通气对微生物发酵的影响.pptx

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1、生物发酵工业控制因素经典工业发酵流程图发酵过程的操作类型分批发酵补料分批发酵（半连续发酵）连续发酵发酵类型分批发酵半连续发酵连续发酵优缺点操作简单、周期短染菌的机会减少生产过程、产品质量易掌握不适用于测定过程动力学对基质浓度敏感的产物，用分批发酵不合适可解除底物抑制，产物的反馈抑制和快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不致于加剧供氧的矛盾；可降低培养基的黏度，并尽可能地延长产物的形成时间。避免培养基积累有毒代谢物。不会产生菌种老化和变异等问题。可提高设备利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间；便于自动控制；增加了染菌机会：长时间不断地向发酵系统供给无菌空气和培养

2、基；菌种发生变异的可能性较大。那么为何pH调节中提到通气？发酵过程中pH的变化发酵过程中，由于菌种在一定温度及通气条件下对培养基中碳、氮源等的利用，随着有机酸或氨基氮的积累，会使pH产生一定的变化。这种变化的根源是培养基的成分和微生物的代谢特性。引起培养液的pH发生波动的因素引起pH下降的因素：1）培养基中碳、氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累2）消沫油加得过多3）生理酸性物质的存在引起pH上升的因素：1）氮源过多2）生理碱性物质存在3）中间补料中氨水或尿素等的碱性物质加入过多有研究表明，培养开始时发酵液pH的影响是不大的，因

3、为微生物在代谢过程中，迅速改变培养基pH的能力十分惊人。例如，以花生饼粉为培养基进行土霉素发酵，最初将pH分别调到5.0、6.0和7.0，发酵24h后，这三种培养基的pH已经不相上下，都在6.5～7.0之间。但是当外界条件发生较大变化时，菌体就失去了调节能力，发酵液的pH将会不断波动。引起这种波动的原因除了取决于微生物自身的代谢外，还与培养基的成分有极大的关系。一般来说，有机氮源和某些无机氮源的代谢起到提高pH的作用，例如氨基酸的氧化和硝酸钠的还原，玉米浆中的乳酸被氧化等，这类物质被微生物利用后，可使pH上升，这些物质被称为生理碱性物质，如有机氮源、硝酸盐、有机酸等。而碳源的代谢则

4、往往起到降低pH的作用，例如，糖类氧化不完全时产生的有机酸，脂肪不完全氧化产生的脂肪酸、铵盐氧化后产生的硫酸等。这类物质称为生理酸性物质。此外通气条件的变化，菌体自溶或杂均污染都可能引起发酵液pH的改变，所以确定最适pH以及采最适有效的控制措施，是使菌种发挥最大生产能力的保证。那么工业发酵是怎么样选择和调节最适pH？工业发酵选择最适pH的原则：既有利于菌体的生长繁殖，又要最大限度地使产物合成获得高的产量合适的pＨ值是根据实验结果来确定。将发酵培养基调节成不同的出发pH值，进行发酵，在发酵过程中，定时测定和调节pH，以分别维持出发pH值，或者利用缓冲液配制培养基以维持之。到时观察菌体

5、生长的情况，以菌体生长达到最高值的pH值为菌体生长的最适pH值。以同样的方法，可测得产物合成的合适PH值。控制pH的方法考虑发酵培养基的基础配方，使之有适当的比例，使发酵过程pH的变化在适合的范围内。因为培养基中含有代谢产酸[如葡萄糖产生酮酸、(NH4)2SO4]和产碱[如NaNO3、尿素]的物质以及缓冲剂[如CaCO3]等成分，它们在发酵过程中要影响pH的变化，特别是CaCO3能与酮酸等反应，而起到缓冲作用，所以它的用量比较重要。在分批发酵中，常采用这种方法来控制pH的变化。利用上述方法调节pH值的能力是有限的，如果达不到要求，可以用在发酵过程直接补加酸或碱和补枓的方式来控制，特

6、别是补料的方式，效果比较明显。过去是直接加入酸或碱来控制，但现在常用的是以生理酸性物质(硫酸铵)和碱性物质(氨水)来控制。它们不仅可以凋节pH值，还可以补充氮源。当发酵的pH值和氨氮含量都低时，补加氨水，就可以达到调节pH和补充氨氮的目的。反之，pH值较高，氨氮含量又低时，就补加硫酸铵。目前，已比较成功地采用补枓的方法来调节pH值，如氨基酸发酵采用流加尿素的方法，特别是次级代谢产物抗生素发酵，更常用此法。这种方法，既可以达到稳定pH值的目的，又可以不断补充营养物质，特别是能产生阻遏作用的物质。少量多次补加还可解除对产物合成的阻遏作用，提高产物产量。也就是说，采用补料的方法，可以同时

7、实现补充营养、延长发酵周期、调节pH值和培养液的特性（如菌浓等）等几个目的。最成功的例子就是青霉素的补枓工艺，利用控制葡萄糖的补加速率来控制pH值的变化范围（现已实现自动化），其青霉素产量比用恒定的加糖速率和加酸或碱来控制pH值的产量高25%。前面提到各种pH调节方法，都是工业常用的，但是控制通气量调节pH呢？我们以工业上醋酸生产来看这个问题醋酸发酵是分2步（two-stepreaction）进行：首先是乙醇在乙醇脱氢酶的催化下成乙醛，接着是乙醛在乙醛脱氢酶的氧化成乙