一，因?yàn)槿魏紊锘瘜W(xué)的酶促反應(yīng)都是直接與溫度變化有關(guān)的，最終影響微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成。 溫度對(duì)微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的影響 溫度影響生物合成的方向 溫度對(duì)產(chǎn)物形成的影響 溫度影響發(fā)酵液的物理性質(zhì) 溫度歸根結(jié)底是影響酶的活力。 最適溫度的選擇與發(fā)酵溫度的控制 選擇最適發(fā)酵溫度應(yīng)該考慮三個(gè)方面： 1） 微生物生長(zhǎng)的最適溫度和產(chǎn)物合成的最適溫度 。 2） 不同的菌種 、 菌種不同的生長(zhǎng)階段最適溫度都會(huì)不同 。 3） 最適發(fā)酵溫度 ， 與培養(yǎng)基成分和濃度等相關(guān) 。 ? 溫度的控制 依靠夾層或蛇管控制。 目前許多發(fā)酵罐都采用自動(dòng)化控制，但要常巡查，確保其正常運(yùn)行。 六、溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制 ? 溶解氧（ CL ） ：溶解于液體（發(fā)酵液）中的氧。 ? 氧難溶于水，在 25℃ ， 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氧在水中的溶解度為 mol/L， ? 臨界溶解氧濃度（ CCr）：滿足微生物呼吸的最低限度的溶解氧濃度。 ? 一般好氣性微生物約為 ～ mol/L之間。 ? 最適氧濃度（ Cm ） ： 溶氧濃度對(duì)產(chǎn)物合成有一個(gè)最適范圍 ， CL過(guò)高或過(guò)低，對(duì)合成都不利 。 在好氧深層培養(yǎng)中，氧氣的供應(yīng)往往是發(fā)酵 能否成功的重要限制因素之一。 （一）影響需氧和供氧的因素 影響需氧量的因素 菌種特性 菌體濃度 菌齡 培養(yǎng)條件 代謝類(lèi)型 培養(yǎng)基成分和濃度 影響供氧量的因素 攪拌轉(zhuǎn)速 通氣量 泡沫情況 微生物生長(zhǎng)情況 設(shè)備結(jié)構(gòu)和參數(shù) 發(fā)酵液的理化特性 （二）發(fā)酵過(guò)程中溶氧變化規(guī)律 ? 批式發(fā)酵無(wú) DO控制情況下，溶氧變化規(guī)律為 “ 波谷現(xiàn)象” 。 ? 當(dāng)處于高位平衡時(shí)，表明供氧性能好。高位平衡通常發(fā)生在正常情況的前、后期。 ? 低位平衡通常發(fā)生在正常情況下的對(duì)數(shù)期。 ? 自然 “ 波谷現(xiàn)象 ” ，一般可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)。 ? 補(bǔ)料與 “ 波谷現(xiàn)象 ” 對(duì)應(yīng)：即補(bǔ)料時(shí)間、劑量選擇與溶氧變化有關(guān)。 a. 不能在波谷時(shí)補(bǔ)料，加重缺氧 b. 一次補(bǔ)料不能過(guò)量 ， 防止 菌體停止呼吸 、 死亡 。 （三）溶解氧的應(yīng)用 （ 1）發(fā)酵異常指標(biāo) ? 發(fā)酵中污染雜菌，溶解氧發(fā)生異常變化。 對(duì)于好氣性雜菌，溶解氧會(huì)一反往常在較短時(shí)間內(nèi)跌到零附近，跌零后長(zhǎng)時(shí)間不回升。 對(duì)于厭氣性雜菌，溶解氧升高。 ? 污染噬菌體或其它不明原因引起 ? 發(fā)酵液變稀，此時(shí)溶解氧迅速上升。 ? 操作故障或事故分析 谷氨酸正常發(fā)酵和異常發(fā)酵的溶解氧曲線 ——正常發(fā)酵溶解氧曲線 異常發(fā)酵溶解氧曲線 ——異常發(fā)酵光密度曲線 （ 2） 補(bǔ)料控制指標(biāo) ? 中間補(bǔ)料是否得當(dāng)可以從 溶解氧 的變化看出。
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