【文章內(nèi)容簡介】 。l 理論上，整個(gè)發(fā)醉過程中不應(yīng)只選一個(gè)培養(yǎng)溫度，而應(yīng)該根據(jù)發(fā)酵的不同階段，選擇不同的培養(yǎng)溫度。 最適發(fā)酵溫度還隨菌種、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件和菌體生長階段而改變。如，在較差的通氣條件下，由于氧的溶解度是隨溫度下降而升高，因此降低發(fā)酵溫度對發(fā)酵是有利的，因?yàn)榈蜏乜梢蕴岣哐醯娜芙舛取⒔档途w生長速率，減少氧的消耗，從而可彌補(bǔ)通氣條件差所帶來的不足。溫度的控制由于發(fā)酵過程中釋放大量發(fā)酵熱，需要冷卻情況較多。一般情況下，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇形管中，進(jìn)行熱交換降溫。如果氣溫較高，冷卻水的溫度又高，可采用冷凍鹽水進(jìn)行循環(huán)式降溫。第五節(jié)第五節(jié) pH的影響與控制的影響與控制 l 一、發(fā)酵 pH的影響l 在發(fā)酵過程中， pH變化決定于所用菌種的特性、培養(yǎng)基配比和發(fā)酵條件。 l pH的變化會引起各種酶活力的改變，影響菌對基質(zhì)的代謝速度，甚至改變菌的代謝途徑及細(xì)胞結(jié)構(gòu)。 一、微生物細(xì)胞生長和代謝需要適合 pH值不同微生物對 pH值的要求不同，大多數(shù)細(xì)菌的最適pH值為 ,霉菌的最適 pH值為 ,酵母菌的最適 pH值為 ,放線菌的最適 pH值為 。發(fā)酵過程中控制一定的 pH值，是保證微生物正常生長的重要的條件之一，也是防止雜菌污染的一個(gè)重要措施。pH值不僅影響微生物的生長，還會影響到代謝產(chǎn)物的形成。并且微生物生長的最適 pH值和發(fā)酵產(chǎn)物形成的最適pH值往往不同。如青霉素產(chǎn)生菌生長的最適 pH值為 ,而青霉素合成的最適 pH值為 。鏈霉素產(chǎn)生菌生長的最適 pH值為 ,而鏈霉素合成的最適 pH值為 。因此，充分了解微生物生長和產(chǎn)物形成的最適 pH值，并根據(jù)不同微生物的特性，在發(fā)酵過程中有效地控制合適的 pH值是非常重要的。二、 pH對微生物影響原因 pH值會影響到微生物細(xì)胞原生質(zhì)膜的電荷，使細(xì)胞原生質(zhì)膜發(fā)生變化，引起原生質(zhì)膜對個(gè)別離子滲透性的改變，從而影響到微生物對培養(yǎng)基中一些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用以及代謝產(chǎn)物的滲漏，進(jìn)而影響到微生物的生長和新陳代謝的正常進(jìn)行。 pH值會直接影響到微生物細(xì)胞內(nèi)的酶活性，在合適的 pH值下，微生物細(xì)胞中的酶才能發(fā)揮最大的活性。 pH值會影響到培養(yǎng)基中某些重要的營養(yǎng)物質(zhì)和中間代謝產(chǎn)物的解離，從而影響微生物對這些物質(zhì)的吸收和利用。三、發(fā)酵過程中 pH值的變化情況發(fā)酵過程中由于微生物細(xì)胞在一定的溫度及通氣條件下，隨著微生物對培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)的利用及某些物質(zhì)的積累，發(fā)酵液的 pH值會發(fā)生一定的變化。一般在正常情況下，在適合微生物生長及產(chǎn)物合成的情況下，微生物本身具有一定的調(diào)節(jié) pH值的能力，會使 pH值處于比較適宜的狀態(tài)。因此發(fā)酵過程中 pH值的變化是有一定規(guī)律的。在微生物細(xì)胞的生長階段，相對于接種后的起始pH值來說，發(fā)酵液的 pH值有上升或下降的趨勢。在生產(chǎn)階段，一般發(fā)酵液的 pH值趨于穩(wěn)定，維持在最適產(chǎn)物形成的 pH范圍。在微生物細(xì)胞的自溶階段，隨著培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的耗盡，微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白酶積累和活躍，微生物趨于自溶，引起培養(yǎng)液中的氨基氮等的增加，致使 pH上升。引起發(fā)酵液 pH值下降的主要原因有： 1）培養(yǎng)基中C/N比例不當(dāng)， C源過多，如葡萄糖過量或中間補(bǔ)糖過多或溶解氧不足，使糖的氧化不完全，培養(yǎng)液有機(jī)酸大量積累，使 pH值下降； 2）消泡油加得過多； 3）生理酸性物質(zhì)的存在，使 pH值下降。引起發(fā)酵液 pH值上升的主要原因有： 1）培養(yǎng)基中C/N比例不當(dāng)，氮源過多，氨基氮釋放會使 pH值上升； 2）生理堿性物質(zhì)的存在； 3）中間補(bǔ)料液中氨水或尿素等堿性物質(zhì)加入過多。二、發(fā)酵過程二、發(fā)酵過程 pH的控制的控制四、發(fā)酵過程中 pH的控制調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的原始 pH值，或加入緩沖溶液制成緩沖能力強(qiáng)、 pH值變化不大的培養(yǎng)基，或使鹽類和碳源的配比平衡，如磷酸緩沖液?？稍诎l(fā)酵過程中加入弱酸或弱堿進(jìn)行 pH值的調(diào)節(jié)，進(jìn)而合理地控制發(fā)酵條件。無機(jī)酸堿調(diào)節(jié) pH最方便、省事，但也是最無奈的辦法。生理酸堿性物質(zhì)調(diào)節(jié) pH最困難，不易把握，但只要對癥，效果最佳。 如果僅用酸或堿調(diào)節(jié) pH值不能改善發(fā)酵情況時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)料是一個(gè)較好的辦法，既調(diào)節(jié)了 pH值，又可補(bǔ)充營養(yǎng)，也進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)率。通過補(bǔ)料調(diào)節(jié) pH值來提高發(fā)酵產(chǎn)率的方法已在工業(yè)發(fā)酵過程中取得了明顯的效果。例如，在青霉素發(fā)酵中，根據(jù)產(chǎn)生菌的代謝需要用改變加糖率來控制 pH，比固定加糖率而以酸或堿來調(diào)節(jié) pH可增產(chǎn)青霉素 25％。生理酸性銨鹽作為氮源時(shí)，引起 pH下降，可在培養(yǎng)液中加入 CaCO3來調(diào)節(jié) pH值。但需要注意的是， CaCO3的加入量一般都很大，在操作上容易引起染菌。因此，此方法在發(fā)酵過程中應(yīng)用不是太廣。在發(fā)酵過程中根據(jù) pH值的變化可用流加氨水的方法來調(diào)節(jié)，同時(shí)又把氨水作為氮源供給。由于氨水作用快，對發(fā)酵液的 pH值波動影響大，應(yīng)采用少量多次的流加方法進(jìn)行流加，以免造成 p H值過高，抑制微生物的生長。 以尿素作為氮源進(jìn)行流加調(diào)節(jié) pH值。尿素流加引起的 pH值變化有一定的規(guī)律性，易于操作控制。在抗生素生產(chǎn)的有氧發(fā)酵中 ,保證足量的溶解氧濃度是發(fā)酵控制的主要因素之一。因此必須不斷地向培養(yǎng)液供給足夠的氧，以滿足微生物生長代謝的需求。氧在水中的溶解度很小，在 25℃ 和 1105Pa時(shí)，空氣中的氧在水中溶解度僅 ,能維持微生物菌體 15~20s的正常呼吸，隨之就會耗盡。第六節(jié)第六節(jié) 溶氧濃度的變化和控制溶氧濃度的變化和控制 在實(shí)驗(yàn)室中，通過搖瓶機(jī)的往復(fù)運(yùn)動對搖瓶中的微生物供養(yǎng)，而中間實(shí)驗(yàn)規(guī)模和生產(chǎn)規(guī)模的培養(yǎng)裝置則需采用通入無菌空氣并同時(shí)進(jìn)行攪拌的方式對微生物供養(yǎng)。通氣和攪拌的目的就是提供微生物生長和代謝所需的氧，并使微生物在培養(yǎng)液中處于懸浮狀態(tài)以及提高代謝產(chǎn)物的傳遞速度。一、發(fā)酵過程溶解氧濃度的變化對多數(shù)發(fā)酵來說，氧的不足會造成代謝異常，產(chǎn)量降低。溶解氧最易變?yōu)榘l(fā)酵中的主要矛盾。只有了解發(fā)酵過程中溶解氧濃度的變化，才能有效地控制發(fā)酵的進(jìn)行。如金霉素發(fā)酵，在生長期中短時(shí)間停止通氣，就可能影響菌體在生產(chǎn)期的糖代謝途徑，由磷酸戊糖途徑轉(zhuǎn)向糖酵解途徑，使金霉素合成的產(chǎn)量減少。臨界氧濃度臨界溶氧濃度：當(dāng)培養(yǎng)基中不存在其他限制性基質(zhì)時(shí)，不影響好氧性微生物生長繁殖的最低溶解氧濃度稱為臨界氧濃度。而微生物發(fā)酵的最適氧濃度與臨界氧濃度是不同的。最適氧濃度：溶解氧濃度對生長或產(chǎn)物合成的最適的濃度范圍。為了避免發(fā)酵處于限氧條件下，需要考查每一種發(fā)酵產(chǎn)物的臨界氧濃度和最適氧濃度，并使發(fā)酵保持在最適氧濃度范圍。這樣便可減少批次之間的波動和更有效地利用空氣動力。需氧發(fā)酵并不是溶氧愈大愈好。溶氧較高雖然有利菌體的生長和產(chǎn)物的合成，但當(dāng)溶氧水平太大 ,有時(shí)會抑制產(chǎn)物的形成。溶解氧濃度的變化規(guī)律在設(shè)備和工藝條件不變的情況下，發(fā)酵過程中溶解氧的變化有一定的規(guī)律。1）在發(fā)酵前期：由于產(chǎn)生菌大量繁殖，需氧量不斷大幅度增加，此時(shí)需氧超過供養(yǎng)，溶氧明顯下降，溶氧曲線出現(xiàn)一個(gè)低谷。2）過了生長階段，一般需氧量略有減少，溶氧隨之上升，次級代謝產(chǎn)物開始形成。發(fā)酵中后期，溶氧濃度明顯受工藝控制手段的影響，如補(bǔ)料的數(shù)量、時(shí)機(jī)和方式等。如，在補(bǔ)糖后，菌體的需氧量增加，引起溶氧下降，其下降幅度與菌齡、補(bǔ)糖量及補(bǔ)糖前的溶氧濃度都有關(guān)系。如工藝控制不合適，不斷地大量補(bǔ)糖，會使溶氧濃度低于臨界氧濃度，此時(shí)溶解氧就會成為生產(chǎn)的限制因素。3）在發(fā)酵后期，由于菌體衰老，呼吸減弱，溶氧濃度也會逐步上升，一旦菌體自溶，溶氧就會明顯地上升。發(fā)酵異常時(shí)的溶氧變化發(fā)酵過程中若有染菌、污染噬菌體、菌體代謝異常、加油器失靈等異常情況出現(xiàn)，都可能引起溶氧濃度的異常變化。1）發(fā)酵液中污染好氣性雜菌，溶氧濃度會在短時(shí)間內(nèi)跌到零值附近，且長時(shí)間不能回升，這比用無菌