【正文】 需氧要求增加，使溶解氧下降； 某些設(shè)備或工藝控制發(fā)生故障或變化 ，也可能引起溶解氧下降。 65 溶氧的影響及控制 溶解氧影響 由于氧在水中的溶解度很小，在培養(yǎng)基中的溶解度更小，而 微生物細(xì)胞只能利用溶解氧 ，很少能直接從空氣泡中獲得氧，所以需要不斷通風(fēng)和攪拌，才能滿足發(fā)酵需氧的要求。 3）溫度還可能影響生物合成的方向 例如： 四環(huán)素 發(fā)酵中 金色鏈霉菌 同時(shí)能產(chǎn)生 金霉素 。 黑曲霉 生長(zhǎng) 最適溫度 3337℃ ， 積累檸檬酸的最適溫度在 32℃ 。 63 溫度對(duì)微生物發(fā)酵的影響 1）溫度影響產(chǎn)物合成的速率及產(chǎn)量 從酶動(dòng)力學(xué)來(lái)看， 溫度升高，反應(yīng)速率加大，代謝加快，生產(chǎn)期提前； 但因酶本身很易因熱而失去活性， 溫度越高，酶的失活也越快，表現(xiàn)在菌體易于衰老，發(fā)酵周期縮短，影響產(chǎn)物的最終產(chǎn)量 。 (2)影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性。因此要控制好發(fā)酵各階段的不同溫度，使微生物大量生長(zhǎng)繁殖，又可得到大量產(chǎn)物。冬天大一些，夏天小一些，一般不超過(guò)發(fā)酵熱的 5％ 62 溫度控制 溫度過(guò)高、過(guò)低均對(duì)微生物發(fā)酵不利。因罐內(nèi)外的溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過(guò)罐體向外輻射。 E、顯熱： 發(fā)酵排氣散發(fā)帶走的熱量。 61 D、蒸發(fā)熱： 發(fā)酵液蒸發(fā)水分帶走的熱量。 C、通氣熱： 是指通入空氣溫度高于發(fā)酵液溫度時(shí)所產(chǎn)生的熱量。 60 B、攪拌熱： 在機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機(jī)械攪拌帶動(dòng)發(fā)酵液作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，造成液體之間，液體與攪拌器等設(shè)備 之間的摩擦 ，產(chǎn)生的熱量。 Q發(fā)酵 = Q生物 + Q攪拌 + Q通氣 Q蒸發(fā) Q顯 – Q輻射 59 A、生物熱 （ Q生物） 在發(fā)酵過(guò)程中，菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)， 將其分解氧化而產(chǎn)生的能量 ，其中一部分用于 合成高能化合物提供細(xì)胞合成和代謝產(chǎn)物合成需要的能量 ，其余一部分以熱的形式散發(fā)出來(lái) ，這散發(fā)出來(lái)的熱就叫生物熱。 在發(fā)酵過(guò)程中，引起溫度變化的因素有 生物熱、攪拌熱、通氣熱、蒸發(fā)熱、輻射熱和顯熱。 溫度的影響及控制 58 影響發(fā)酵溫度的因素 在 發(fā)酵過(guò)程中溫度是不斷變化的 。 補(bǔ)料方法可采用 一次大量補(bǔ)料或連續(xù)流加 的方法。如在發(fā)酵 進(jìn)入產(chǎn)物合成期時(shí)及時(shí)補(bǔ)料，可以延長(zhǎng)產(chǎn)物合成的旺盛階段，避免菌體過(guò)早衰老 ，也 可控制 PH和代謝方向 。 56 （ 2）補(bǔ)料 在分批發(fā)酵中 糖過(guò)多，會(huì)造成細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)旺，供氧不足，產(chǎn)量低 。如 谷氨酸發(fā)酵碳氮比為 4： 1時(shí)，菌體大量繁殖，積累少量的谷氨酸；而 碳氮比為 3： 1時(shí)，則產(chǎn)生大量的谷氨酸，菌體增殖受到抑制。上述參數(shù)中，對(duì)發(fā)酵過(guò)程影響較大的 有營(yíng)養(yǎng)濃度、溫度、溶氧、 PH、泡沫 等。 降低空氣 相對(duì)濕度 保證過(guò)濾 介質(zhì)干燥 合理空氣 過(guò)濾器，除 菌效率 高的過(guò)濾 介質(zhì) 54 菌種的培養(yǎng) 菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)就是為每次發(fā)酵罐投料，提供相當(dāng)數(shù)量的種子。適用于中等濕度的地區(qū)。 適應(yīng)性廣，充分分離油水，節(jié)約冷卻水。 3 49 空氣凈化流程及提高過(guò)濾除菌的效率措施 空氣凈化過(guò)程中，要保持 深層介質(zhì)過(guò)濾器 在較高的效率下對(duì)空氣進(jìn)行過(guò)濾除菌，必須有：供氣設(shè)備（ 空氣壓縮機(jī) ），對(duì)空氣提供足夠的能量；高效的過(guò)濾除菌設(shè)備（ 空氣過(guò)濾器 ），以除去空氣中的微生物顆粒；一系列 加熱、冷卻及分離和除雜的附屬設(shè)備 來(lái)保證。 活性炭 ： 常與纖維狀介質(zhì)分層堆放成過(guò)濾床。纖維直徑為 320μ m， 其實(shí)密度為2600Kg/m3。填充率為 %。 （ 3）介質(zhì)過(guò)濾除菌 47 玻璃纖維 活性炭 棉花 48 介質(zhì)過(guò)濾除菌法是采用定期滅菌干燥介質(zhì)來(lái)阻截流過(guò)的空氣所含的微生物，從而獲得無(wú)菌的空氣。 介質(zhì)孔隙大于被攔截的微生物大小， 但介質(zhì)有一定厚度，機(jī)理是靜電，擴(kuò)散，慣性及攔截作用。 懸浮于空氣中的微生物及孢子大多帶有不同的電荷，不帶電荷的微粒進(jìn)入高壓靜電場(chǎng)時(shí)也會(huì)被電離成帶電微粒，但對(duì)于 一些直徑較小的微粒，所帶電荷少，微粒就不容易被吸附沉降 。 45 （ 2）靜電除菌法： 使用 靜電除塵器 除去空氣中的水霧塵埃等，同時(shí)也除去空氣的微生物。 44 空氣凈化的方法： （ 1）熱滅菌法： 加熱后微生物體內(nèi)的 蛋白質(zhì)熱變性而死亡。 43 空氣凈化及設(shè)備 空氣凈化的要求 發(fā)酵用的 無(wú)菌空氣 ,就是將自然界的空氣經(jīng)過(guò)壓縮 ,冷卻 ,減濕 ,過(guò)濾 等過(guò)程達(dá)到 : 1 連續(xù)提供一定流量的 壓縮空氣 。 2）對(duì)蒸汽的要求較低，一般 34kg/cm2即可滿足。 通入無(wú)菌空氣的作用：加速降溫；保持罐內(nèi)正壓。在保溫階段，凡進(jìn)口在培養(yǎng)基液面下的各管道都應(yīng)通入蒸汽；在液面上的其余管道則應(yīng)排放蒸汽，這樣才能保證滅菌徹底，不留死角。 罐壓達(dá) MPa時(shí)，按裝在發(fā)酵罐封頭的接種管、補(bǔ)料管、消泡劑管等應(yīng)排汽 。作用：減少冷凝水的生成；減輕噪音。 40 在進(jìn)行培養(yǎng)基滅菌之前，通常應(yīng)先把 發(fā)酵罐的分空氣過(guò)濾器滅菌并用無(wú)菌空氣吹干 。 間歇滅菌的過(guò)程一般包括 升溫、保溫和冷卻 三個(gè)階段。 2）確保管路無(wú)滲漏。 缺點(diǎn)： 設(shè)備復(fù)雜，投資大。 2） 蒸汽負(fù)荷均衡 ，鍋爐利用率高，操作方便。 冷卻器： 從維持罐出來(lái)的料液要經(jīng)過(guò)冷卻器進(jìn)行冷卻（ 4050℃ ） 。 連消器： 主要作用是使高溫蒸汽與料液迅速接觸混合，并 使料液的溫度很快提高到滅菌溫度 。 連續(xù)滅菌時(shí)培養(yǎng)基可 瞬時(shí)被加熱到 144℃ ，并保持此溫度至滅菌要求，也能很快地被冷卻，因此是 高溫瞬時(shí)滅菌法，有利于減少培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的破壞。 34 連續(xù)滅菌及設(shè)備 連續(xù)滅菌也叫連消， 將配制好的培養(yǎng)基在高溫快速的情況下，向發(fā)酵罐輸送的同時(shí)經(jīng)過(guò) 加溫，保溫，冷卻 的過(guò)程進(jìn)行滅菌。 殺死微生物的極端溫度稱為 致死溫度 。 以能否殺死細(xì)菌的芽孢為 標(biāo)準(zhǔn)。 調(diào)節(jié)金屬離子的濃度： 最常用的方法是采用添加黃血鹽（亞鐵氰化鉀）或 EDTA等絡(luò)合劑、離子交換樹(shù)脂和活性碳吸附 。 32 糖蜜預(yù)處理 糖蜜稀釋： 糖蜜在處理前要加水稀釋，加水量為1： 1， 否則黏度太高不利于后續(xù)操作； 糖蜜澄清： 由于其中含有大量灰分和膠體， 不但影響菌體的生長(zhǎng)，也影響產(chǎn)品的純度， 膠體使發(fā)酵中產(chǎn)生大量泡末， 影響發(fā)酵； 脫鈣調(diào) PH值： 對(duì)酸性原料， PH應(yīng)該調(diào)得比堿性原料要高些，因?yàn)樗哂醒訒r(shí)緩沖性，用它配制的培養(yǎng)基在滅菌后會(huì)酸化；而堿性原料的性質(zhì)正好相反。 酶的用量 原則： 酶活力低，液化液濃度高，用量則多 ，反之則少。它不但可以水解 α 1， 4糖苷鍵，而且也水解 α 1， 6糖苷鍵和 α 1， 3糖苷鍵。 糊化淀粉是在淀粉酶的作用下液化的， α 淀粉酶可以水解淀粉分子鏈的 α 1， 4糖苷鍵 ，不能水解 α 1，6糖苷鍵，但能越過(guò) α 1， 6糖苷鍵繼續(xù)水解 α 1， 4糖苷鍵， 水解沒(méi)有規(guī)律性的先后次序。 淀粉的老化： 分子間 氫鍵已斷裂的糊化淀粉又重新排列形成新的氫鍵的過(guò)程 ，也就是復(fù)結(jié)晶過(guò)程。 液化原理 1）淀粉的糊化與老化 30 糊化溫度： 發(fā)生糊化現(xiàn)象時(shí)的溫度稱為糊化溫度，一般來(lái)講，糊化溫度有一個(gè)范圍。 29 淀粉糊化 是指 淀粉受熱 后，淀粉顆粒膨脹， 晶體結(jié)構(gòu)消失 ， 互相接觸變成糊狀液體 ，即使停止攪拌，淀粉也不會(huì) 再沉淀的現(xiàn)象。 缺點(diǎn)： 時(shí)間長(zhǎng)；過(guò)濾難。 27 雙酶法制糖原理 酶解法也稱雙酶法，它是由 淀粉酶和糖化酶將 淀粉糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖 的方法。 糖化液 脫 色 冷卻降溫，并加 純堿中和調(diào)節(jié) PH為，溫度控制在 6070℃ 。 26 水解時(shí)間 水解設(shè)備 一般 15min，水解終點(diǎn)的檢查，用 無(wú)水酒精檢查無(wú)白色為止。 25 2）水解條件選擇及其控制 淀粉乳濃度的選擇 HCl用量 淀粉乳濃度（ BX） 26 24 22 20 19 18 17 16 DE值 濃度控制在 1819BX。 24 1）酸法糖化工藝流程 淀粉 鹽酸 蒸汽 水 調(diào)漿 糖化 冷卻 中和脫色 壓濾 濾渣 糖液 活性炭 Na2CO3 酸水解工藝 淀粉的酸水解工藝是根據(jù)淀粉在水解過(guò)程中的 水解反應(yīng) 和復(fù)合反應(yīng)規(guī)律性 來(lái)決定的。 23 （ 3）葡萄糖的分解反應(yīng) 葡萄糖（失水） 5`羥甲基 糠 醛 +甲酸 腐植質(zhì)（色素） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明： 1） 5`羥甲基 糠 醛是產(chǎn)生色素的根源； 2）色素的生成量隨 葡萄糖濃度的增加而增加 ； 3） PH值等于 3時(shí)，色素的生成量最小。 （ 2）葡萄糖的復(fù)合反應(yīng) 2C6H12O6 C12H22O11+H2O 酸和熱 復(fù)合反應(yīng)中兩個(gè)葡萄糖分子通過(guò)復(fù)合反應(yīng) 聚合成二糖 時(shí)，并不是經(jīng)過(guò) 1， 4糖苷鍵 聚合成為麥芽糖，而主要是經(jīng)由 1，6糖苷鍵 聚合成 異麥芽糖 或經(jīng)由 1， 6糖苷鍵聚合成 龍膽二糖 。δ 20 淀粉酸水解原理及技術(shù) 淀粉酸水解原理 淀粉