《RQ补料发酵终点》PPT课件

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1、第四章发酵过程控制第七节二氧化碳和呼吸商第六节二氧化碳和呼吸商1.二氧化碳对发酵的影响二氧化碳是细胞代谢的可贵指示。通过碳质量平衡来估算生长速率和细胞量。二氧化碳对氨基酸、抗生素等微生物发酵具有抑制或刺激作用。A二氧化碳对菌体生长及产物形成的影响当排出的二氧化碳CO2浓度高于4%时，碳水化合物的代谢及微生物的呼吸速率下降。当二氧化碳分压为0.08×105Pa时，青霉素合成速率会降低40%。发酵液中溶解二氧化碳浓度为1.6×10—2mol时，会严重抑制酵母菌的生长。当二氧化碳分压为0.0042×105Pa时，四环素的生物合成处于最佳状态。CO2会影响产黄青霉菌的形

2、态二氧化碳及HCO3－都会影响细胞膜的结构。它们分别作用于细胞膜的不同位点。溶解于培养液中的二氧化碳主要作用在细胞膜的脂肪酸核心部位，而HCO3—则影响磷脂、亲水头部带电荷表面及细胞膜表面上的蛋白质。当细胞膜的脂质相中二氧化碳浓度达一临界值时，使膜的流动性及表面电荷密度发生变化，这将导致许多基质的膜运输受阻，影响了细胞膜的运输效率，使细胞处于“麻醉”状态，细胞生长受到抑制，形态发生了改变。10米高的罐中，在1.01×105Pa气压下操作，底部二氧化碳分压是顶部二氧化碳分压的二倍。B排气二氧化碳浓度与菌体量、pH、排气氧之间的关系a检测菌体生长菌体生长速率与二氧化

3、碳释放率(CER)成比例关系。菌量产率YX/CO2为30.2g／gCO2.从测定排气二氧化碳浓度变化，采用控制流加基质的方法来实现对菌体的生长速率和菌体量的控制。b补糖与排气二氧化碳、pH变化关系在青霉素发酵中补糖将引起排气二氧化碳浓度的增加和培养液pH下降见图9—33。所产生的二氧化碳可以用青霉素产生菌的生长和产物形成的化学简式来说明，见式(9-26)，式(9-27)，式(9-28)。可见，随着糖耗的增加，CER也增加。菌体生长C6H12O6十NH3十3.3O2十0.06H2SO4→0.42C71H13.2O4.4NS0.06十3CO2十4.8H2O(9-26

4、)菌体维持C6H12O6十6O2→6CO2十6H2O(9-27)青霉素生产C6H12O6十(NH4)2SO4十0.5O2十PAA→C16H17O4N2S十2CO2十H2O(9-28)从图9—33中看出，由于葡萄糖的补入，排气二氧化碳增加，同时pH下降。其原因主要有两个方面，一是葡萄糖被菌利用产生二氧化碳，溶于培养液使pH下降二是葡萄糖被菌利用过程产有机酸，使pH下降。糖、CO2、pH三者的相关性，被青霉素工业生产上用于补料控制的参数，并认为排气二氧化碳的变化比pH变化更为敏感；所以以测定排气CO2释放率来控制补糖速率。C排气二氧化碳浓度和排气氧浓度的相关性由式(

5、9-26)一式(9-28)可知，菌体耗糖形成二氧化碳时，必须提供作为生物氧化所需氧，因此在排气成分分析中，可以很明显得到氧浓度降低和二氧化碳浓度升高的对应曲线，其相关深度可用呼吸商RQ来表示。2.呼吸商与发酵的关系发酵过程中菌的耗氧速率(OUR)可通过热磁氧分析仪或质谱仪测量进气和排氧中的氧含量计算而得，过程中氧含量的变化恰与二氧化碳含量变化成反向同步关系，并由此看出菌的生长，呼吸情况，和求出菌的呼吸商RQ值，RQ＝CER／OUR。RQ可以反映菌的代谢情况。如酵母发酵过程RQ＝1，表示糖代谢走有氧分解代谢途径，仅生成菌体，无产物形成；如RQ＞1.l，表示走EMP

6、途径，生成乙醇；RQ＝0.93，生成柠檬酸；RQ＜0.7，表示生成的乙醇被当作基质利用。菌在利用不同基质时，RQ值也不相同。如大肠杆菌以延胡索酸为基质，RQ为1.44；丙酮酸RQ为1.26，琥珀酸RQ为1.12；乳酸、葡萄糖RQ为1.02和1.00；乙酸RQ为0.967甘油RQ为0.80。在抗生素发酵中，由于存在菌体生长、维持以及产物形成的不同阶段，其RQ值也不一样。如青霉素发酵中的理论呼吸商为菌体生长，RQ＝0.909；菌体维持，RQ＝1；青霉素生产，RQ＝4。从上述情况来看，在发酵早期主要是菌体生长，RQ低于1；在过渡时期，由于菌体维持其生命活动及青霉素逐渐

7、形成，基质葡萄糖的代谢不是仅用于生长菌体，(如式9-27)此时RQ比生长期略有增加；产物形成时RQ达最高；产物形成对RQ的影响较为明显。如果产物的还原性比基质大时，其RQ值就增加；反之，当产物的氧化性比基质大时，RQ值就要减少。其偏离程度决定于每单位菌体利用基质所形成的产物量。二氧化碳和呼吸商复习题1,二氧化碳对发酵有何影响2,二氧化碳影响细胞的什么部位,使细胞处于什么状态.3,排气二氧化碳浓度与菌体量、pH、排气氧之间有什么关系.4,什么叫呼吸商,呼吸商如何反映代谢情况.第八节基质浓度对发酵的影响及补料控制1.基质浓度对发酵的影响在分批发酵期间，有一种与Ian

8、gmur单分子吸附等温线