【正文】 酵、固體發(fā)酵、混合發(fā)酵。（流加該菌株所需的物質(zhì)，不至于過量而產(chǎn)生反饋抑制或阻遏）? 前體的補充 。? 受到分解代謝物阻遏的發(fā)酵。– 分批補料系統(tǒng)并不連續(xù)地向罐外放出發(fā)酵液，因而發(fā)酵罐內(nèi)的 培養(yǎng)基體積不再是個常數(shù) ，而是隨時間和物料流速而變化的變量。– 維持適當(dāng)?shù)木w濃度，減少通風(fēng)設(shè)備的壓力，避免分批發(fā)酵初始階段供需氧量大的問題。 補料分批發(fā)酵的優(yōu)缺點? 優(yōu)點– 使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度，可以解除底物抑制、產(chǎn)物抑制和葡萄糖的分解阻遏效應(yīng)；（可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng)、避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物。 典型的分批發(fā)酵工藝流程（二）補料分批發(fā)酵（ p3334） 定義 ● 又稱半連續(xù)發(fā)酵或流加分批發(fā)酵：是指在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基的發(fā)酵方式?！?缺點● 非生產(chǎn)時間較長、設(shè)備利用率低?！?優(yōu)點● 操作簡單；● 操作引起染菌的概率低。? 微生物處在限制性培養(yǎng)基中，只能在有限時間內(nèi)維持微生物的增殖，其生長表現(xiàn)為 典型的生長周期 。? 它是 發(fā)酵工業(yè)中常見的一種方法。? 在這一過程中，除了氧氣、消泡劑及控制 pH的酸或堿外，不再加入任何其它物質(zhì)。連續(xù)發(fā)酵 (Continuous補料分批發(fā)酵 (Fedbatch分批發(fā)酵 (Batch? 應(yīng)用： 酒精、丙酮、丁醇、乳酸、啤酒等發(fā)酵。? 液態(tài)厭氧發(fā)酵對無菌要求較高 ，因此培養(yǎng)基必須經(jīng)過滅菌，對發(fā)酵容器也要定期滅菌。 二、厭氧發(fā)酵與好氧發(fā)酵 (p30)? 厭氧培養(yǎng)：? 深層培養(yǎng)? 好氧培養(yǎng)：? 液體表面培養(yǎng)、固體培養(yǎng)、通氧深層培養(yǎng)（一）厭氧液態(tài)發(fā)酵? 厭氧發(fā)酵也稱靜置培養(yǎng)： 是利用厭氧微生物在液體狀態(tài)下進行的發(fā)酵。? 控制措施： 一般大曲酒入窖水分為 53～ 57％，小曲57～ 62％，因原料而異，冬天與夏天也不同。 (3)水分的控制? 固體發(fā)酵中水分的作用： 水分是微生物生長的條件，適當(dāng)?shù)乃质橇己冒l(fā)酵的重要因素。? 控制原因： 控制酸度既適宜酵母生長又抑制了細菌生長。? 酸度來源： 原料本身，曲和酒醅是最主要的。? 所以淀粉含量控制在 14～ 16％， 隨氣溫的高低不同進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。進窖時原料淀粉含量不能太高，在發(fā)酵過程中一部分能量被放出，升高了發(fā)酵溫度。 因在窖內(nèi)部沒有冷卻或加熱裝置，這樣只好把進窖溫度控制得比較低 (18～ 22℃ )。因此，實現(xiàn)固體發(fā)酵的最優(yōu)化困難重重。? 固體發(fā)酵的產(chǎn)物回收一般步驟少，費用也省。? 生產(chǎn)成本低、 能耗低。 在霉菌發(fā)酵時就可以防止污染雜菌。 除原料蒸煮過程能起到滅菌作用外，空氣、水、工具和場所，窖池等都存在大量的多種多樣的微生物，并把這些微生物帶到發(fā)酵原料中，它們與曲中的微生物一起協(xié)同作用，生產(chǎn)出豐富的香味物質(zhì)，如固體厭氣發(fā)酵。當(dāng)采用 20～ 30℃ 低溫時，糖化酶作用緩慢，故糖化時間要延長。? 酵母菌是兼性厭氧菌。? 產(chǎn)品：? 麩曲、食用菌、醬油、米酒。? 薄層： 1～ 2cm厚的物料。? 發(fā)酵形式：? 厚層： 25～ 30cm厚的物料。固體培養(yǎng)基中的 含水量 控制在 40％～ 80％之間（典型的液體培養(yǎng)基含水量在 95％以上）。? 特點： 固體培養(yǎng)使用的基本培養(yǎng)基原料是 小麥麩皮 等。這些方法適用于 好氧和兼性好氧 微生物的培養(yǎng)。方法：（ 1）用接種環(huán)挑取原始培養(yǎng)物后，在固體培養(yǎng)基表面劃線接種（ 2）用涂布棒將少量的液體培養(yǎng)物涂布在整個固體培養(yǎng)基表面（ 3）將少量液體培養(yǎng)物與融化后降溫至 50～ 60℃ 的固體培養(yǎng)基混勻，倒入培養(yǎng)皿中，澆注成平板。實驗室常見的固體培養(yǎng)形式： 試管斜面、培養(yǎng)皿平板、較大型的克氏扁瓶和茄子瓶斜面。? 薄層， 1～ 2cm厚的物料。? 固體發(fā)酵的形式：? 好氧、厭氧? 厚層， 25～ 30cm厚的物料。一些絲狀真菌可以進行生產(chǎn)規(guī)模的固體發(fā)酵。? 固態(tài)發(fā)酵主要是一些傳統(tǒng)發(fā)酵工藝。固態(tài)發(fā)酵概述? 固體發(fā)酵：? 也稱固態(tài)培養(yǎng)，是利用固體培養(yǎng)基進行微生物的培養(yǎng)。? 厭氧發(fā)酵 ：在發(fā)酵罐中加入液體培養(yǎng)基不需通入無菌空氣，進行微生物發(fā)酵的方式。工業(yè)生產(chǎn)中常見的液體發(fā)酵方式p27? 靜置培養(yǎng)（淺盤培養(yǎng)）： 容器中盛裝淺層培養(yǎng)液進行靜止培養(yǎng)。﹣ ? 為滿足微生物的厭氧需要采取的措施：? 培養(yǎng)基中添加有機還原劑（巰基乙醇、半胱氨酸）、無機還原劑（鐵絲）。? 液體厭氧培養(yǎng)方式：? 在厭氧罐中進行。實驗室常見的液體發(fā)酵方式? 實驗室常見的好氧液體發(fā)酵方式：? 試管液體培養(yǎng)? 淺層液體培養(yǎng)? 搖瓶培養(yǎng)： 裝液量為三角瓶的 10%以下，如250mL的三角瓶裝量為 10～ 20mL培養(yǎng)液。? 優(yōu)點： p25一、液體發(fā)酵與固體發(fā)酵? （一）液體發(fā)酵（也叫液體培養(yǎng)） p25? 是指將微生物接種到液體培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)的過程。? 一般各種發(fā)酵方式往往是結(jié)合進行的。 同時，為了 掌握菌種在發(fā)酵過程中的代謝變化規(guī)律， 可以通過各種監(jiān)測手段如取樣測定隨時間變化的菌體濃度，糖、氮消耗及產(chǎn)物濃度，以及采用傳感器測定發(fā)酵罐中的培養(yǎng)溫度 pH、 溶解氧等參數(shù)的情況，并予以 有效地控制， 使生產(chǎn)菌種處于產(chǎn)物合成的 優(yōu)化環(huán)境 之中，過量產(chǎn)生代謝產(chǎn)物 。 為什么要研究發(fā)酵過程？ 微生物發(fā)酵的生產(chǎn)水平不僅取決于生產(chǎn)菌種 本身的性能 ，而且要賦以 合適的環(huán)境條件 才能使它的生產(chǎn)能力充分表達出來。幾個問題? 發(fā)酵的類型? 發(fā)酵的規(guī)律? 發(fā)酵的控制? 發(fā)酵中所用的檢測方法? 發(fā)酵過程的逐級放大定 義發(fā)酵過程： 即微生物細胞的生物反應(yīng)過程，是指由微生物生長繁殖所引起的生物反應(yīng)過程。? 熟悉發(fā)酵工業(yè)的逐級放大過程。發(fā)酵工藝控制第六章目的要求：? 了解發(fā)酵類型及其發(fā)酵規(guī)律。? 掌握發(fā)酵控制、產(chǎn)物檢測的方法，以保證發(fā)酵正常進行，獲得高效產(chǎn)品。? 了解發(fā)酵過程的優(yōu)化原理。它不僅包括了以往 “發(fā)酵 ”的全部領(lǐng)域，而且還包括固定化細胞的反應(yīng)過程、生物法廢水處理過程和細菌采礦等過程。 為此我們必須通過各種研究方法 了解有關(guān)生產(chǎn)菌種對環(huán)境條件的要求， 如培養(yǎng)基、培養(yǎng)溫度、 pH、 氧的需求等，并深入地了解生產(chǎn)菌在合成產(chǎn)物過程中的代謝調(diào)控機制以及可能的代謝途徑，為設(shè)計合理的生產(chǎn)工藝提供理論基礎(chǔ)。 本章內(nèi)容：?第一節(jié) 發(fā)酵工程常見的主要發(fā)酵類型?第二節(jié) 發(fā)酵工藝的控制?第三節(jié) 發(fā)酵的優(yōu)化控制?第四節(jié) 發(fā)酵過程的計算機控制?第五節(jié) 發(fā)酵工業(yè)的逐級放大?第六節(jié) 發(fā)酵過程的參數(shù)檢測第一節(jié) 發(fā)酵工程常見的主要發(fā)酵類型(p2439)? 一、液體發(fā)酵與固體發(fā)酵? 二、厭氧發(fā)酵與好氧發(fā)酵? 三、分批發(fā)酵與連續(xù)發(fā)酵? 四、單一發(fā)酵與混合發(fā)酵? 五、固定化發(fā)酵技術(shù)采用哪種發(fā)酵方式？ （ p25）? 在微生物發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，究竟應(yīng)該采用什么方式進行發(fā)酵主要取決于以下幾點：? 菌種特性、原料特點、產(chǎn)物特色、設(shè)備狀況、技術(shù)可行性、成本核算等。? 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)主要的發(fā)酵方式： 好氧、液體、深層、分批、單一純種發(fā)酵方式結(jié)合進行的。? 如采用液體培養(yǎng)時利用的是 好氧微生物 則需要培養(yǎng)液中有較高的 溶解氧 。? 臺式發(fā)酵罐： 發(fā)酵罐的體積為幾升至幾十升。? 在培養(yǎng)基中添加還原劑。? 使培養(yǎng)基的氧化還原電位在 ﹣ 429～ 150mV。? 通氣培養(yǎng)（發(fā)酵罐深層培養(yǎng)）： 在發(fā)酵罐中加入液體培養(yǎng)基，通入無菌空氣并攪拌，進行微生物發(fā)酵的方式。（二）固體發(fā)酵(p2830)? 固體發(fā)酵（固體培養(yǎng)、固態(tài)發(fā)酵）? 就是利用固體培養(yǎng)基培養(yǎng)微生物的方法。? 應(yīng)用 :? 固體培養(yǎng)在微生物鑒定、計數(shù)、純化和保藏等方面發(fā)揮著重要作用。例如生產(chǎn)大曲酒、麩曲酒就是典型的固態(tài)發(fā)酵。? 固態(tài)發(fā)酵的一般過程：? 原料預(yù)處理，蒸煮滅菌，接種，固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束及時后處理。如曲池、曲箱等。簾子、曲盤等。用途： 菌種的分離、純化、保藏和生產(chǎn)種子的制備。（ 4）接種后的培養(yǎng)物直接放入培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)。生產(chǎn)中常見的固體培養(yǎng)? （ 1）好氧固體培養(yǎng)? 方法： 在生產(chǎn)實踐中，好氧真菌的固體培養(yǎng)方法都是將接種后的固體基質(zhì) 薄薄 地攤鋪在容器的表面，可使菌體獲得充足的氧氣，又可以將生長過程中產(chǎn)生的熱量及時釋放。滅菌后待冷卻到合適溫度便可接種。? 細菌和酵母菌將無法忍受如此低水含量的環(huán)境 ，所以，固體培養(yǎng)被細菌或酵母菌污染的可能性大大降低。如曲池、曲箱等。簾子、曲盤等。? （ 2）厭氧固體發(fā)酵? 我國傳統(tǒng)白酒的生產(chǎn)采用的是 大型深層地窖堆積式 的固體發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵特點? 邊糖化邊發(fā)酵： 一般都采用比較低的溫度，讓糖化作用和發(fā)酵作用同時進行；即采用邊糖化邊發(fā)酵的工藝。? 多菌種的混合發(fā)酵。? 開放式發(fā)酵 ，無菌程度要求不高。? 設(shè)備簡單。? 原料來源廣，價格低廉。? 缺點：? 發(fā)酵時間長? 耗費勞動力多? 占地面積大? 生產(chǎn)規(guī)模難以擴大? pH、溶氧和溫度難以控制? 固體發(fā)酵存在的主要工程問題是大規(guī)模生產(chǎn)時的散熱比較困難，參數(shù)檢測如 pH值、溫度、菌體增殖量、產(chǎn)物生成量等是很難實現(xiàn)的。固態(tài)發(fā)酵的控制? （ 1） 固態(tài)發(fā)酵的溫度控制? 固態(tài)發(fā)酵的溫度控制靠控制 進窖溫度和淀粉含量 來解決。糖化進行緩慢，發(fā)酵也就緩慢，窖內(nèi)升溫慢些，酵母就不易衰老，發(fā)酵率就升高。? 一般發(fā)酵過程中，淀粉含量每降低 ％時，酒醅溫度實際約上升 2℃ 左右。 (2)固體發(fā)酵的 pH控制 ? 一般工廠用酸度表示。? 發(fā)酵過程中酸度增加的原因： 主要是雜菌的影響，淀粉濃度過高，糖化快，細菌生長繁殖快，造成酒醅酸度升高，也反過來影響酵母的生長，影響發(fā)酵，酸度低又影響糖化速度。? 控制程度： 一般控制 pH在 ～ 。但入窖 水分過高 ，會引起糖化和發(fā)酵作用加快，升溫過猛，使發(fā)酵不徹底；而 水分過少 ，會引起酒醅發(fā)干，殘余淀粉高，酸度過低，槽不柔軟，影響發(fā)酵正常進行。? 其他控制措施： 另一方面為了調(diào)整淀粉濃度，增加疏松性，調(diào)節(jié)酸度，以利于微生物的生長繁殖，保持水分，在固態(tài)發(fā)酵時常常加入填充料、如谷殼等。? 特點： 液體發(fā)酵速度快，發(fā)酵完全，發(fā)酵周期短，原料利用率高，而且適于大規(guī)模機械化、連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。 ? 接種量大，在發(fā)酵過程中對 pH、 溫度進行連續(xù)控制，中間分析也 與好氧發(fā)酵相似 。三、分批發(fā)酵與連續(xù)發(fā)酵 （ p31～ 37）? （一）分批發(fā)酵? （二）補料分批發(fā)酵? （三）連續(xù)發(fā)酵■ 深層發(fā)酵按進行過程可分為：252。fermentation)252。fermentation)252。fermentation)分批發(fā)酵的定義? 是指在一封閉系統(tǒng)內(nèi)將細胞和培養(yǎng)液一次性裝入反應(yīng)器內(nèi)，進行培養(yǎng)，細胞不斷生長，產(chǎn)物不斷形成，經(jīng)過一段時間后將整個反應(yīng)物取出的發(fā)酵方式。? 發(fā)酵過程中培養(yǎng)基成分減少，微生物得到繁殖。（一） 分批發(fā)酵 （ p3133） 分批發(fā)酵的特點? 微生物所處的環(huán)境在發(fā)酵過程中不斷變化，其物理，化學(xué)和生物參數(shù)都隨時間而變化，是一個 不穩(wěn)定的過程。? 發(fā)酵周期： 包括空罐滅菌、加入滅菌過的培養(yǎng)基、接種、發(fā)酵過程、放罐和洗罐所需的整個時間?！?不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題?！?生長到一定程度就要受到抑制（原因：基質(zhì)抑制或產(chǎn)物抑制）。? 即在分批培養(yǎng)伊始，投入較低濃度的底物，然后在發(fā)酵過程中，當(dāng)微生物開始消耗底物后，再以某種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)中補加一定的物料， 使培養(yǎng)基中的底物濃度在較長時間內(nèi)保持在一定范圍內(nèi)，以維持微生物的生長和產(chǎn)物的形成， 并避免不利因素的產(chǎn)生，從而達到 提高 容積產(chǎn)量、產(chǎn)物濃度和產(chǎn)物得率的目的。）– 和連續(xù)發(fā)酵比、不需要嚴(yán)格的無菌條件；– 不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題。? 缺點– 存在一定的非生產(chǎn)時間；– 和分批發(fā)酵比，中途要流加新鮮培養(yǎng)基，增加了染菌的危險。適用范圍? 培養(yǎng)基成分的濃度顯著影響菌體和產(chǎn)物得率的發(fā)酵，利用此發(fā)酵方式可減輕高底物濃度的抑制作用，有利于更多產(chǎn)物的生成。? 營養(yǎng)缺陷型菌株的培養(yǎng) 。（可以避免前體對細胞的毒害）? 目前補料分批發(fā)酵廣泛應(yīng)用于抗生素、氨基酸、酶蛋白、核苷酸、有機酸、色素及高聚物等的生產(chǎn)。? 補料量和補料率的確定? 目前生產(chǎn)中還只是憑經(jīng)驗。補料分批發(fā)酵的類型? 補料方式– 連續(xù)流加– 不連續(xù)流加– 多周期流加? 補料成分– 單一組分流加– 多組分流加? 控制方式– 反饋控制（以DO值為反饋指標(biāo)等）– 無反饋控制? 發(fā)酵過程中不同的補料方法對微生物細胞的密度、生長速度以及產(chǎn)率都有影響。? 是在開放系統(tǒng)中進行的。– 縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率和單位時間的產(chǎn)量。– 便于自動控制。 在恒定的狀態(tài)下，微生物所處的環(huán)境條件，如營養(yǎng)物質(zhì)濃度、產(chǎn)物濃度、 pH值，以及微生物細胞的濃度、比生長速率等可以始終維持不變，甚至還可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)生長速率。– 要求嚴(yán)格的無菌條件。– 不適于次級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)。? 雜菌污染問題是連續(xù)培養(yǎng)中難以解決的問題。（ 2）生產(chǎn)菌株突變問題? 微生物在復(fù)制過程中難免會出現(xiàn)差錯引起突變，一旦在連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)中的生產(chǎn)菌細胞群體中某一個細胞發(fā)生了突變，而且突變的結(jié)果使這一細胞獲得在給定條件下高速生長的能力，那么它就有可能像雜菌一樣，取代 系