【導(dǎo)讀】荿莈袁袈蒈蒀蚄膆蕆薃袀肂蒆蚅蚃肈蒅蒅袈羄肂薇螁袀肁蠆羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羈膈薃螇袇膇蚆薀膅膆蒞螆膁膆薈蕿肇膅蝕襖羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿蟻螞膀羋莁羇肆芇蒃螀芆薅羆袈芅蚇螈膇莄莇薁肅莄葿螇罿莃薂蕿裊莂莁螅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆荿莈袁袈蒈蒀蚄膆蕆薃袀肂蒆蚅蚃肈蒅蒅袈羄肂薇螁袀肁蠆羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羈膈薃螇袇膇蚆薀膅膆蒞螆膁膆薈蕿肇膅蝕襖羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿蟻螞膀羋莁羇肆芇蒃螀芆薅羆袈芅蚇螈膇莄莇薁肅莄葿螇罿莃薂蕿裊莂莁螅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆荿莈袁袈蒈蒀蚄膆蕆薃袀肂蒆蚅蚃肈蒅蒅袈羄肂薇螁袀肁蠆羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羈膈薃螇袇膇蚆薀膅膆蒞螆膁膆薈蕿肇膅蝕襖羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿蟻螞膀羋莁羇肆芇蒃螀芆薅羆袈芅蚇螈膇莄莇薁肅莄葿螇罿莃薂蕿裊莂莁螅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆荿莈袁袈蒈蒀蚄膆蕆薃袀肂蒆蚅蚃肈蒅蒅袈羄肂薇

　　

【正文】 程中，氧、溫度、 pH 和磷酸鹽等的調(diào)節(jié)和控制如下：①氧。谷氨酸產(chǎn)生菌是好氧菌，通風和攪拌不僅會影響菌種對氮源和碳源的利用率，而且會影響發(fā)酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在發(fā)酵后期，加大通氣量有利于谷氨酸的合成。②溫度。菌種生長的最適溫度為 30～ 32 ℃。當菌體生長到穩(wěn)定期，適當提高溫度有利于產(chǎn)酸，因此，在發(fā)酵后期，可將溫度提高到 34～ 37 ℃。 ③ pH。谷氨酸產(chǎn)生菌發(fā)酵的最適 pH 在 ～ 。但在發(fā)酵過程中，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的利用，代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液的 pH 會不斷變化。如隨著氮源的利用，放出氨， pH 會上升；當糖被利用生成有機酸時， pH會下降。④磷酸鹽。它是谷氨酸發(fā)酵過程中必需的，但濃度不能過高，否則會轉(zhuǎn)向纈氨酸發(fā)酵。 答：發(fā)酵生產(chǎn)中雜菌污染途徑包括以下幾個方面： 1) 種子帶菌。原因主要有：培養(yǎng)基及用具滅菌不徹底；菌種在移接過程中受污染；菌種在培養(yǎng)或保藏過程中受污染等。 2) 無 菌空氣帶菌。杜絕無菌空氣帶菌，必須從空氣凈化流程和設(shè)備的設(shè)計、過濾介質(zhì)的選用和裝填、過濾介質(zhì)的滅菌和管理等方面完善空氣凈化系統(tǒng)。 3) 培養(yǎng)基和設(shè)備滅菌不徹底導(dǎo)致染菌。原因主要有：原料性狀影響滅菌效果；實罐滅菌時未能充分排出罐內(nèi)空氣；培養(yǎng)基連續(xù)滅菌時，蒸汽壓力波動大，培養(yǎng)基未達到滅菌溫度，導(dǎo)致滅菌不徹底而污染；設(shè)備、管道存在“死角”。 4) 設(shè)備滲漏引起染菌。發(fā)酵設(shè)備、管道、閥門、的長期使用，由于腐蝕、磨擦和振動等原因，往往造成滲漏。 5) 操作失誤和技術(shù)管理不善也會引起染菌。如移種時或發(fā)酵過程罐內(nèi)壓力跌零 ，使外界空氣進入而染菌；泡沫頂蓋而造成污染；壓縮空氣壓力突然下降，使發(fā)酵液倒流入空氣過濾器而造成污染等等。 發(fā)酵生產(chǎn)中一旦發(fā)現(xiàn)污染雜菌，應(yīng)考慮采取以下措施： 1) 首先應(yīng)盡力尋找染菌的原因和途徑，杜絕后患。 2) 同時，對染菌的發(fā)酵液要根據(jù)具體情況做出處理。例如：發(fā)現(xiàn)種子染菌，應(yīng)立即加熱滅菌后廢棄，絕對不能將染菌種子接入發(fā)酵罐，以免造成更大損失，如果是發(fā)現(xiàn)早期染菌，則可采取適當補充營養(yǎng)物，重新滅菌，再接種發(fā)酵；如果在發(fā)酵中后期染菌，而雜菌又不影響生產(chǎn)菌株的正常發(fā)酵或不妨礙產(chǎn)品的分離、提純，則可讓其“共生共長 ”、“和平共處”至發(fā)酵終了，否則就應(yīng)提前放罐。 (3 分 ) 3) 染菌后的挽救措施要根據(jù)不同生產(chǎn)菌株的特點、產(chǎn)品性質(zhì)以及各工廠的具體情況，采取可行辦法。 答：在谷氨酸發(fā)酵過程中，影響菌種代謝途徑的因素有氧、溫度、 pH 和磷酸鹽等，并且谷氨酸產(chǎn)生菌需要生長因子──生物素。當生物素缺乏時，菌種生長十分緩慢；當生物素過量時，則轉(zhuǎn)為乳酸發(fā)酵。因此，一般將生物素控制在亞適量條件下，才能得到高產(chǎn)量的谷氨酸。 在谷氨酸發(fā)酵中，如果能夠改變細胞膜的通透性，使谷氨酸不斷地排到 細胞外面，就會大量生成谷氨酸。研究表明，影響細胞膜通透性的主要因素是細胞膜中的磷脂含量。因此，對谷氨酸產(chǎn)生菌的選育，往往從控制磷脂的合成或使細胞膜受損傷入手，如生物素缺陷型菌種的選育。生物素是不飽和脂肪酸合成過程中所需的乙酰 CoA 的輔酶。生物素缺陷型菌種因不能合成生物素，從而抑制了不飽和脂肪酸的合成。而不飽和脂肪酸是磷脂的組成成分之一。因此，磷脂的合成量也相應(yīng)減少，這就會導(dǎo)致細胞膜結(jié)構(gòu)不完整，提高細胞膜對谷氨酸的通透性。 在發(fā)酵過程中，氧、溫度、 pH 和磷酸鹽等的調(diào)節(jié)和控制如下：①氧。谷氨酸產(chǎn)生菌是好 氧菌，通風和攪拌不僅會影響菌種對氮源和碳源的利用率，而且會影響發(fā)酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在發(fā)酵后期，加大通氣量有利于谷氨酸的合成。②溫度。菌種生長的最適溫度為 30～ 32 ℃。當菌體生長到穩(wěn)定期，適當提高溫度有利于產(chǎn)酸，因此，在發(fā)酵后期，可將溫度提高到 34～ 37 ℃。③ pH。谷氨酸產(chǎn)生菌發(fā)酵的最適 pH 在 ～ 。但在發(fā)酵過程中，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的利用，代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液的 pH 會不斷變化。如隨著氮源的利用，放出氨， pH 會上升；當糖被利用生成有機酸時， pH會下降。④磷酸鹽。它是谷氨酸發(fā)酵過程中必需的， 但濃度不能過高，否則會轉(zhuǎn)向纈氨酸發(fā)酵。 答：菌種擴大培養(yǎng)的關(guān)鍵就是搞好種子罐的擴大培養(yǎng)，影響種子罐培養(yǎng)的主要因素包括營養(yǎng)條件、培養(yǎng)條件、染菌的控制、種子罐的級數(shù)和接種量控制等等。 1) 培養(yǎng)基：對于某一菌種和具體設(shè)備條件來說，最適宜的培養(yǎng)基成分配比完全應(yīng)該進行多因素的優(yōu)選，通過對比試驗去確定，從而最大地發(fā)揮菌種的特性，提高產(chǎn)量。 2) 種齡與接種量：種子罐中培養(yǎng)的菌種開始移入下一級種子罐或發(fā)酵罐的培養(yǎng)時間稱為種齡。通常以菌體處于生長旺盛期（對數(shù)生長期）為合 適。移入的種子液體積與接種后培養(yǎng)液體積的比例即為接種量。接種量取決于菌種在發(fā)酵罐中生長繁殖速度，接種量的大小直接影響發(fā)酵周期。 3) 溫度：溫度直接影響微生物生長和合成酶。 4) pH 值：由于環(huán)境中 pH值不同，微生物原生質(zhì)膜（具有膠體性質(zhì)）所帶的電荷也不同，從而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、酶的合成及其活性、代謝途徑和細胞膜的通透性的變化。各種微生物都有自己生長與合成酶的最適 pH 值。在種子擴培過程中?？刂?pH 值，不但可以保證微生物種子的很好生長，而且可以防止雜菌污染。 5) 通氣和攪拌：通氣可以供給大量的氧， 而攪拌則能使通氣的效果更好。 6) 泡沫：泡沫的持久存在影響微生物對氧的吸收，妨礙二氧化碳的排出；影響設(shè)備的利用率；易招致染菌。 7) 染菌的控制：必須加強接種室的消毒管理工作，定期檢查消毒效果，嚴格無菌操作技術(shù)。 8) 種子罐級數(shù)：制備種子需逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)。種子罐級數(shù)一般根據(jù)菌種生長特性，孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度以及采用發(fā)酵罐體積而定。 ，分析在發(fā)酵過程中如何保證菌種生長和代謝的正常進行。 答：首先，培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)全面，缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，會影響菌種的生長繁殖及正常的代謝活動。 如生物素是谷氨酸棒狀桿菌的生長因子，缺乏生物素，谷氨酸的合成就會受到影響。 其次，各種營養(yǎng)物質(zhì)的比例和濃度會影響菌種的代謝途徑等。如在碳源和氮源的比為 3∶ 1時，谷氨酸棒狀桿菌會大量合成谷氨酸，但當碳源和氮源的比為 4∶ 1 時，谷氨酸棒狀桿菌只生長而不合成谷氨酸。 第三，進行發(fā)酵過程中間控制，如溫度、 pH 值、溶解氧等。當 pH 下降，呈酸性時，谷氨酸棒狀桿菌就會生成乙酰谷氨酰胺。在發(fā)酵過程中，培養(yǎng)液的 pH 發(fā)生變化的主要原因是培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的利用和代謝產(chǎn)物的積累。如當谷氨酸棒狀桿菌利用糖類物質(zhì)不斷生成谷氨酸時，培養(yǎng)液 的 pH 就會下降。而堿性物質(zhì)的消耗和氨的生成等則會導(dǎo)致培養(yǎng)液的 pH 上升。調(diào)節(jié)和控制培養(yǎng)液 pH 的方法有：在培養(yǎng)基中添加緩沖液，在發(fā)酵過程中加酸或堿。 第四，染菌的控制。在種子擴大培養(yǎng)和發(fā)酵過程中，要嚴格控制雜菌的污染，通入的空氣要進行嚴格的過濾除菌。 答：菌種擴大培養(yǎng)的關(guān)鍵就是搞好種子罐的擴大培養(yǎng)，影響種子罐培養(yǎng)的主要因素包括營養(yǎng)條件、培養(yǎng)條件、染菌的控制、種子罐的級數(shù)和接種量控制等等。 1) 培養(yǎng)基：主要是碳源、氮源、無機鹽、生長素和水等。對于某一菌種和具體設(shè)備條件來說，最適宜 的培養(yǎng)基成分配比完全應(yīng)該進行多因素的優(yōu)選，通過對比試驗去確定，從而最大地發(fā)揮菌種的特性，提高產(chǎn)量。 2) 種齡與接種量：種子罐中培養(yǎng)的菌種開始移入下一級種子罐或發(fā)酵罐的培養(yǎng)時間稱為種齡。通常以菌體處于生長旺盛期（對數(shù)生長期）為合適。移入的種子液體積與接種后培養(yǎng)液體積的比例即為接種量。接種量取決于菌種在發(fā)酵罐中生長繁殖速度，接種量的大小直接影響發(fā)酵周期，應(yīng)依據(jù)具體的發(fā)酵類型和工藝條件而定。一般地，細菌 ～ 1% ，酵母菌 10～15%。 3) 溫度：溫度直接影響微生物生長，在影響微生物生長繁殖的各種物理因素中 ，溫度起著最重要的作用。溫度直接影響酶反應(yīng)，從而影響著生物體的生命活動。微生物的生長和產(chǎn)物的合成都是在各種酶催化下進行的，溫度是保證酶活性的重要條件，是種子擴培正常進行的重要保證。 4) pH 值：由于環(huán)境中 pH值不同，微生物原生質(zhì)膜（具有膠體性質(zhì)）所帶的電荷也不同，從而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、酶的合成及其活性、代謝途徑和細胞膜的通透性的變化。各種微生物都有自己生長與合成酶的最適 pH 值。在種子擴培過程中，控制 pH 值，不但可以保證微生物種子的很好生長，而且可以防止雜菌污染。 5) 通氣和攪拌：溶解氧參與菌體 呼吸作用。通氣可以供給大量的氧，通氣量的多少以溶解氧的多少來衡定（溶解氧濃度應(yīng)不低于臨界溶氧濃度）。而攪拌則能促進氧的溶解與營養(yǎng)物質(zhì)及代謝產(chǎn)物的分散，使通氣的效果更好。通氣過程中，影響溶解氧的因素：菌種（絲狀影響最大）、培養(yǎng)基性質(zhì)、培養(yǎng)階段、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)等。 6) 泡沫：泡沫的持久存在影響微生物對氧的吸收，妨礙二氧化碳的排出；影響設(shè)備的利用率（有效容積減少）；造成跑料，易招致染菌。 7) 染菌的控制：染菌原因：設(shè)備、管道、閥門漏損、發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)“死角”、滅菌不徹底、空氣凈化不好、無菌操作不嚴、菌種不純。必須加 強接種室的消毒管理工作，定期檢查消毒效果，嚴格無菌操作技術(shù)。 8) 種子罐級數(shù)：制備種子需逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)。種子罐級數(shù)越少，越有利于簡化工藝，便于控制，減少染菌。種子罐級數(shù)一般根據(jù)菌種生長特性，孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度以及采用發(fā)酵罐體積而定。 .答：在發(fā)酵過程中，控制溶解氧濃度具有重要意義，表現(xiàn)在以下方面： 1) 在發(fā)酵過程中，微生物只能利用溶解狀態(tài)下的氧。 2) 氧是難溶氣體，在 25℃、 100MPa 下，氧在純水中的溶解度為 ，在發(fā)酵液中的溶解度為 ；在谷氨酸發(fā)酵的操作條件下，發(fā)酵液中氧的飽和濃度約為,這樣的溶氧濃度菌的正常呼吸只能維持 20～ 30s。由于微生物不斷消耗發(fā)酵液中的氧，而氧的溶解度很低，就必須采用強化供氧。 3) 氧的溶解度隨著溫度的升高而下降，隨著培養(yǎng)液固形物的增多、或粘度的增加而下降。 4) 對于好氣性發(fā)酵來說，氧傳遞速率已成為發(fā)酵產(chǎn)量和發(fā)酵周期的限制因素。同時，氧的供應(yīng)不足可能引起生產(chǎn)菌種的不可彌補的損失或?qū)е录毎x轉(zhuǎn)向不需要的化合物的生成。 5) 發(fā)酵工業(yè)上氧的利用率很低。如抗生素發(fā)酵，被微生物利用的氧不 超過經(jīng)過凈化處理的無菌空氣中含氧量的 2%；在谷氨酸發(fā)酵方面氧的利用率為 10%～ 30%。 6) 提高供氧效率，就能大大降低空氣消耗量，從而降低設(shè)備費、減少動力消耗；且減少染菌機會，減少泡沫形成，提高設(shè)備利用率。