【正文】 混合 ， 影響培養(yǎng)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用 。 達(dá)到穩(wěn)態(tài)后， 整個(gè)過(guò)程中菌的濃度，產(chǎn)物濃度，限制性基質(zhì)濃度都是恒定的 。有些品種后期需要工藝調(diào)控進(jìn)行組分轉(zhuǎn)化，發(fā)酵液組分才合格，這類品種就不適合帶放工藝，有的品種中間不補(bǔ)料，或發(fā)酵周期短，都不用帶放工藝。 2022/5/30 36 什么是帶放？ 帶放工藝的目的多數(shù)是為了提高產(chǎn)量而采取的一種工藝控制，有時(shí)異常發(fā)酵如 后期泡沫大 ，工藝控制困難，但發(fā)酵周期還未到，也可采取帶放工藝先放出適量的發(fā)酵液，以利于發(fā)酵控制。 青霉素發(fā)酵的帶放工藝比較成熟，其它品種也在借鑒此工藝做優(yōu)化。完全依靠大量補(bǔ)料來(lái)維持次級(jí)代謝，相當(dāng)于變相提高了發(fā)酵罐噸位。然而這樣做也導(dǎo)致代謝產(chǎn)物被稀釋，提取的總體積增大。 2022/5/30 34 半連續(xù)培養(yǎng) 該方法在發(fā)酵后期、產(chǎn)生了一定數(shù)量代謝產(chǎn)物后，在發(fā)酵液體積測(cè)量監(jiān)控下，放出一部分發(fā)酵液，同時(shí)連續(xù)補(bǔ)充一部分新鮮營(yíng)養(yǎng)液，實(shí)現(xiàn)連續(xù)帶放、既有利于提高產(chǎn)物產(chǎn)量．又可降低成本，使得發(fā)酵指數(shù)得以大幅度提高。后一種操作可以反復(fù)進(jìn)行多次，稱為反復(fù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)。 缺點(diǎn) 代謝產(chǎn)生的前體物被稀釋，提取的總體積增大 教材 P155 2022/5/30 33 什么是帶放？ 補(bǔ)料分批培養(yǎng)是一種介于分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)之間的操作方式，在進(jìn)行分批培養(yǎng)的時(shí)候，隨著營(yíng)養(yǎng)的消耗，向反應(yīng)器內(nèi)補(bǔ)充一種或多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以達(dá)到延長(zhǎng)生產(chǎn)期和控制發(fā)酵過(guò)程的目的。由于有物料的加入增加了染菌機(jī)會(huì) 2022/5/30 32 半連續(xù)培養(yǎng) 在補(bǔ)料分批培養(yǎng)的基礎(chǔ)上間歇放掉部分發(fā)酵液（ 帶放 ）稱為半連續(xù)培養(yǎng)。 不需要嚴(yán)格的無(wú)菌條件； 不會(huì)產(chǎn)生微生物菌種的老化和變異； 最終產(chǎn)物濃度較高， 有利于產(chǎn)物的分離； 4使用范圍廣 。在工廠的實(shí)際生產(chǎn)中采用這種方法很多。 產(chǎn)率低，不適于測(cè)定動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù) 教材 P153 2022/5/30 28 補(bǔ)料分批培養(yǎng) 在分批培養(yǎng)過(guò)程中補(bǔ)入新鮮的料液，以克服營(yíng)養(yǎng)不足而導(dǎo)致的發(fā)酵過(guò)早結(jié)束的缺點(diǎn)。最后當(dāng)細(xì)胞死亡速率大于生成速率，進(jìn)入死亡期 對(duì)于初級(jí)代謝產(chǎn)物，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期初期就開始合成并積累，而次級(jí)代謝產(chǎn)物則在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期后期和穩(wěn)定期大量合成 。 當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的與細(xì)胞分裂相關(guān)的物質(zhì)濃度達(dá)到一定程度，細(xì)胞開始分裂，這時(shí)細(xì)胞生長(zhǎng)很快，比生長(zhǎng)速率幾近常數(shù)。 整個(gè)過(guò)程中菌的濃度、營(yíng)養(yǎng)成分的濃度和產(chǎn)物濃度等參數(shù)都隨時(shí)間變化。 分析研究代謝曲線，還有利于掌握發(fā)酵代謝變化的規(guī)律和發(fā)現(xiàn)工藝控制中存在的問(wèn)題，有助于改進(jìn)工藝，提高產(chǎn)物的產(chǎn)量。 這個(gè)階段一般稱為菌體自溶期或發(fā)酵后期。 2022/5/30 21 菌體自溶階段 這個(gè)階段的菌體衰老、細(xì)胞開始自溶，氨氮含量增加， pH值上升，產(chǎn)物合成能力衰退，生產(chǎn)速率下降。 2022/5/30 20 產(chǎn)物合成階段 發(fā)酵液的 pH值、培養(yǎng)溫度和溶氧濃度等參數(shù)的變化，對(duì)該階段的代謝變化都有明顯的影響，也須嚴(yán)格控制。 外界環(huán)境的變化很容易影響這個(gè)階段的代謝，碳源、氮源和磷酸鹽等的濃度必須控制在一定的范圍內(nèi)，發(fā)酵條件也要嚴(yán)格控制，才能促使產(chǎn)物不斷地被合成。使菌體的質(zhì)量有所增加，但基本不繁殖。使菌體干重增加，因此，就形成了這樣的表觀現(xiàn)象。這是由于菌體在產(chǎn)物合成階段中雖然沒(méi)有進(jìn)行繁殖。 如果以菌體 DNA含量作為菌體生長(zhǎng)繁殖的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分菌體生長(zhǎng)階段和產(chǎn)物合成階段，它們的階段界限是很明顯的，即菌體的生長(zhǎng)達(dá)到恒定后 (即 DNA含量達(dá)到定值 )就進(jìn)入產(chǎn)物合成階段，開始形成產(chǎn)物。 這個(gè)階段一般又稱為菌體生長(zhǎng)期或發(fā)酵前期，也有人稱為平衡期。 2022/5/30 16 菌體生長(zhǎng)階段 當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗到一定程度，或者菌體達(dá)到一定濃度，或者供氧受到限制而使溶解氧濃度降到一定水平時(shí)，其中某一參數(shù)可能成為 菌體生長(zhǎng)的限制性因素 ，使菌體生長(zhǎng)速率減慢。當(dāng)菌濃達(dá)到臨界值時(shí)，溶氧濃度降至最小。 其代謝變化主要是，碳源 (包括糖類、脂肪等 )和氮源等進(jìn)行 分解代謝 ，菌體進(jìn)行 合成代謝 ，結(jié)果碳源、氮源和磷酸鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷被消耗，濃度明顯減少，而新菌體不斷被合成、菌濃明顯增加。 次級(jí)代謝的代謝變化 (以抗生素發(fā)酵為代表 )如圖所示，一般分為 菌體生長(zhǎng) 、 產(chǎn)物合成 和菌體自溶 三個(gè)階段。 2022/5/30 13 次級(jí)代謝的代謝變化 次級(jí)代謝產(chǎn)物包括大多數(shù)的抗生素、生物堿和微生物毒素等物質(zhì)。流加尿素以少量為好，控制 pH＝ 。 隨著發(fā)酵的延長(zhǎng)，糖已耗盡，產(chǎn)酸增加，菌體活力逐漸降低。為加快產(chǎn)酸速度適當(dāng)提高溫度，一般為 3637℃ 。一般來(lái)說(shuō)，加大風(fēng)量對(duì)菌體的伸長(zhǎng)、膨大有促進(jìn)作用，菌體完成由增殖型向生產(chǎn)型轉(zhuǎn)化后，菌形幾乎都伸長(zhǎng)、膨大、邊緣不整齊、像花生型。對(duì)發(fā)酵控制來(lái)講，此時(shí)以前的控制是 發(fā)酵成敗的關(guān)鍵 。 2022/5/30 11 初級(jí)代謝的代謝變化 這是代謝最旺盛的時(shí)期，耗糖加快，谷氨酸生成迅速增加，耗氧速率加快，并接近最大值。但是出于菌體增殖并非完全同步，還有部分菌體為增殖型， 這是菌體由增殖型向生產(chǎn)型轉(zhuǎn)化的時(shí)期，約需 10—18h。但在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的末期要加大風(fēng)量，供給充足的氧，并及時(shí)流加尿素，供給充分的氮源，促進(jìn)增殖型菌體向生產(chǎn)型菌體轉(zhuǎn)化。應(yīng) 注意風(fēng)量 ，促進(jìn)菌體轉(zhuǎn)化。 耗氧量 很快增加，培養(yǎng)基中的溶解氧下降，排氣中的 O2濃度也下降，應(yīng)根據(jù)情況提高風(fēng)量。一般發(fā)酵 5h左右溫度上升，應(yīng)注意降溫。 尿素被脲酶分解放出氨使 pH值 上升，氨被菌體利用可使 pH值下降，這時(shí)需及時(shí)補(bǔ)加尿素，補(bǔ)充氮源和調(diào)節(jié) pH值。 2022/5/30 8 初級(jí)代謝的代謝變化 菌體經(jīng)過(guò)適應(yīng)期之后就開始繁殖，并很快進(jìn)入 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期 ，代謝逐漸旺盛，菌體大量繁殖，個(gè)體生長(zhǎng)和群體繁殖循環(huán)交替進(jìn)行， 培養(yǎng)物的混濁度 (以光密度表示 )與菌體增殖情況基本一致 ， OD(光密度 )直線增長(zhǎng)，菌體形態(tài)與二級(jí)種子相同。 在 發(fā)酵初期 種子剛接入發(fā)酵罐中，菌體處于適應(yīng)期，以適應(yīng)新的環(huán)境。 2022/5/30 6 初級(jí)代謝的代謝變化 2022/5/30 7 初級(jí)代謝的代謝變化 上圖表示初級(jí)代謝產(chǎn)物谷氨酸發(fā)酵過(guò)程的代謝變化。 由于菌體生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物的形成， 基質(zhì) (如葡萄糖 )濃度的變化 一般是隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷下降， 溶解氧濃度 也隨發(fā)酵過(guò)程變化而發(fā)生變化。 因此， 工業(yè)發(fā)酵中往往要接入處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期 (特別是中期 )的菌體，以盡量縮短適應(yīng)期。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌種移植到與原培養(yǎng)基組成完全相同的新培養(yǎng)基中，就不會(huì)出現(xiàn)適應(yīng)期，仍以對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的方式繼續(xù)繁殖下去。 但在發(fā)酵過(guò)程中，即使同一菌種，由于菌體的生理狀態(tài)與培養(yǎng)條件的不同，各時(shí)期時(shí)間長(zhǎng)短也不盡相同。 發(fā)酵中的菌體、基質(zhì)和產(chǎn)物三者變化的基本過(guò)程是：菌體進(jìn)入發(fā)酵罐后就開始生長(zhǎng)、繁殖，直達(dá)一定的菌體濃度。2022/5/30 1 第七章 發(fā)酵過(guò)程的代謝控制 發(fā)酵過(guò)程控制是發(fā)酵的重要部分 控制難點(diǎn)：過(guò)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(huì)得到不同的結(jié)果，可見(jiàn)發(fā)酵過(guò)程的影響因素是復(fù)雜的，比如設(shè)備的差別、水的差別、培養(yǎng)基滅菌的差別，菌種保藏時(shí)間的長(zhǎng)短，發(fā)酵過(guò)程的細(xì)微差別都會(huì)引起微生物代謝的不同。了解和掌握分析發(fā)酵過(guò)程的一般方法對(duì)于控制代謝是十分必要的 2022/5/30 2 第七章 發(fā)酵過(guò)程的代謝控制 第一節(jié) 發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化 第二節(jié) 發(fā)酵過(guò)程工藝控制的目的、研究的方法和層次 第三節(jié) 發(fā)酵過(guò)程的中間分析 2022/5/30