第六章发酵工艺控制

1、第六章第六章 发酵过程控制发酵过程控制p118 发酵工艺控制发酵工艺控制v微生物生长最适环境条件的选择应根据菌种特性、微生物生长最适环境条件的选择应根据菌种特性、生产工艺要求而定生产工艺要求而定v环境条件通常是指：温度、环境条件通常是指：温度、phph、渗透压、渗透压、 o o2 2 、coco2 2含量等含量等代谢参数按性质分可分三类：代谢参数按性质分可分三类：物理参数：物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等化学参数：化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、基质浓度（

2、包括糖、氮、磷）、ph、产物、产物浓度、核酸量等浓度、核酸量等生物参数：生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等1 温度对发酵的影响及温度对发酵的影响及其调节控制其调节控制 p121产热因素：产热因素：生物热（生物热（q生物生物）、搅拌热（）、搅拌热（q搅拌搅拌）散热因素：散热因素：蒸发热（蒸发热（q蒸发蒸发）、辐射热（）、辐射热（q辐射辐射）、显热（）、显热（q显显）一、发酵过程引起温度变化的因素一、发酵过程引起温度变化的因素 p121发酵热：发酵过程中释放出来的发酵热：发酵过程中释

3、放出来的净热量净热量。净热量：净热量：在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。拌产生热量，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。量。（一）发酵热（一）发酵热q q发酵发酵q发酵发酵=q生物生物q搅拌搅拌q蒸发蒸发q辐射辐射q显显1 1、生物热、生物热q q生物生物 p121p121在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，将其分解氧化而产生的能量，其

4、中一部分用质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如于合成高能化合物（如atpatp）提供细胞合成和代）提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的形式谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的形式散发出来，这散发出来，这散发出来的热就叫生物热。散发出来的热就叫生物热。l生物热与发酵类型有关生物热与发酵类型有关微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多一摩尔葡萄糖彻底氧化成一摩尔葡萄糖彻底氧化成coco2 2和水和水好氧：产生好氧：产生287.2287.2千焦耳热量，千焦耳热量， 183183千焦耳转变为高能化合物千焦

5、耳转变为高能化合物 104.2104.2千焦以热的形式释放千焦以热的形式释放厌氧：产生厌氧：产生22.622.6千焦耳热量，千焦耳热量， 9.69.6千焦耳转变为高能化合物千焦耳转变为高能化合物 1313千焦以热的形式释放千焦以热的形式释放二个例子中转化为高能化合物分别为二个例子中转化为高能化合物分别为63.763.7和和42.642.6l 培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。l生物热的大小与呼吸作用强弱有关生物热的大小与呼吸作用强弱有关在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓慢，在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓慢，产生热量较少。

6、产生热量较少。菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌体也较多，所以产生的热量多，温度上升快，必须注菌体也较多，所以产生的热量多，温度上升快，必须注意控制温度。意控制温度。培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的酶培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且逐系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且逐渐减弱。渐减弱。l如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发酵不正常。代谢缓慢，发酵不正常。l如果发酵前期温度上升剧烈，有可能染如果发酵前期

7、温度上升剧烈，有可能染菌。菌。l此外培养基营养越丰富，生物热也越大。此外培养基营养越丰富，生物热也越大。2 2、搅拌热、搅拌热q q搅拌搅拌 p122p122在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设液作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算：功率有关，可用下式计算： q q搅拌搅拌p p8608604186.84186.8（焦耳（焦耳/ /小时）小时） p p搅拌轴功率搅拌轴功率 4186.8

8、4186.8机械能转变为热能的热功当量机械能转变为热能的热功当量电机功率电机功率p= cos3eie额定电压额定电压i额定电流额定电流cos功率因素，功率因素，1千瓦时千瓦时8604186.8焦耳焦耳3 3、蒸发热、蒸发热q q蒸发蒸发 p96通气时，引起发酵液的水分蒸发，通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸水分蒸发所需的热量叫蒸发热。此外，排气也会发所需的热量叫蒸发热。此外，排气也会带走部分热量叫显热带走部分热量叫显热q q显热显热，显热很小，一，显热很小，一般可以忽略不计。般可以忽略不计。4 4、辐射热、辐射热q q辐射辐射 p96p96发酵罐内温度与环境温度不同，发酵罐内温度与环境温度不

9、同，发酵液中发酵液中有部分热通过罐体向外辐射。有部分热通过罐体向外辐射。辐射热的大小取决于罐温与环境的温差。辐射热的大小取决于罐温与环境的温差。冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的酵热的5 5。二、温度对生长的影响二、温度对生长的影响p122三、温度对发酵的影响三、温度对发酵的影响p123温度影响反应温度影响反应速率速率温度影响发酵温度影响发酵方向方向1 1、温度影响反应速率、温度影响反应速率发酵过程的反应速率实际是酶反应速率，酶反应有发酵过程的反应速率实际是酶反应速率，酶反应有一个最适温度。一个最适温度。从阿累尼乌斯方程式可以看到从阿累尼乌斯方程式可

10、以看到 dlnkdlnkr r/dt=e/rt/dt=e/rt2 2 积分得积分得 e=e=2112/1/1/log6 . 4ttkkrre活化能活化能kr速率常数速率常数k与温度有关与温度有关e越大温度变化对越大温度变化对k的影响越大的影响越大211211lg61. 4ttkkerr2 2、温度影响发酵方向、温度影响发酵方向四环素产生菌金色链霉菌同时产生金霉素和四四环素产生菌金色链霉菌同时产生金霉素和四环素，环素，当温度低于当温度低于30300 0c c时，这种菌合成金霉素时，这种菌合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例也提能力较强；温度提高，合成四环素的比例也提高，温度达到高，温度

11、达到35350 0c c时，金霉素的合成几乎停止，时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。只产生四环素。温度还影响基质溶解度，氧在发酵液中的溶解温度还影响基质溶解度，氧在发酵液中的溶解度也影响菌对某些基质的分解吸收。因此对发度也影响菌对某些基质的分解吸收。因此对发酵过程中的温度要严格控制。酵过程中的温度要严格控制。四、最适温度的选择四、最适温度的选择 p124根据菌种及生长阶段选择根据菌种及生长阶段选择根据培养条件选择根据培养条件选择根据菌生长情况根据菌生长情况1 1、根据菌种及生长阶段选择、根据菌种及生长阶段选择（1）根据菌种选择）根据菌种选择微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要微

12、生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。求的温度范围也不同。如：黑曲霉生长温度为如：黑曲霉生长温度为37370 0c c，谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为303032320 0c c，青霉菌生长温度为青霉菌生长温度为30300 0c c。在发酵前期在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，的菌体，取稍高的温度取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速；生长迅速；在中期在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而

13、提高产量，因此中期，从而提高产量，因此中期温度要稍低一些中期温度要稍低一些，可，可以推迟衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和以推迟衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关闭得比较严密，有利于产物合成。核酸的正常途径关闭得比较严密，有利于产物合成。l（2）根据生长阶段选择）根据生长阶段选择发酵发酵后期后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又必要，就又提高温度，提高温度，刺激产物合成到放罐。刺激产物合成到放罐。如四环素生长阶段如四环素生长阶段28280 0c c，合成期，合成期26260 0c c，后期再升温；，后期再升温；黑曲霉生

14、长黑曲霉生长37370 0c c，产糖化酶，产糖化酶323234340 0c c。但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌生长生菌生长303032320 0c c，产酸，产酸343437370 0c c。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。2 2、根据培养条件选择、根据培养条件选择温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。些，溶氧浓度也可髙些。培

15、养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用快，会使菌过早自溶。用快，会使菌过早自溶。3 3、根据菌生长情况选择、根据菌生长情况选择菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。以利于菌的生长。五、发酵热的测定五、发酵热的测定1 1、用冷却水进出口温度差计算发酵热。、用冷却水进出口温度差计算发酵热。在工厂里，可以通过测量冷却水进

16、出口的水温，在工厂里，可以通过测量冷却水进出口的水温，再从水表上得知每小时冷却水流量来计算发酵热。再从水表上得知每小时冷却水流量来计算发酵热。q q发酵发酵gcgcm m(t(t出出t t进进) )c cm m水的比热水的比热g g冷却水流量冷却水流量2 2、根据罐温上升速率来计算。、根据罐温上升速率来计算。先自控，让发酵液达到某一温度，然后停止加热或先自控，让发酵液达到某一温度，然后停止加热或冷却，使罐温自然上升或下降，根据罐温变化的速冷却，使罐温自然上升或下降，根据罐温变化的速率计算出发酵热。率计算出发酵热。3 3、根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物热的近似值。、根据化合物的燃烧值估算发酵

17、过程生物热的近似值。因为热效应决定于系统的初态和终态，而与变化途径因为热效应决定于系统的初态和终态，而与变化途径无关，反应的热效应可以用燃烧值来计算，特别是有无关，反应的热效应可以用燃烧值来计算，特别是有机化合物，机化合物，燃烧热可以直接测定。反应热效应等于反燃烧热可以直接测定。反应热效应等于反应物的燃烧热总和减去生成物的燃烧热的总和。应物的燃烧热总和减去生成物的燃烧热的总和。h（h）反应物反应物（h）产物产物如谷氨酸发酵中主要物质的燃烧热为：如谷氨酸发酵中主要物质的燃烧热为：葡萄糖葡萄糖 159555.9kj/kg谷氨酸谷氨酸 15449.3kj/kg玉米浆玉米浆 12309.2kj/kg菌

18、体菌体 20934kj/kg尿素尿素 10634.5kj/kg例如某味精厂例如某味精厂50m3发酵罐发酵过程测定结果的发酵罐发酵过程测定结果的主要物质变化如表：主要物质变化如表：发酵时间（发酵时间（h）0661212181831糖糖3730.324.041.7谷氨酸谷氨酸 5.9 15.4 23.9尿素尿素2.96.0菌体菌体 4.8 6.0 1.2玉米浆玉米浆2.43.00.6发酵发酵1218小时的生物热为：小时的生物热为：q生物生物24159555.90.612309.2610634.51.22093415.415449.3191098.1kj/m3191098.1631849.7每小时的

19、生物热为每小时的生物热为31849.7kj/m3作作 业业v举例说明，在生产中如何利用举例说明，在生产中如何利用温度进行微生物发酵的控制。温度进行微生物发酵的控制。2 发酵过程的发酵过程的phph控制控制 p124p124一、发酵过程一、发酵过程phph变化的原因变化的原因 1 1、基质代谢、基质代谢 （1）糖代谢）糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小分特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使子酸、醇，使ph下降。糖缺乏，下降。糖缺乏，ph上升，是补料上升，是补料的标志之一的标志之一（2）氮代谢）氮代谢 当氨基酸中的当氨基酸中的-nh2被利用后被利用后ph会下会下降；尿素被分解成降；尿素被分

20、解成nh3，ph上升，上升，nh3利用后利用后ph下下降，当碳源不足时氮源当碳源利用降，当碳源不足时氮源当碳源利用ph上升。上升。（3）生理酸碱性物质利用后）生理酸碱性物质利用后ph会上升或下降会上升或下降2 2、产物合成产物合成某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液ph变化。变化。如有机酸类产生使如有机酸类产生使ph下降，红霉素、洁霉素、螺旋下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使霉素等抗生素呈碱性，使ph上升。上升。 3 3、菌体自溶阶段菌体自溶阶段随着养分的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中氨随着养分的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中氨基氮增加，致使基

21、氮增加，致使phph又上升，此时菌体趋于自溶而代又上升，此时菌体趋于自溶而代谢活动终止。谢活动终止。ph值值培养时间培养时间培养过程中培培养过程中培养液养液ph值的大值的大致变化趋势致变化趋势由此可见，在适合于菌生长及合成产物的环境条件下，由此可见，在适合于菌生长及合成产物的环境条件下，菌体本身具有一定的调节菌体本身具有一定的调节ph的能力，但是当外界条件变的能力，但是当外界条件变化过于剧烈，菌体就失去了调节能力，培养液的化过于剧烈，菌体就失去了调节能力，培养液的ph就会就会波动。波动。二、二、ph对发酵的影响对发酵的影响p125p125例例 ph对林可霉素发酵的影响对林可霉素发酵的影响 林可

22、霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，发林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，发酵液酵液phph下降，待有机酸被生产菌利用，下降，待有机酸被生产菌利用，phph上升。上升。若不及时补糖、若不及时补糖、(nh(nh4 4) )2 2soso4 4或酸，发酵液或酸，发酵液phph可迅速升到可迅速升到8.08.0以上，阻碍或抑制某些酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至以上，阻碍或抑制某些酶系，使林可霉素增长缓慢，甚至停止。停止。对照罐发酵对照罐发酵6666小时小时phph达达7.937.93，以后维持在，以后维持在8.08.0以上至以上至115115小小时，菌丝浓度降低，时，菌丝浓度降低，

23、nhnh2 2-n-n升高，发酵不再继续。升高，发酵不再继续。发酵发酵1515小时左右，小时左右，phph值可以从消后的值可以从消后的6.56.5左右下降到左右下降到5.35.3，调节这一段的调节这一段的phph值至值至7.07.0左右，以后自控左右，以后自控phph，可提高发酵，可提高发酵单位。单位。1、实例、实例ph7.0t不调不调ph调调ph效价效价ph2 2、phph对发酵的影响对发酵的影响 （1）ph影响酶的活性。影响酶的活性。当当ph值抑制菌体某些酶值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻的活性时使菌的新陈代谢受阻（2）ph值影响微生物细胞膜所带电荷值影响微生物细胞膜所带电荷 从

24、而改变细从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行的排泄，因此影响新陈代谢的进行 （3）ph值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用从而影响微生物对这些物质的利用 （4）ph影响代谢方向影响代谢方向 ph不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。质量和比例发生改变。例如黑曲霉在例如黑曲霉在ph23时发酵产生柠檬酸，在时发酵产生柠檬酸，在ph近中性近中性时，则产生草酸。时，

25、则产生草酸。谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和n-乙酰谷氨酰胺乙酰谷氨酰胺3 3、phph在微生物培养的不同阶段有不同的在微生物培养的不同阶段有不同的影响影响 生长合成ph对菌体生长影响比产物合成影响小对菌体生长影响比产物合成影响小例例 青霉素：菌体生长最适青霉素：菌体生长最适ph3.56.0,产物合成最适产物合成最适ph7.27.4 四环素：菌体生长最适四环素：菌体生长最适ph6.06.8，产物合成最适，产物合成最适ph5.86.0xph四环素四环素 1 1、配制合适的培养基

26、。、配制合适的培养基。基础料中若含有基础料中若含有玉米浆，玉米浆，ph呈酸性，必须调节呈酸性，必须调节ph。若要控制。若要控制消后消后ph在在6.0，消前，消前ph往往要调到往往要调到6.56.82 2、培养过程中加入非营养基质的酸碱调、培养过程中加入非营养基质的酸碱调节剂节剂，如如caco3 ，或具具 有缓冲能力的试剂，如有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等磷酸缓冲液等三、发酵三、发酵ph值的控制值的控制 p1263 3、培养过程中加入基质性酸碱调节剂，、培养过程中加入基质性酸碱调节剂，如氨水如氨水4 4、加生理酸性或碱性盐基质，通过代、加生理酸性或碱性盐基质，通过代谢调谢调phph 在发酵过程

27、中根据糖氮消耗需要进行补料。在补在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在补料与调料与调ph没有矛盾时采用补料调没有矛盾时采用补料调ph如如（1）调节补糖速率，调节空气流量来调节）调节补糖速率，调节空气流量来调节ph(2)当当nh2-n低，低，ph低时补氨水；低时补氨水；当当nh2-n低，低，ph高时补高时补(nh4)2so45 5、将、将phph控制与代谢调节结合，通过补料控制与代谢调节结合，通过补料来控制来控制phph作业作业v发酵过程中可通过哪些方式调节控制发酵过程中可通过哪些方式调节控制ph值？值？3 氧的供需及对发酵的影响氧的供需及对发酵的影响 p126p126溶氧溶氧(do)(do)

28、是需氧微生物生长所必需。在发酵过程中有多是需氧微生物生长所必需。在发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。 在在2828氧在发酵液中的氧在发酵液中的100100的空气饱和浓度只有的空气饱和浓度只有0.25 0.25 mmol.lmmol.l-1-1左右，左右，比糖的溶解度小比糖的溶解度小70007000倍。倍。在对数生长期即使发酵液中的溶氧能达到在对数生长期即使发酵液中的溶氧能达到100100空气饱空气饱和度，若此时中止供氧，发酵液中溶氧可在和度，若此时中止供氧，发酵液中溶氧可在几分钟几分钟之内之内便耗竭，使溶氧成为限制因素。便

29、耗竭，使溶氧成为限制因素。 一、描述微生物需氧的物理量一、描述微生物需氧的物理量 v呼吸强度：呼吸强度：单位质量的干菌体在单位时间内所吸取单位质量的干菌体在单位时间内所吸取的氧量，的氧量，q qo2o2 ，表示微生物的绝对耗氧量。，表示微生物的绝对耗氧量。v耗氧速率：耗氧速率：单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，r r。v二者关系：二者关系：呼吸强度表示微生物的绝对吸氧量，但当呼吸强度表示微生物的绝对吸氧量，但当培养液中有固体成分存在时，测定困难。用耗氧速率培养液中有固体成分存在时，测定困难。用耗氧速率表示。表示。vr= qr= qo2o2 c(x) c(x

30、) v c(x) c(x) 发酵液中菌体的浓度发酵液中菌体的浓度二、溶解氧变化的规律二、溶解氧变化的规律（一）、溶氧变化的一般规律（一）、溶氧变化的一般规律发酵前期：由于微生物大量繁殖，需氧量不断大幅发酵前期：由于微生物大量繁殖，需氧量不断大幅度增加，此时需氧超过供氧，溶氧明显下降度增加，此时需氧超过供氧，溶氧明显下降 发酵中期：溶氧浓度明显地受工艺控制手段的影响，发酵中期：溶氧浓度明显地受工艺控制手段的影响，如补料的数量、时机和方式等如补料的数量、时机和方式等 发酵后期：由于菌体衰老，呼吸减弱，溶氧浓度也发酵后期：由于菌体衰老，呼吸减弱，溶氧浓度也会逐步上升，一旦菌体自溶，溶氧就会明显地上升

31、会逐步上升，一旦菌体自溶，溶氧就会明显地上升 （二）、溶氧异常的原因（二）、溶氧异常的原因1、引起溶氧异常下降的可能原因、引起溶氧异常下降的可能原因（1）污染好气性杂菌，消耗大量溶氧，使溶氧在短时）污染好气性杂菌，消耗大量溶氧，使溶氧在短时间内下降到零附近间内下降到零附近 （2）菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧）菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧下降下降（3）某些设备或工艺控制发生故障或变化，也能引起）某些设备或工艺控制发生故障或变化，也能引起溶氧下降，如搅拌功率消耗变小或搅拌转速变慢、消溶氧下降，如搅拌功率消耗变小或搅拌转速变慢、消沫油因自动加油器失灵或人为加量过多沫油因自

32、动加油器失灵或人为加量过多 、停止搅拌、停止搅拌、闷罐（关闭排气阀）等。闷罐（关闭排气阀）等。2、引起溶氧异常上升的可能原因：、引起溶氧异常上升的可能原因：（1）污染烈性噬菌体）污染烈性噬菌体 （2）菌体代谢出现异常，耗氧能力下降）菌体代谢出现异常，耗氧能力下降 （3）补料时间和间隔不当）补料时间和间隔不当 根据发酵液中的溶解氧浓度的变化来判断微生根据发酵液中的溶解氧浓度的变化来判断微生物生长代谢是否正常，工艺控制是否合理，设物生长代谢是否正常，工艺控制是否合理，设备供氧能力是否充足等问题，有助于查找发酵备供氧能力是否充足等问题，有助于查找发酵不正常的原因和控制好发酵生产。不正常的原因和控制好

33、发酵生产。v三、溶氧在发酵过程控制中的作用三、溶氧在发酵过程控制中的作用p1271、判断操作故障或事故引起的发酵异常现象、判断操作故障或事故引起的发酵异常现象2、判断中间补料是否得当、判断中间补料是否得当3、判断发酵体系是否污染杂菌、判断发酵体系是否污染杂菌4、作为控制代谢方向的指标、作为控制代谢方向的指标作业作业v溶氧在发酵过程控制中的作用溶氧在发酵过程控制中的作用4 其他发酵条件的其他发酵条件的影响与控制影响与控制v溶解在发酵液中的二氧化碳对氨基酸、抗生溶解在发酵液中的二氧化碳对氨基酸、抗生素等微生物发酵具有刺激或抑制作用。素等微生物发酵具有刺激或抑制作用。v刺激作用：刺激作用： 例如，环

34、状芽孢杆菌等已发芽的孢子在开例如，环状芽孢杆菌等已发芽的孢子在开始生长的时候，对二氧化碳有特殊需要。始生长的时候，对二氧化碳有特殊需要。一、二氧化碳对发酵的影响及控制一、二氧化碳对发酵的影响及控制v1 1、通常、通常coco2 2对菌体生长有抑制作用对菌体生长有抑制作用，当浓度高，当浓度高于于4 4时，微生物的糖代谢和呼吸速率下降。时，微生物的糖代谢和呼吸速率下降。 比如比如coco2 2 浓度达到浓度达到0.16mol0.16mol，抑制酵母生长。，抑制酵母生长。v2 2、 coco2 2对微生物发酵也有影响。对微生物发酵也有影响。v刺激：如牛链球菌发酵生产多糖需要提供空气刺激：如牛链球菌发

35、酵生产多糖需要提供空气中含有中含有5 5的的coco2 2；精氨酸发酵也需要一定量的精氨酸发酵也需要一定量的coco2 2。v抑制：抑制：coco2 2抑制肌苷、异亮氨酸等的发酵。抑制肌苷、异亮氨酸等的发酵。（一）、（一）、coco2 2抑制发酵的抑制发酵的原因原因v1.1.影响细胞膜的结构，使膜的流动性及表面影响细胞膜的结构，使膜的流动性及表面电荷密度发生改变，最终影响细胞膜的运输电荷密度发生改变，最终影响细胞膜的运输效率；效率；v2. 2. coco2 2抑制红霉素的发酵可能是对发酵前体抑制红霉素的发酵可能是对发酵前体物质对甲基丙二酸合成产生反馈作用；物质对甲基丙二酸合成产生反馈作用；v3

36、.3.影响发酵液的酸碱平衡，使发酵液影响发酵液的酸碱平衡，使发酵液phph值下值下降。降。（二）、（二）、coco2 2浓度的控制浓度的控制v对于发酵有抑制作用，则提高通气量和搅拌对于发酵有抑制作用，则提高通气量和搅拌速率；速率；v对于发酵有促进作用，则降低通气量和搅拌对于发酵有促进作用，则降低通气量和搅拌速率；速率；v补料：在青霉素发酵中，补糖可增加排气中补料：在青霉素发酵中，补糖可增加排气中的的coco2 2浓度，并降低培养液的浓度，并降低培养液的phph。v（一）（一） 泡沫对发酵的影响泡沫对发酵的影响v影响发酵罐装料量，使菌体上浮，妨碍影响发酵罐装料量，使菌体上浮，妨碍coco2 2排

37、出排出v影响通气搅拌，溶氧量，菌体生长影响通气搅拌，溶氧量，菌体生长v发酵液从排气管逃逸，增加染菌机会发酵液从排气管逃逸，增加染菌机会二、泡沫的影响和消泡剂的选择二、泡沫的影响和消泡剂的选择 调整培养基中的成分（如少加或缓加易起泡的原料）或调整培养基中的成分（如少加或缓加易起泡的原料）或改变某些物理化学参数（如改变某些物理化学参数（如phph值、温度、通气和搅拌）值、温度、通气和搅拌）或者改变发酵工艺（如采用分次投料）来控制，以减少或者改变发酵工艺（如采用分次投料）来控制，以减少泡沫形成的机会。泡沫形成的机会。 采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来采用菌种选育的方法，筛选不产生流态

38、泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素。消除起泡的内在因素。 采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫。采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫。1. 机械消泡机械消泡物理消泡方法，利用机械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。物理消泡方法，利用机械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。优点：节省原料，减少染菌机会。优点：节省原料，减少染菌机会。缺点：消泡效果不理想，仅可作为消泡的辅助方法。缺点：消泡效果不理想，仅可作为消泡的辅助方法。罐内消泡罐内消泡靠罐内消泡桨转动打碎泡沫。靠罐内消泡桨转动打碎泡沫。罐外消泡罐外消泡将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或离心力将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或离心力来消除泡沫。来

39、消除泡沫。v耙式消泡桨耙式消泡桨v旋转叶片罐外消泡旋转叶片罐外消泡2. 消泡剂消泡消泡剂消泡a.消泡剂的作用：消泡剂的作用：降低泡沫液膜的机械强度；降低泡沫液膜的机械强度；降低液膜的表面黏度；降低液膜的表面黏度；兼有两者的作用，达到破裂泡沫的目的。兼有两者的作用，达到破裂泡沫的目的。b.作为生物工业理想的消泡剂，应具备下列条件：作为生物工业理想的消泡剂，应具备下列条件：应该在气液界面上具有足够大的铺展系数，才能迅速发挥消泡作用，应该在气液界面上具有足够大的铺展系数，才能迅速发挥消泡作用，这就要求消泡剂有一定的亲水性；这就要求消泡剂有一定的亲水性；应该在低浓度时具有消泡活性；应该在低浓度时具有消泡活性；应该具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；应该具有持久的消泡或抑泡性能，以防止形成新的泡沫；应该对微生物、人类和动物无毒性；应该对微生物、人类和动物无毒性；应该对产物的提取不产生影响；应该对产物的提取不产生影响；不会在使用、运输中引起任何危害；不会在使用、运输中引起任何危害；来源方便