发酵过程控制

第五章抗生素生产发酵过程的控制●泡沫的产生和控制●发酵终点的判断及不正常发酵的处理●代谢调控●温度●pH值●通气和搅拌●代谢和调控主要内容)

一

、温度的变化及其控制●抗生素发酵：是抗生素产生菌在一定条件下吸取营养物质，合成其自身菌体细胞，同时

产生抗生素和其它代谢产物的过程。●抗生素是这个过程的次级代谢产物。●发酵过程是各种酶协同作用的结果，受内因

和外因的影响。温度对发酵的影响●发酵过程是一系列酶参与的代谢活动，而温度直接影响着酶的活力。●主要表现在：①温度影响着菌体生长和抗生素合成的速度。如：

产黄青霉菌：合适培养温度：27～28℃;抗生素

合成温度：26℃。②温度影响着生物合成的方向，如：金色链霉菌：

30℃以下，合成四环素和金霉素；35℃以上，仅

合成四环素。发酵过程中热的类型①

生物热：菌体在生长繁殖中产生的大量热；②

搅

拌

热

：由于机械搅拌、高速运转造成液体之间、

液体同设备之间的摩擦所产生的热量；③

蒸发热：空气进入发酵罐时与发酵液进行的热交换

以及引起水分蒸发所需要的热量；④

辐射热：由于发酵罐内外温度不同，发酵液中有部

分热通过罐体向外辐射，这种热称为辐射热；⑤

发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。发酵热(千卡/m³·h)=生物热+搅拌热一蒸发热一辐射热影响生物热的因素菌株的性能、接种量、菌丝浓度、培养基的成分和

发酵时间都直接影响着生物热的大小。—

1

高

产—

2

低

产96

12070006000500040003000200010000四环素发酵过程中的放热变化2462448

72生

物

热

(

千

卡

/

m

?

.

h

)t

(小时)●指最适于产生菌生长或抗生素合成的温度。●特点：最适温度是一个相对的概念；>

发酵过程中要控制几个不同的最适温度；>

发酵温度的选择要参考其它发酵条件，如通

气条件、培养基的组成和浓度等。最适发酵温度)

二

、pH

值的影响及其控制●影响发酵pH

值变化的因素：产生菌的特性；▶培养基的配比；发酵条件。●发酵过程pH

的调节：选择合适的培养基成分，并通过中间补料进行调节；

▶加入适量的缓冲剂，如碳酸钙、磷酸盐等；直接加入酸或碱类物质。●影响发酵过程中需氧的因素：①

生产菌种：1)不同菌种；2)同一菌种的不同生

长代谢阶段，主要取决于下列两个主要因素：单

位体积培养液中的菌液浓度和菌的呼吸强度。呼吸强度：单位重量菌丝体(干重)在单位时间

内的耗氧量。②

培养基③

菌丝浓度和形状④

种子的质和量：接种量和接种龄⑤

泡沫和消泡剂⑥

其它因素三、通气和搅拌

影响发酵过程中供氧的因素①

搅拌：加速氧溶解的重要条件之一。●

作用机理：增大气液接触的有效界面传递面积，加速氧的溶解

速度；延长气泡在培养液内的停留时间；阻止或减少菌丝结成团和颗粒。●

弊端：消耗大量的能量；影响霉菌和放线菌的菌丝形态，损伤细胞，造成提早自溶。

影响发酵过程中供氧的因素②

空气流速过载现象：当空气流速过大，叶轮不能分散空气，此时气流形成大气泡在轴的周围逸出，此时，通气效

率不再提高。③

空气分布器作用：分散空气，提高通气效率。④

发酵液的物理性质菌体本身的繁殖及其代谢可改变发酵液的表面张力

、黏度和离子浓度等。●亨利定律：在一定温度下，氧的溶解度与空气中氧的分压成正比。●原电池型封闭式的溶氧电极：阳极：Pb+2AcO⁻→Pb(AcO)₂+2e阴极：1/2

O₂+H₂O+2e→2OH●工作原理：铅不断被氧化，释放电子，经导线

传递到阴极表面，还原氧。当外界无氧，铅不

被氧化，无电子；外界有氧时，则恢复电子传

递。在一定条件下，电极间的电流强度与被测

溶液中的溶氧浓度成正比，从而读出数值。发酵液中溶解氧的测定四、发酵过程中的代谢与控制●中间分析项目：▶抗生素发酵单位：化学法和生物法。

pH

值

：pH

试纸和酸度计。糖含量：总糖和还原糖。▶氨基氮和氨氮：甲醛法。

磷含量：磷酸盐。▶菌丝浓度和黏度：湿重法、干重法和体积法。

菌丝形态与产量的关系●以产黄青霉生产青霉素为例：I.分生孢子发芽，具有小空泡；II.

菌丝增殖，出现类似脂肪的小颗粒；II.菌丝分支旺盛，出现脂肪颗粒，没有空泡；IV.

菌丝缓慢生长，脂肪颗粒减少，形成中小空泡，

开始大量分泌青霉素；V.

菌丝体出现大空泡，含1个中性红染色的大颗粒，

脂肪粒消失，大量分泌青霉素；VI.

菌丝呈筒状，颗粒消失，空泡延长，少数菌丝自

溶，青霉素分泌减少。●中间补料：指在发酵过程中补充某些营养物料,以满足产生菌的代谢活动和合成抗生素的需

要。●补料内容：补充碳源和能源物质；▶补充氮源物质；补充无机盐；补全料和补水。中间补料与代谢控制●补料的控制：▶补糖的控制：时机、方式和指标；通氨及补氮：用于调节pH值和补充无机氮源，多

采用少量间隙添加或少量自动流加。补充无机元素和促进剂及前体。中间补料与代谢控制五

、发酵过程中泡沫的产生和控制●泡沫的性质：泡沫是气体在液体中的一种胶体系统，

气泡被一层液膜隔开而彼此不相连通。●产生泡沫的影响因素：通气搅拌的强烈程度培养基配比与原料组成菌种、种子质量和接种量灭菌质量●泡沫给发酵带来了很多不利影响：使发酵罐的装填系数减少、降低了生产能力造成大量逃液，引起原料浪费增加了染菌的机会增加了菌群的非均一性消泡剂的加入给提取工序带来困难①

机械消沫：靠机械引起的强烈振动或压力的

变化促使气泡破裂。②

消沫剂(化学消沫):靠加入某些活性物质

,降低泡沫的局部表面张力使泡沫破裂的方

法。泡沫的消除方法消泡剂选择发酵用消泡剂的标准：在起泡液中不溶或难溶；表面张力低于起泡液；与起泡液有一定程度的亲和性；与起泡液不发生化学反应；挥发性小，作用时间长。●适合发酵行业用的消泡剂的类型：天然油脂(即豆油、玉米油等)

聚醚类消泡剂高碳醇有机硅类聚醚改性硅●发酵终点的判断：▶抗生素的发酵单位；▶提炼收率和质量的影响；▶放罐前的发酵控制；菌丝形态、菌丝浓度、糖氮含量、pH、发酵液的

外观和形态。六、发酵终点的判断及不正常发酵的处理●种子异常的分析和处理：种子菌丝生长缓慢：原因很多，多为培养基原材料

质量问题、pH

偏高、条件不合适、铁离子浓度高等菌丝结团：通气不良菌丝粘壁：搅拌快和泡沫太多▶菌株衰退：种子变异异常发酵的处理

异常发酵的处理●发酵液转稀●发酵液过浓●糖、氮代谢缓慢

●pH

不正常●种子液质量不正常●生产设备故障七、抗生素产生菌的代谢调控●新陈代谢：分解代谢合成代谢●

根据合成代谢产物与菌体生长的关系，分为：初级代谢产物：微生物产生的生长和繁殖所必需的物质，如

蛋白质、核酸；次级代谢产物：微生物产生的与生长、繁殖无关的物质，如

抗生素。●诱导酶：在某种物质存在诱导下，才产生的酶系。诱

导酶产生的物质称为诱导物。②分解产物的调节●指被菌体迅速利用的碳源或其分解产物对其它代谢中

的酶的调节作用，又称葡萄糖效应。●原理：葡萄糖的降解物可以抑制腺苷酸环化酶的活力

,同时激活磷酸酯酶，从而降低cAMP

的水平，使催化

其它碳源的酶不能合成，而只能利用葡萄糖的现