【正文】 內(nèi)容 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度 的影響及控制 第二節(jié) 溫度的影響及其控制 第三節(jié) pH的影響及控制 第四節(jié) 溶氧的影響及控制 第五節(jié) 泡沫的影響及控制 第六節(jié) 二氧化碳和呼吸商 第七節(jié) 發(fā)酵終點的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 第三節(jié) pH的影響和控制 ?不同種類微生物對 pH的要求不同。 ? 溫度選擇還需參考其他條件，如培養(yǎng)基特性和通風條件。所以，為使發(fā)酵在一定溫度下進行，必須采取措施 ——在 夾套或蛇管 內(nèi)通入冷水加以控制；小型的發(fā)酵罐，在冬季和發(fā)酵初期，散熱量大于產(chǎn)熱量則需用熱水保溫。 ②通過罐溫度的自動控制，先使罐溫達到恒定，再關(guān)閉自動裝置，測量溫度隨時間上升的速率，按下式求出發(fā)酵熱： Q發(fā)酵 =（ M1c1+M2c2） u 式中， M1——發(fā)酵液的質(zhì)量， kg； M2——發(fā)酵罐的質(zhì)量， kg； c1——發(fā)酵液的比熱容， kJ/(kg?℃ )； c2——發(fā)酵罐材料的比熱容， kJ/(kg?℃ )； u——溫度上升速率， ℃ /h。輻射熱的大小取決于罐內(nèi)外溫度差?？砂聪率接嬎悖? Q蒸發(fā) =qm（ H出 H進 ） 式中， qm——干空氣的質(zhì)量流量， kg/h； H出 、 H進 ——發(fā)酵罐排氣、進氣的熱焓， kg/h。 （ 3）蒸發(fā)熱（ Q蒸發(fā) ）：指發(fā)酵過程中通氣時，引起發(fā)酵液水分的蒸發(fā)，被空氣和水分帶走的熱量，也叫汽化熱。 （ 2）攪拌熱（ Q攪拌 ）：指在機械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機械攪拌帶動發(fā)酵液作機械運動，造成液體之間、液體與攪拌器等設(shè)備之間的摩擦而產(chǎn)生的熱。這些釋放出來的能量一部分用于合成和代謝活動，另一部分用于合成代謝產(chǎn)物，其余部分則以熱的形式散失。 ? 發(fā)酵熱的通式可表示為： Q發(fā)酵 =Q生物 +Q攪拌 Q蒸發(fā) 177。 影響發(fā)酵溫度的因素 ? 發(fā)酵熱：指的是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量，以 J/(m3因此，考慮在抗生素發(fā)酵的后期降低溫度，加強氨基酸的反饋抑制作用，使蛋白質(zhì)和核酸的正常合成途徑關(guān)閉得早些，從而使發(fā)酵代謝轉(zhuǎn)向抗生素的合成。 ?低于 30℃ 時，合成金霉素能力強，合成四環(huán)素能力隨溫度升高而增加；當達到 35 ℃ 時，只產(chǎn)生四環(huán)素。 溫度對青霉菌生長速率的影響 溫度對青霉菌呼吸強度的影響 溫度對青霉素生產(chǎn)速率的影響 溫度對青霉菌生長速率的影響 溫度對青霉菌呼吸強度的影響 溫度對青霉素生產(chǎn)速率的影響（ 3）溫度對發(fā)酵液物理性質(zhì)的影響 ＃影響氧在發(fā)酵液中的溶解度 溫度 ↑ 溶氧 ↓ ＃影響基質(zhì)的分解和吸收速率 如：菌體對硫酸鹽吸收在 25℃ 時最小。 （ 2）溫度對發(fā)酵過程的影響 溫度對青霉菌生長速率、呼吸強度和青霉素生產(chǎn)速率的 影響如上圖所示。 溫度對發(fā)酵的影響 （ 1）溫度對微生物生長的影響 大多數(shù)微生物在 2040℃ 的溫度范圍內(nèi)生長。機體的重要組成如蛋白質(zhì)、核酸等都對溫度較敏感，隨著溫度的增高有可能遭受不可逆的破壞。 本章主要內(nèi)容 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度 的影響及控制 第二節(jié) 溫度的影響及其控制 第三節(jié) pH的影響及控制 第四節(jié) 溶氧的影響及控制 第五節(jié) 泡沫的影響及控制 第六節(jié) 二氧化碳和呼吸商 第七節(jié) 發(fā)酵終點的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 第二節(jié) 溫度對發(fā)酵的影響及控制 ?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，因此在發(fā)酵系統(tǒng)中必須保證穩(wěn)定而合適的溫度環(huán)境。生長速率取決于基質(zhì)的濃度，在微生物發(fā)酵的研究和控制中，營養(yǎng)條件（含溶氧）的控制至關(guān)重要，主要受基質(zhì)濃度的影響，所以要依靠調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的濃度來控制菌濃。一般發(fā)酵常用接種量 5%～ 10%；抗生素的接種量有時可增至 20% ～ 25%，甚至更大。 ? c(X)過高，攝氧率增加，溶氧成為限制因素，使產(chǎn)量降低。 QPm ——產(chǎn)物最大比生成速率 ,h1。 式中， P ——發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率 (產(chǎn)物最大生成速率或生率 ),g/(L ?有影響的環(huán)境條件有溫度 ,pH值 ,滲透壓和水分活度等因素。上限濃度，基質(zhì)抑制 (滲透壓，關(guān)鍵酶，代謝廢物 )。 ?取決于營養(yǎng)物質(zhì)的種類和濃度，基質(zhì)濃度與比生長率的關(guān)系如右圖所示。 ? 離心稱濕重法：取一定體積的發(fā)酵液離心或過濾，自然沉降或離心，測定濕重。吸光度要求控制在 。 ? 菌體濃度的檢測 ? 濁度法：用于非絲狀菌的濃度測定。它不僅代表菌體細胞的多少，而且反應(yīng)菌體細胞生理特性不完全相同的分化階段。 舉例：四環(huán)素發(fā)酵：菌體生長最適的磷濃度為 65～ 70 μg/mL,而四環(huán)素合成最適磷濃度為 25～ 30 μg/mL。 ?微生物生長良好時，所允許的磷酸鹽濃度為 ～300mmol/L，但次級代謝產(chǎn)物合成良好時所允許的磷酸鹽最高水平濃度僅為 1mmol/L。 （三）磷酸鹽濃度的影響及控制 ?基礎(chǔ)培養(yǎng)基中采用適量的濃度給予控制，以保證菌體的正常生長所需； 代謝緩慢：補加磷酸鹽。 ?影響發(fā)酵的方向：谷氨酸發(fā)酵 ——NH4+供應(yīng)不足 ,促使形成 α酮戊二酸； NH4+過量 ,促使谷氨酸轉(zhuǎn)變成谷氨酰胺，所以要控制適量的 NH4+濃度 。 無機氮源 利用會快于有機氮源，但是 常會引 pH值的變化 ，這必須注意隨時調(diào)整。因此， 發(fā)酵培養(yǎng)基一般選用含有速效遲效氮源的混合氮源 。前者包括氨基態(tài)氮的氨基酸或者銨鹽形式的硫酸銨和玉米漿等，后者包括黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉等。 ? yeast Crabtree effect describes the phenomenon whereby the yeast, Saccharomyces cerevisiae, produces ethanol (alcohol) aerobically in the presence of high external glucose concentrations rather than producing biomass via the tricarboxylic acid cycle, the usual process occurring aerobically in most yeasts . Kluyveromyces spp. ? Increasing concentrations of glucose accelerates glycolysis (the breakdown of glucose) which results in the production of appreciable amounts of ATP through substratelevel phosphorylation. This reduces the need of oxidative phosphorylation done by the TCA cycle via the electron transport chain and therefore decreases oxygen consumption. ? The phenomenon is believed to have evolved as a petition mechanism (due to the antiseptic nature of ethanol) around the time when the first fruits on Earth fell from the trees. Here is the detail of yeast Crabtree effect （二）氮源 氮源的種類 ? 無機氮源和有機氮源 ：發(fā)酵工業(yè)中常用的無機氮源包括硝酸鹽、銨鹽、氨水等；有機氮源包括豆餅粉、花生餅粉、蛋白胨、酵母粉、酒糟、尿素等。 （ 3） yeast Crabtree effect：即酵母生長在高糖濃度下，即使溶氧充足，它還會進行厭氧發(fā)酵，從葡萄糖生產(chǎn)乙醇。 （ 2）過高濃度對菌體生長的影響：在重組畢赤酵母發(fā)酵生產(chǎn)水蛭素過程中，甲醇既作為碳骨架，使細胞生長，又作為誘導物可以提高產(chǎn)物表達，但甲醇濃度的提高會抑制細胞生長甚至導致細胞死亡。 糖對青霉素生物合成的影響 碳源的濃度影響發(fā)酵過程舉例 （ 1）碳分解代謝物阻遏：在某一濃度下碳源會阻遏一個或多負責產(chǎn)物合成的酶。第五章 發(fā)酵條件及過程控制 本章主要內(nèi)容 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度 的影響及控制 第二節(jié) 溫度的影響及其控制 第三節(jié) pH的影響及控制 第四節(jié) 溶氧的影響及控制 第五節(jié) 泡沫的影響及控制 第六節(jié) 二氧化碳和呼吸商 第七節(jié) 發(fā)酵終點的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 本章主要內(nèi)容 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度 的影響及控制 第二節(jié) 溫度的影響及其控制 第三節(jié) pH的影響及控制 第四節(jié) 溶氧的影響及控制 第五節(jié) 泡沫的影響及控制 第六節(jié) 二氧化碳和呼吸商 第七節(jié) 發(fā)酵終點的控制 第八節(jié) 發(fā)酵過程的控制 第一節(jié) 營養(yǎng)基質(zhì)和菌體濃度的影響及控制 （一）碳源 碳源的種類的影響 遲效碳源 ?? 種類：淀粉、乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油 ?? 優(yōu)點：不易產(chǎn)生分解產(chǎn)物阻遏效應(yīng)；有利于延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期 ?? 缺點：溶解度低，發(fā)酵液粘度大。 速效碳源 種類：葡萄糖 優(yōu)點：吸收快，利用快，能迅速參加代謝合成菌體和產(chǎn)生能量 缺點：有的分解代謝產(chǎn)物對產(chǎn)物的合成會產(chǎn)生阻遏作用?？朔撔?yīng)一種方法是采用中間補料的方式使補入碳源的速率等于其消耗速率；另一