【正文】 2。6 培養(yǎng)過程中生物熱的產(chǎn)生具有強烈的時間性。生物熱的大小與呼吸作用強弱有關在培養(yǎng)初期，菌體處于適應期，菌數(shù)少，呼吸作用緩慢，產(chǎn)生熱量較少。菌體在對數(shù)生長期時，菌體繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌體也較多，所以產(chǎn)生的熱量多，溫度上升快，必須注意控制溫度。培養(yǎng)后期，菌體已基本上停止繁殖，主要靠菌體內(nèi)的酶系進行代謝作用，產(chǎn)生熱量不多，溫度變化不大，且逐漸減弱。如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，有可能染菌，此外培養(yǎng)基營養(yǎng)越豐富，生物熱也越大。② 攪拌熱攪拌熱：由于攪拌的機械運動造成液體之間，液體與設備之間的摩擦而產(chǎn)生的熱。. 散熱因素： 蒸發(fā)熱蒸發(fā)熱：空氣進入發(fā)酵罐后，與發(fā)酵液廣泛接觸進行熱交換, 必然會引起水分的蒸發(fā)，蒸發(fā)所需的熱量。② 輻射熱輻射熱：由于發(fā)酵罐內(nèi)外溫度差，通過罐體向外輻射的熱量。三. 發(fā)酵熱的測定. 一種是用冷卻水進出口溫度差計算發(fā)酵熱。在工廠里，可以通過測量冷卻水進出口的水溫，再從水表上得知每小時冷卻水流量來計算發(fā)酵熱。發(fā)酵＝(出－進)——水的比熱——冷卻水流量. 另一種是根據(jù)罐溫上升速率來計算。先自控，讓發(fā)酵液達到某一溫度，然后停止加熱或冷卻，使罐溫自然上升或下降，根據(jù)罐溫變化的速率計算出發(fā)酵熱。通過罐溫的自動控制，先使罐溫達到恒定，再關閉自控裝置測得溫度隨時間上升的速率，按公式可求得發(fā)酵熱。四. 最適溫度的確定（一）最適溫度的選擇. 根據(jù)菌種及生長階段選擇微生物種類不同，所具有的酶系及其性質(zhì)不同，所要求的溫度范圍也不同。如黑曲霉生長溫度為℃，谷氨酸產(chǎn)生菌棒狀桿菌的生長溫度為～℃，青霉菌生長溫度為℃。在發(fā)酵前期由于菌量少，發(fā)酵目的是要盡快達到大量的菌體，取稍高的溫度，促使菌的呼吸與代謝，使菌生長迅速；在中期菌量已達到合成產(chǎn)物的最適量，發(fā)酵需要延長中期，從而提高產(chǎn)量，因此中期溫度要稍低一些，可以推遲衰老。因為在稍低溫度下氨基酸合成蛋白質(zhì)和核酸的正常途徑關閉得比較嚴密有利于產(chǎn)物合成。發(fā)酵后期，產(chǎn)物合成能力降低，延長發(fā)酵周期沒有必要，就又提高溫度，刺激產(chǎn)物合成到放罐。如四環(huán)素生長階段℃，合成期℃后期再升溫；黑曲霉生長℃，產(chǎn)糖化酶～℃。但也有的菌種產(chǎn)物形成比生長溫度高。如谷氨酸產(chǎn)生菌生長～℃，產(chǎn)酸～℃。最適溫度選擇要根據(jù)菌種與發(fā)酵階段做實驗。. 根據(jù)培養(yǎng)條件選擇溫度選擇還要根據(jù)培養(yǎng)條件綜合考慮，靈活選擇。通氣條件差時可適當降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。培養(yǎng)基稀薄時，溫度也該低些。因為溫度高營養(yǎng)利用快，會使菌過早自溶。. 根據(jù)菌生長情況選擇菌生長快，維持在較高溫度時間要短些；菌生長慢，維持較高溫度時間可長些。培養(yǎng)條件適宜，如營養(yǎng)豐富，通氣能滿足，那么前期溫度可髙些，以利于菌的生長?？偟膩碚f，溫度的選擇根據(jù)菌種生長階段及培養(yǎng)條件綜合考慮。要通過反復實踐來定出最適溫度。（二）溫度的控制. 夾套. 盤管（蛇管）第二節(jié) 值對發(fā)酵的影響與控制引起下降的因素：v1 碳源過量v2 消泡油添加過量v3 生理酸性物質(zhì)的存在引起上升的因素：v1 氮源過多v2 生理堿性物質(zhì)的存在v3 中間補料，v4 堿性物質(zhì)添加過多一、發(fā)酵過程變化的原因 、基質(zhì)代謝 （）糖代謝 特別是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使下降。糖缺乏，上升，是補料的標志之一。（）氮代謝 當氨基酸中的被利用后會下降；尿素被分解成，上升，利用后下降，當碳源不足時氮源充當碳源利用上升。（）生理酸堿性物質(zhì)利用后會上升或下降。、產(chǎn)物形成某些產(chǎn)物本身呈酸性或堿性，使發(fā)酵液變化。如有機酸類產(chǎn)生使下降，紅霉素、螺旋霉素等抗生素呈堿性，使上升。、菌體自溶，上升，發(fā)酵后期，上升。 二、對發(fā)酵的影響 、對發(fā)酵的影響 （）影響酶的活性。當值抑制菌體某些酶的活性時使菌的新陳代謝受阻（）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 （）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 （）影響代謝方向 、在微生物培養(yǎng)的不同階段有不同的影響 、最佳的確定三、的控制 、調(diào)節(jié)好基礎料的?；A料中若含有玉漿，呈酸性，必須調(diào)節(jié)。若要控制消后在，消前往往要調(diào)到。、在基礎料中加入維持的物質(zhì)，如 ，或具有緩沖能力的試劑，如磷酸緩沖液等。、通過補料調(diào)節(jié) 、當補料與調(diào)發(fā)生矛盾時，加酸堿調(diào) 、不同調(diào)方法的影響、發(fā)酵的不同階段采取不同的值生長：控制菌株最適生長，不同值對菌體的形態(tài)影響很大；發(fā)酵：采用階段控制模式進行發(fā)酵。小結(jié)控制是一項非常細致的工作，不僅考慮最佳值，而且要根據(jù)生長階段考察對的要求。在控制中還要采用合適的調(diào)節(jié)方法。第三節(jié) 氧對發(fā)酵的影響溶解氧（）濃度252。1 氧是微生物體內(nèi)一系列細胞色素氧化酶催化產(chǎn)能反應的最終電子受體，252。2 也是合成某些產(chǎn)物的基質(zhì)。252。1 利用濃度的變化，252。2 可以了解微生物對氧利用的規(guī)律，252。3 反映發(fā)酵的異常情況，252。4 是一個重要的控制參數(shù)。252。1 氧利用率： 抗生素發(fā)酵： 谷氨酸發(fā)酵： （一）微生物對氧的需求一、描述微生物需氧的物理量. 比耗氧速度或呼吸強度（）：單位時間內(nèi)單位體積重量的細胞所消耗的氧氣（ 菌）。 . 攝氧率()：單位時間內(nèi)單位體積的發(fā)酵液所需要的氧量。（單位： ）二、溶解氧濃度對菌體生長和產(chǎn)物形成的影響三、影響需氧的因素.菌體濃度. 遺傳因素菌齡營養(yǎng)的成分與濃度有害物質(zhì)的積累培養(yǎng)條件（二） 反應器中氧的傳遞發(fā)酵過程中，空氣中的氧進入細胞的過程有以下幾個步驟： 252。1 空氣泡中的氧轉(zhuǎn)移入發(fā)酵液； 252。2 溶解的氧通過發(fā)酵液進入微生物細胞； 252。3 細胞吸收溶氧。氣體的溶解過程雙膜理論一、發(fā)酵液中氧的傳遞方程影響氧傳遞的因素252。1 溶氧系數(shù)252。2 傳質(zhì)推動力(*)氧的傳遞途徑與傳質(zhì)阻力：l1 供氧方面：液膜阻力是主要限制因素l2 耗氧方面：對于菌絲叢或團擴散阻力最顯著。l3 主要與菌種特性有關二、發(fā)酵液中氧的平衡發(fā)酵液中供氧和需氧始終處于一個動態(tài)的平衡中三、供氧的調(diào)節(jié)有一定的工藝要求，所以可以通過 和*來調(diào)節(jié)其中*＝調(diào)節(jié)是最常用的方法，反映了設備的供氧能力，一般來講大罐比小罐要好。（三） 影響的因素反映了設備的供氧能力，發(fā)酵常用的設備為搖瓶與發(fā)酵罐。一、影響搖瓶的因素裝液量和搖瓶機的種類二、影響發(fā)酵罐中的因素.提高攪拌，調(diào)節(jié)的效果顯著.小型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速可調(diào).大型發(fā)酵罐，轉(zhuǎn)速往往不可調(diào)、影響的其它因素根據(jù)經(jīng)驗公式 [()α()β(η) ω]以下因素都會影響的大小：空氣分布管發(fā)酵液的性質(zhì)攪拌空氣流速發(fā)酵罐內(nèi)液柱的高度泡沫和消泡劑(*)的因素252。1 溫度（降低溫度）252。2 溶液的性質(zhì)（降低溶質(zhì)含量） 如粘度：影響液體湍動性及液膜的阻力。252。1 氧分壓（提高氧分壓）252。2 發(fā)酵罐內(nèi)液柱的高度（四）、發(fā)酵過程中溶氧的控制溶氧控制的一般策略前期大于臨溶氧濃度，中后期滿足產(chǎn)物的形成。一般認為，發(fā)酵初期較大的通風和攪拌而產(chǎn)生過大的剪切力，對菌體的生長有時會產(chǎn)生不利的影響，所以有時發(fā)酵初期采用小通風，停攪拌，不但有利于降低能耗，而且在工藝上也是必須的。但是通氣增大的時間一定要把握好。（五）、發(fā)酵過程中溶氧濃度監(jiān)控的意義、考察工藝控制是否滿足要求、其它異常情況的表征 如：染菌、噬菌體、設備和操作故障、間接控制的措施第四節(jié) 二氧化碳對發(fā)酵的影響及控制一、發(fā)酵過程中二氧化碳的來源、微生物的代謝產(chǎn)物（幾乎所有的發(fā)酵都產(chǎn)生大量的）、通過通氣和補料等，溶解在發(fā)酵液中的二氧化碳二、二氧化碳對發(fā)酵的影響、是某些合成代謝的一種基質(zhì)，它是細胞代謝的重要指示環(huán)狀芽孢桿菌等已經(jīng)發(fā)芽的孢子在開始生長的時候，對有特殊需要。還是大腸桿菌和鏈霉菌突變株的生長因子，菌體有時需要含％ 的氣體才能生長。（無機化能營養(yǎng)菌）、對菌體生長具有抑制作用當發(fā)酵液中的濃度高于％時，微生物的糖代謝和呼吸速率下降（）發(fā)酵液中的濃度達到，就會嚴重抑制酵母菌的生長；當進氣口的含量占混合氣體的％時，酵母活力與對照相比降低％。、對菌體生長有時具有刺激作用如牛鏈球菌發(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有％的。、及—影響細胞膜的結(jié)構(gòu)，它們分別作用于細胞膜的不同位點 ：細胞膜脂溶性部位 —：細胞膜親水性部位、對微生物發(fā)酵產(chǎn)物影響當微生物生長受到抑制時，也阻礙了基質(zhì)的異化（或分解代謝）和的生成量，由此而影響產(chǎn)物的合成。l 在小單孢菌產(chǎn)生紫蘇霉素生產(chǎn)中，l 在發(fā)酵罐于空氣進口通以％，l 發(fā)現(xiàn)微生物對基質(zhì)的代謝極慢，l 菌絲增長速度降低，l 紫蘇霉素的產(chǎn)量比對照組降低％。l 通入％，l 紫蘇霉素的產(chǎn)量比對比照組降低％，l l 的含量超過％，l 則不l 產(chǎn)生紫蘇霉。、其他方面會影響產(chǎn)黃青霉菌的形態(tài)。研究者將產(chǎn)黃青霉菌接種到溶解不同濃度的培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)菌絲形態(tài)發(fā)生變化。 分壓～％時，菌絲主要是絲狀； 分壓％～％，則膨脹，粗短的菌絲占優(yōu)勢；為時，則出現(xiàn)球狀或酵母狀細胞，致使青霉素合成受阻，其比生成速率降低％左右。 影響發(fā)酵液的酸堿平衡，使發(fā)酵液的值下降，或與其他化學物質(zhì)發(fā)生化學反應，或與生長必需金屬離子形成碳酸鹽沉淀，或氧的過分消耗引起溶氧濃度下降等原因，造成間接作用而影響菌體生長和產(chǎn)物合成。三、二氧化碳濃度的控制發(fā)酵罐中二氧化碳的特點：在發(fā)酵液中的濃度變化沒有規(guī)律：它的大小受到許多因素的影響，如細胞的呼吸強度、發(fā)酵液的流變學特性、通氣攪拌程度、罐壓大小、設備規(guī)模等。 的溶解度大：比氧氣大，所以隨著發(fā)酵罐壓力的增加，其含量比氧氣增加的更快。如果當濃度增大時，若通氣攪拌不改變， 不易排出，在罐底形成碳酸，使下降，進而影響微生物細胞的呼吸和產(chǎn)物合成。. 控制發(fā)酵工藝增加濃度：有時為了防止“逃液”而采用增加罐壓消泡的方法，會增加的溶解度，不利于細胞的生長。.對濃度的控制主要看其對發(fā)酵的影響：如果對發(fā)酵有促進作用，應該提高其濃度；反之應設法降低其濃度?？刂频姆椒ǎ海饬亢蛿嚢杷俾剩a料（在青霉素發(fā)酵中，補糖可增加排氣中的濃度，并降低培養(yǎng)液的值）第五節(jié) 泡沫對發(fā)酵的影響與控制一、泡沫形成的原因及起泡的危害（一）泡沫形成的原因（二）起泡的危害二、發(fā)酵過程中的泡沫及其控制(一) 發(fā)酵過程中的泡沫.泡沫的性質(zhì) 泡沫是氣體被分散在少量液體中的膠體體系。泡沫間被一層液膜隔開而彼此不相連通。發(fā)酵過程中所遇到的泡沫，其分散相是無菌空氣和代謝氣體，連續(xù)相是發(fā)酵液。. 泡沫的類型 一類存在于發(fā)酵液的液面上， 這類泡沫氣相所占比例特別大， 并且泡沫與它下面的液體之間有能分辮的界線。如在某些稀薄的前期發(fā)酵液或種子培養(yǎng)液中所見到的。 另一種泡沫是出現(xiàn)在粘稠的菌絲發(fā)酵液當中。這種泡沫分散很細，而 且很均勻， 也較穩(wěn)定。泡沫與液體間沒有明顯的波面界限， 在鼓泡的發(fā)酵液中氣體分散相占的比例由下而 上地逐漸增加。. 影響泡沫穩(wěn)定的因素v 通氣與攪拌的強度v 培養(yǎng)基的配比及原材料組成v 培養(yǎng)基的破壞程度v 接種量的大小v 培養(yǎng)液本身性質(zhì)的變化v 培養(yǎng)基滅菌的方法和操作v 染菌.發(fā)酵過程泡沫的變化(二) 發(fā)酵過程泡沫控制的方法.物理消沫法.化學消沫法.選擇消泡劑的依據(jù)l 對發(fā)酵過程無毒，對人、畜無害和不影響酶的生物合成。l 消泡作用迅速，效果高和持久性能好。l 能耐高壓蒸氣滅菌而不變性，在滅菌溫度下對設備無腐蝕性或不形成腐蝕性產(chǎn)物。l 不影響以后的提取過程。l 消沫劑的來源多，價格低，添加裝置簡單。l 不干擾分析系統(tǒng)，如溶解氧、測定儀的探頭。l 最好還能做到不影響氧的傳遞。.對消泡劑的要求.常用消泡劑的種類和性能第七章 發(fā)酵過程的參數(shù)檢測及自動控制為什么要研究發(fā)酵過程？微生物發(fā)酵的生產(chǎn)水平不僅取決于生產(chǎn)菌種本身的性能，而且要賦以合適的環(huán)境條件才能使它的生產(chǎn)能力充分表達出來。為此我們必須通過各種研究方法了解有關生產(chǎn)菌種對環(huán)境條件的要求，如培養(yǎng)基、培養(yǎng)溫度、氧的需求等，并深入地了解生產(chǎn)菌在合成產(chǎn)物過程中的代謝調(diào)控機制以及可能的代謝途徑，為設計合理的生產(chǎn)工藝提供理論基礎。同時，為了掌握菌種在發(fā)酵過程中的代謝變化規(guī)律，可以通過各種監(jiān)測手段如取樣測定隨時間變化的菌體濃度，糖、氮消耗及產(chǎn)物濃度，以及采用傳感器測定發(fā)酵罐中的培養(yǎng)溫度、溶解氧等參數(shù)的情況，并予以有效地控制，使生產(chǎn)菌種處于產(chǎn)物合成的優(yōu)化環(huán)境之中。 發(fā)酵過程控制是發(fā)酵的重要部分控制難點：過程的不確定性和參數(shù)的非線性同樣的菌種，同樣的培養(yǎng)基在不同工廠，不同批次會得到不同的結(jié)果，可見發(fā)酵過程的影響因素是復雜的，比如設備的差別、水的差別、培養(yǎng)基滅菌的差別，菌種保藏時間的長短，發(fā)酵過程的細微差別都會引起微生物代謝的不同。了解和掌握分析發(fā)酵過程的一般方法對于控制代謝是十分必要的第一節(jié) 發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)一、物理參數(shù)、溫度指發(fā)酵整個過程或不同階段所維持的溫度。溫度的高低與下列參數(shù)有密切關系發(fā)酵中的酶反應速度菌體生長速度，產(chǎn)物合成速度氧在培養(yǎng)液中的溶解度，傳遞速度、壓力發(fā)酵罐維持的壓力。罐內(nèi)維持正壓，可防止外界空氣中雜菌的侵入，保證純種培養(yǎng)。罐壓的高低與氧，在培養(yǎng)液中的溶解度有關，間接影響菌體代謝。罐壓一般維持在。、攪拌轉(zhuǎn)速是指攪拌器在發(fā)酵罐中轉(zhuǎn)動速度。攪拌轉(zhuǎn)速大小與發(fā)酵液的均勻性和氧在發(fā)酵液中的傳遞速率有關。，攪拌功率指攪拌器攪拌時所消耗的功率，常指每立方發(fā)酵液所消耗的功率（）。它的大小與溶氧傳遞系數(shù)有關。、空氣流量指單位時間內(nèi)單位體積發(fā)酵液通入空氣的體積。它的大小與氧的傳遞和其它控制參數(shù)有關。