【正文】 。這類泡沫氣相所占比例特別大，泡沫是密集的，含有許多被液膜隔開的單個(gè)氣泡，其形狀是多面體的，泡沫與它下面的液體之間有能分辨的界線。按發(fā)酵液的性質(zhì)不同，一般有兩種泡沫。 泡沫形成的必要條件：①氣、液二相共存；②存在能降低液體表面張力的物質(zhì)。因此，發(fā)酵過程中避免泡沫過多生成和及時(shí)消除是關(guān)系到發(fā)酵的成敗問題。但是如泡沫過多也會(huì)影響發(fā)酵的正常進(jìn)行。 泡沫的消除 泡沫對(duì)發(fā)酵的影響 在通風(fēng)發(fā)酵中，由于通氣和攪拌，產(chǎn)生少量泡沫是空氣溶解于發(fā)酵液中以及產(chǎn)生 CO2的結(jié)果。發(fā)酵后期可降到 10%，最后放罐前也要控制在8%以上，絕不能降到 0，以免后期通風(fēng)過大而影響產(chǎn)酸。 一般控制 CO2在 13%左右，發(fā)酵開始 4～5h排氣中 CO2迅速上升至 13%以上，保持通風(fēng)，以保持 13%；當(dāng)大于 13%，須加大通風(fēng)；當(dāng)小于 13%，降低通風(fēng)。 已知谷氨酸發(fā)酵在菌體呼吸充足時(shí)顯示最大產(chǎn)量，必須供給菌體充足氧氣，氧的滿足程度要求達(dá)到 。如果 CO2含量過高，也會(huì)影響菌體正常呼吸作用。 圖 46 在供氧不足的條件下與脯氨酸和亮氨酸 相比，賴氨酸、異亮氨酸和蘇氨酸的生產(chǎn)性 CO2對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響 CO2對(duì)谷氨酸發(fā)酵有一定的影響。氧不足，發(fā)酵生產(chǎn)受到輕微抑制。 圖 45 在限制供氧下與脯氨酸相比 亮氨酸、苯丙氨酸與纈氨酸 l的生產(chǎn)性 供氧條件對(duì)天冬氨酸族氨基酸生產(chǎn)的影響 供氧條件對(duì)賴氧酸、異亮氨酸、和蘇氨酸等天冬氨酸族氨基酸生產(chǎn)的影響，介于脯氨酸發(fā)酵與亮氨酸發(fā)酵之間。在亮氨酸發(fā)酵中γab/KrM=。 圖 44 在限制供氧下精氨酸、脯氨酸、谷 氨酸與谷氨酰胺的生產(chǎn)性 在氧不足條件下產(chǎn)酸最高的亮氨酸、苯丙氨酸和纈氨酸發(fā)酵 多數(shù)氨基酸發(fā)酵都是在菌體呼吸充足的通風(fēng)攪拌條件下 (γab/KrM＝ PL≥PL臨界 )，產(chǎn)酸最高。反之，供氧不足，菌呼吸受抑制，生產(chǎn)收率顯著減少。 表 46氨基酸生物合成中每消耗 lmol葡萄糖所生成 NAD(P)H2和消耗 ATP物質(zhì)的量（ mol） 供氧條件對(duì)谷氨酸族氨基酸生產(chǎn)的影響 由谷氨酸生物合成谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸等谷氨酸族氨基酸，其生物合成與三羧循環(huán)關(guān)系密切，這些氨基酸發(fā)酵的產(chǎn)物積累，受供氧條件的影響極大。在這樣的反應(yīng)體系中，谷氨酸的生成可由下式表示： 葡萄糖 → 谷氨酸 +3NAD(P)H2+ATP 圖 43 谷氨酸生物合成途徑（ II） 從圖 43的谷氨酸生物合成途徑可知，由 1mol葡萄糖生成 2mol磷酸烯式丙酮酸，其中 1mol磷酸烯式丙酮酸經(jīng)羧化反應(yīng)生成草酰乙酸，另外 1mol磷酸烯式丙酮酸經(jīng)脫羧生成乙酰 CoA； 1mol乙酰CoA與 1mol草酰乙酸縮合反應(yīng)生成 1mol檸檬酸，經(jīng)過異構(gòu)后 1mol異檸檬酸經(jīng)過 α酮戊二酸生成1mol谷氨酸。 谷氨酸的生物合成中，由于草酰乙酸的生成方式不同，就有不同的合成途徑，谷氨酸對(duì)糖收率不同，在生物合成過程中所消耗的 ATP和生成的 NAD(P)H2數(shù)也不同。 由于氨基酸生物合成過程所消耗的 ATP摩爾數(shù)和生成的 NAD(P)H2摩爾數(shù)不同，所需要的氧就不同。 由此可見 ， 谷氨酸向琥珀酸發(fā)酵的轉(zhuǎn)換 ， 供氧條件比生物素的影響更大 。當(dāng)生物素濃度增加時(shí)，耗糖速率增大，引起供氧不足，使谷氨酸產(chǎn)量降低。 生物素濃度影響菌體生長(zhǎng)繁殖，但不影響單位細(xì)胞的呼吸活性，也就是說(shuō)生物素濃度大，長(zhǎng)的菌體多，體積耗氧速率增大。因?yàn)樘菨舛雀呦鄬?duì)要求生物素含量大，菌體濃度高，代謝旺盛，耗氧量大；如果供氧不增加時(shí)，就造成供氧不足。 供氧與其它發(fā)酵工藝條件的關(guān)系 在谷氨酸發(fā)酵中，耗氧速率與菌種性能、培養(yǎng)條件等有關(guān)。在條件適當(dāng)時(shí)，耗氧速率rab≥60mmol/(L谷氨酸發(fā)酵在細(xì)胞最大呼吸速率時(shí)，谷氨酸產(chǎn)量大。同時(shí)高溶氧水平下生長(zhǎng)的菌體不能有效地合成谷氨酸。 但是供氧并非越大越好，當(dāng) pL≥pL臨界 時(shí)，供氧滿足菌的需氧量，菌體生長(zhǎng)速率達(dá)最大值。X， PL≥PL臨界 ；當(dāng)PL＜ PL臨界 （即亞硫酸鹽氧化速率 rab = 在菌體生長(zhǎng)期，糖的消耗最大限度地用于合成菌體；在谷氨酸生成期，糖的消耗最大限度地用于合成谷氨酸。X) 供氧對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響 在谷氨酸發(fā)酵中，供氧對(duì)菌體的生長(zhǎng)和谷氨酸的積累都有很大的影響。當(dāng)然氧在純水的溶解度也只有 8ppm，在發(fā)酵液則更低。此一溶解氧濃度稱為臨界溶解氧濃度，以 C臨界 表示 (或以臨界溶解氧分壓 pL臨界 表示 )。其中后一問題又包含微生物生長(zhǎng)的最適需氧量和代謝產(chǎn)物生成的最適需氧量。同時(shí)，合理的供氧對(duì)節(jié)省動(dòng)力消耗也是很重要的。氧的供應(yīng)對(duì)好氧發(fā)酵來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵因素，對(duì)菌體的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的積累都有很大的影響。缺點(diǎn)是尿素價(jià)格相對(duì)較高、發(fā)酵過程中 pH波動(dòng)較大，影響產(chǎn)酸率和糖酸轉(zhuǎn)化率。 ② 尿素流加法 這是上個(gè)世紀(jì)七八十年代味精廠普遍采用的方法。該方法是目前氨基酸發(fā)酵普遍采用的方法。液氨含氮量高、運(yùn)輸方便、價(jià)格相對(duì)便宜。但是，當(dāng)這些條件一定時(shí)，在正常發(fā)酵情況下其 pH的變化具有一定的規(guī)律性。 pH的變化是主要取決于菌體的特性、培養(yǎng)基的組成和工藝條件。而變化的結(jié)果，則表現(xiàn)為 pH的升降。谷氨酸發(fā)酵在正常情況下，為了保證足夠的氮源，滿足谷氨酸合成的需要，發(fā)酵前期控制 ～ ；發(fā)酵中期；發(fā)酵后期 ；在將近放罐時(shí)，為了后道提取谷氨酸， pH控制在 ～ 。 pH主要通過以下幾方面影響微生物的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物形成：①影響酶的活性， pH的高或低能激活或抑制微生物體內(nèi)某些酶的活性；②影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷，從而改變細(xì)胞膜通透性，影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌；③影響培養(yǎng)基中某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的離解， 從而影響微生物對(duì)這些物質(zhì)的利用；④ pH的改變往往引起菌體代謝途徑的改變，使代謝產(chǎn)物發(fā)生變化。 谷氨酸產(chǎn)生菌的最適生長(zhǎng) ～ 。不同種類的微生物對(duì) pH要求不同。若前期上升劇烈，有可能是雜菌污染。 谷氨酸發(fā)酵開始時(shí)因菌體數(shù)量少，釋放的熱量也少；當(dāng)菌種進(jìn)入生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，呼吸加強(qiáng)，放出大量熱量，后期趨于穩(wěn)定，釋放的熱量又減少。 在谷氨酸發(fā)酵前期長(zhǎng)菌階段和種子培養(yǎng)時(shí)應(yīng)滿足菌體生長(zhǎng)最適溫度，若溫度過高，菌體容易衰老，在生長(zhǎng)上表現(xiàn)為 OD增長(zhǎng)慢、 pH高、耗糖慢、發(fā)酵周期長(zhǎng)、谷氨酸生成少。同一微生物，由于培養(yǎng)條件不同，其最適溫度也不同。 各種微生物在一定條件下，都有一個(gè)最適的生長(zhǎng)溫度范圍。溫度還通過影響發(fā)酵液的性質(zhì)來(lái)間接影響發(fā)酵。從酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來(lái)看，溫度升高，反應(yīng)速率加快，生長(zhǎng)速率快，產(chǎn)物生成提前。 Q發(fā) =(M1C1+M2C2)S/V ③ 根據(jù)化合物的燃燒熱計(jì)算生物熱。 發(fā)酵過程需要用冷卻方法帶走的發(fā)酵熱： Q總 =Q生 +Q攪 Q汽 Q輻 ⑵ 發(fā)酵熱的測(cè)定和計(jì)算 ①通過測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量和進(jìn)出口溫度，用下式計(jì)算發(fā)酵熱。 Q汽 =(I出 I進(jìn) ) （ kj/h) 式中 G—— 空氣的質(zhì)量流量（ kg/h) I出 —— 進(jìn)口空氣的熱焓（ kj/kg) I進(jìn) —— 出口空氣的熱焓（ kj/kg) ④ 輻射熱 因發(fā)酵液溫度與周圍環(huán)境溫度不同，發(fā)酵液的部分熱量通過罐體向外輻射。 攪拌熱與攪拌軸功率有關(guān)，可用下式計(jì)算： Q攪 =P 3600 （ kj/h) 式中 Q攪 —— 攪拌熱（ kj/h) P—— 攪拌功率 (kW) 3600—— 機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒峁Ξ?dāng)量 [kj/(kW 一般谷氨酸發(fā)酵 3～ 5h就開始產(chǎn)生生物熱，溫度升高；發(fā)酵 12～ 22h產(chǎn)生熱量最多，應(yīng)注意控制溫度；但采用高生物素、添加青霉素工藝，則明顯提前，發(fā)酵 7 ～ 20h產(chǎn)生熱量最大。當(dāng)菌體處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，菌體繁殖快，代謝旺盛，菌體濃度高，產(chǎn)生的熱量就多。即不同培養(yǎng)階段菌體呼吸作用和發(fā)酵作用強(qiáng)度不同，所產(chǎn)生的熱量也不同。一般菌種活力強(qiáng)、培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富，菌體代謝旺盛，產(chǎn)生的熱量就多。其余部分則以熱的形式散發(fā)出來(lái)，這就是生物熱。發(fā)酵熱包括生物熱、攪拌熱、蒸發(fā)熱和輻射熱等。甘蔗糖蜜用量為 ～ %。 甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜均可代替玉米漿，但氨基酸等有機(jī)氮含量較低。 可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉。玉米漿用量還應(yīng)根據(jù)淀粉原料不同、糖濃度及發(fā)酵條件不同而異，一般用量為 ～ %。含有豐富的氨基酸、核酸、維生素等。 硫胺素對(duì)某些谷氨酸菌種的發(fā)酵有促進(jìn)作用。維生素 B1為無(wú)色結(jié)晶體，溶于水，在酸性溶液中很穩(wěn)定，在堿性溶液中不穩(wěn)定，易被氧化和受熱破壞。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)菌體內(nèi)生物素從 20μg/g干菌體降到 體，菌體就停止生長(zhǎng)，開始發(fā)酵，在適宜條件下就大量積累谷氨酸。供氧充足，生物素過量，糖代謝傾向于完全氧化生成CO2和水。若生物素不足，菌體生長(zhǎng)不好，谷氨酸產(chǎn)量也低，表現(xiàn)為長(zhǎng)菌慢，耗糖慢，發(fā)酵周期長(zhǎng)。 如果生物素過量，菌體大量繁殖而不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸，而轉(zhuǎn)產(chǎn)乳酸或琥珀酸。 谷氨酸產(chǎn)生菌大量合成谷氨酸所需要的生物素濃度比菌體生長(zhǎng)所需的生物素濃度要低得多，即為菌體生長(zhǎng)所需的 “ 亞適量 ” 。 在谷氨酸發(fā)酵中，生物素的作用主要影響谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜的合成，從而影響谷氨酸通透性，同時(shí)也影響菌體的代謝途徑，即代謝產(chǎn)物的生成。有些菌株還以硫胺素（ VB1）為生長(zhǎng)因子，有些變異株為油酸缺陷型還以油酸作為生長(zhǎng)因子。 生長(zhǎng)因子不是所有微生物都必需的，它只對(duì)于那些自身不能合成這些成分的微生物才是必不可少的營(yíng)養(yǎng)物。而某些重金屬離子，特別是汞和銅等離子，具有明顯的毒性，抑制菌體生長(zhǎng)和谷氨酸合成，因此，必須避免有害離子混入到培養(yǎng)基中。4H2O。4H2O。 Mn2+是