第二章發(fā)酵食品

1、2022-3-25第二章第二章第二章第二章第二章第二章 發(fā)酵條件及發(fā)酵條件及發(fā)酵條件及發(fā)酵條件及發(fā)酵條件及發(fā)酵條件及過程控制過程控制過程控制過程控制過程控制過程控制一、一、培養(yǎng)基的類型培養(yǎng)基的類型二、二、培養(yǎng)基的配制原則培養(yǎng)基的配制原則 三、三、最佳培養(yǎng)基的確定最佳培養(yǎng)基的確定第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)微生物發(fā)酵工業(yè)微生物發(fā)酵工業(yè)微生物發(fā)酵工業(yè)微生物發(fā)酵工業(yè)微生物發(fā)酵工業(yè)微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基2022-3-25第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基工業(yè)微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基工業(yè)微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基工業(yè)微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基工業(yè)微生

2、物發(fā)酵的培養(yǎng)基工業(yè)微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基 根據(jù)微生物的營養(yǎng)特性，人工配制成的適合不同微生物生長發(fā)育或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)就是培養(yǎng)基。在配制培養(yǎng)基時，應(yīng)注意培養(yǎng)的目的，培養(yǎng)菌體的營養(yǎng)類型，合理選用各種營養(yǎng)物質(zhì)及其配比，特別是碳氮比的關(guān)系，同時還應(yīng)調(diào)節(jié)適宜的酸堿度。2022-3-25一、培養(yǎng)基的類型一、培養(yǎng)基的類型一、培養(yǎng)基的類型一、培養(yǎng)基的類型一、培養(yǎng)基的類型一、培養(yǎng)基的類型 培養(yǎng)基可按其組成物質(zhì)的純度、狀態(tài)和用途進(jìn)培養(yǎng)基可按其組成物質(zhì)的純度、狀態(tài)和用途進(jìn)行分類。行分類。 1按純度分類按純度分類 培養(yǎng)基按組成物質(zhì)的純度可分為合成培養(yǎng)基和培養(yǎng)基按組成物質(zhì)的純度可分為合成培養(yǎng)基和天然培養(yǎng)基。天然培養(yǎng)基

3、。 2按狀態(tài)分類 培養(yǎng)基按狀態(tài)分，可分為固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基。 3按用途分類 按其用途一般可分為斜面培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基三種。 2022-3-25二、培養(yǎng)基的配制原則二、培養(yǎng)基的配制原則二、培養(yǎng)基的配制原則二、培養(yǎng)基的配制原則二、培養(yǎng)基的配制原則二、培養(yǎng)基的配制原則 1根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基 2合適的碳氮比 3pH 4滲透壓 5氧化還原電位 2022-3-25 配制培養(yǎng)基應(yīng)遵循以上基本原則，同時在發(fā)酵工業(yè)中還要注意生產(chǎn)成本問題，盡可能使用廉價原料來配制培養(yǎng)基，使之盡可能滿足以下條件： （1）每克消耗的底物將產(chǎn)生最大的菌體得率或產(chǎn)物得率。 （2）得到最

4、高的產(chǎn)物合成速率。 （3）最大限度減少副產(chǎn)品的生成。 （4）原料來源豐富，供應(yīng)充足，價廉物美。 （5）不增加通風(fēng)攪拌及后期產(chǎn)物的提取、純化的難度。2022-3-25 一些常用且功能也比較清楚的培養(yǎng)基成分。 A工業(yè)上常用碳源 B工業(yè)上常用的氮源 C工業(yè)上常用無機元素 D水 E生長因子 F前體 2022-3-25三、最佳培養(yǎng)基的確定三、最佳培養(yǎng)基的確定三、最佳培養(yǎng)基的確定三、最佳培養(yǎng)基的確定三、最佳培養(yǎng)基的確定三、最佳培養(yǎng)基的確定 最佳培養(yǎng)基配比的確定應(yīng)建立在對細(xì)胞的生長和代謝情況完全了解的前提下，從生物化學(xué)和生化工程技術(shù)原理出發(fā)來推斷和計算出來。 確定最佳培養(yǎng)基主要還是通過單因子試驗法、正交試驗

5、設(shè)計和均勻設(shè)計等試驗方法來確定培養(yǎng)基的組成和配比。單因子試驗方法是一種傳統(tǒng)有效的方法，但其效率太低，且在多種因素互相影響時準(zhǔn)確性不高。采用正交試驗方法則可節(jié)約大量人力物力，且結(jié)果準(zhǔn)確，基本能反映出發(fā)酵合適的培養(yǎng)基配比。 2022-3-25 均勻設(shè)計是我國數(shù)學(xué)工作者方開泰教授根據(jù)數(shù)論方法提出的一種試驗設(shè)計方法。它的基本出發(fā)點是讓試點在整個試驗范圍內(nèi)更加充分地均勻分散，從而具有更好的代表性，但每個因素的每個水平只作一次試驗。而且可用計算機計算給出回歸方程，便于分析發(fā)酵條件對發(fā)酵產(chǎn)物的影像，可以大大減少試驗次數(shù)，提高工作效率，降低試驗成本。 通過試驗確定了培養(yǎng)基的化學(xué)組成后，還需要根據(jù)具體情況確定原

6、料組成，盡量選用價廉物美、來源豐富的原料，以達(dá)到最大的經(jīng)濟效益。2022-3-25四、用于發(fā)酵工業(yè)的培養(yǎng)基四、用于發(fā)酵工業(yè)的培養(yǎng)基四、用于發(fā)酵工業(yè)的培養(yǎng)基四、用于發(fā)酵工業(yè)的培養(yǎng)基四、用于發(fā)酵工業(yè)的培養(yǎng)基四、用于發(fā)酵工業(yè)的培養(yǎng)基 （一）斜面培養(yǎng)基 1斜面培養(yǎng)基的用途、要求及組成 用途：提供菌種繁殖、擴大 要求：能使菌體長得快，健壯，并且不易引起菌種變異 組成：碳源和氮源含量不易過多 具體和微生物有關(guān)。2022-3-25 2培養(yǎng)基成分對菌種的影響 用斜面培養(yǎng)基的菌種一般稱為斜面菌種。斜面菌種質(zhì)量的好壞是生產(chǎn)的第一道關(guān)口，因此斜面菌種的質(zhì)量一向受到生產(chǎn)單位的重視。影響斜面菌種質(zhì)量的因素很多，就培養(yǎng)基

7、而言，首先應(yīng)當(dāng)重視原材料的質(zhì)量、品種和產(chǎn)地。如不同牌號的瓊脂，對有些斜面菌種的質(zhì)量有明顯的影響，為了減少瓊脂中雜質(zhì)的影響，可將瓊脂用蒸餾水浸泡以除去可溶性雜質(zhì)。麩皮受產(chǎn)地、小麥的品種、軋制的方法、有無霉變等因素影響，對生產(chǎn)也有一定的影響。對水質(zhì)的影響也不能忽視，特別是在一些水源污染嚴(yán)重或硬度較大的地區(qū)。2022-3-25（二）種子培養(yǎng)基（二）種子培養(yǎng)基（二）種子培養(yǎng)基（二）種子培養(yǎng)基（二）種子培養(yǎng)基（二）種子培養(yǎng)基 在液體深層發(fā)酵中，為了擴大發(fā)酵罐的接種量，往往將斜面菌種先植入相對比較小的種子罐中進(jìn)行培養(yǎng)。有限數(shù)量的斜面菌種可以在種子罐中生長繁殖到一定數(shù)量，以縮短發(fā)酵罐菌體生長繁殖的時間，提高

8、發(fā)酵罐的設(shè)各利用率等，這種流程稱為二級發(fā)酵。如果將種子罐中的菌種再擴大到較大的二級種子罐中培養(yǎng)后再移入發(fā)酵罐中，這樣流程稱為三級發(fā)酵。這取決于菌種的性質(zhì)（孢子數(shù)、孢子發(fā)芽率及生長速度）及發(fā)酵罐中種子液的最低接種量和種子罐與發(fā)酵罐的容積比。2022-3-25 這樣種子培養(yǎng)要求達(dá)到純種、健壯，活力旺盛，并有足夠的數(shù)量。因此培養(yǎng)基要求適當(dāng)?shù)呢S富和完全，隨菌種的不同要求也有所不同。但培養(yǎng)基濃度不宜太高，控制碳氮比，就使培養(yǎng)過程中pH穩(wěn)定在適當(dāng)范圍內(nèi)。培養(yǎng)基成分應(yīng)易于被菌種吸收。2022-3-25 在固體發(fā)酵中接種純菌種時可采用液體培養(yǎng)。在生產(chǎn)中除酵母菌、醋酸菌外大多數(shù)則采用固體淺盤或三角瓶、罐頭瓶等逐

9、級擴大培養(yǎng)。其要求同樣是要達(dá)到純種健壯、活力旺盛、并有足夠的數(shù)量。霉菌常以孢子數(shù)、發(fā)芽率及感官鑒定來掌握。2022-3-25（三）發(fā)酵培養(yǎng)基（三）發(fā)酵培養(yǎng)基（三）發(fā)酵培養(yǎng)基（三）發(fā)酵培養(yǎng)基（三）發(fā)酵培養(yǎng)基（三）發(fā)酵培養(yǎng)基 發(fā)酵培養(yǎng)基是供菌種生長繁殖和發(fā)酵產(chǎn)品生物合成之用。營養(yǎng)要適當(dāng)?shù)呢S富和完全，適合于菌種的生理特性和要求，使菌種迅速生長、健壯，能在較短的周期內(nèi)充分發(fā)揮產(chǎn)生菌合成發(fā)酵產(chǎn)品的能力，但要注意原料成本和消耗。發(fā)酵培養(yǎng)基一般是一次添加投料。為了人工控制代謝，提高產(chǎn)量，在發(fā)酵過程中還要進(jìn)行各種營養(yǎng)物質(zhì)的添加或中間補料，以補充發(fā)酵培養(yǎng)基的不足。另外還應(yīng)考慮配合發(fā)酵設(shè)備、培養(yǎng)基工藝（調(diào)漿、進(jìn)料

10、、滅菌等）和通氣攪拌性能而進(jìn)行選擇。發(fā)酵過程中的pH變化，除了適當(dāng)利用培養(yǎng)基中的某些成分適當(dāng)配比，使其自行調(diào)節(jié)外，一般需用人工方法來控制。2022-3-25 在固體發(fā)酵中常常通過配料中適當(dāng)加入填充料等來稀釋淀粉濃度、調(diào)節(jié)水分、pH酸度并保持適當(dāng)疏松度以利于通氣等。這對控制自然發(fā)酵中溫度的調(diào)節(jié)、微生物區(qū)系的控制、發(fā)酵周期的確立以及出品率及產(chǎn)品質(zhì)量也起到相當(dāng)大的作用，應(yīng)引起足夠的重視。2022-3-25第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵過程中幾個重要參數(shù)發(fā)酵過程中幾個重要參數(shù)發(fā)酵過程中幾個重要參數(shù)發(fā)酵過程中幾個重要參數(shù)發(fā)酵過程中幾個重要參數(shù)發(fā)酵過程中幾個重要參數(shù)及其控制及其控制及其控制及其

11、控制及其控制及其控制 一、發(fā)酵溫度與控制一、發(fā)酵溫度與控制 （一）生長溫度與發(fā)酵溫度（一）生長溫度與發(fā)酵溫度 一般把微生物分為三大類：即低溫型、中溫型一般把微生物分為三大類：即低溫型、中溫型和高溫型。如果按某種微生物生長溫度界限又和高溫型。如果按某種微生物生長溫度界限又可分為最低、最適、最高三種。不同種微生物可分為最低、最適、最高三種。不同種微生物的最適生長溫度不一定相同，而同一種微生物的最適生長溫度不一定相同，而同一種微生物它的菌體生長的最適溫度與形成代謝產(chǎn)物的最它的菌體生長的最適溫度與形成代謝產(chǎn)物的最適溫度也往往不一樣。適溫度也往往不一樣。2022-3-25實例：實例：實例：實例：實例：實

12、例： 1青霉素產(chǎn)生菌的生長溫度為30，而產(chǎn)生青霉素的最適溫度為25，黑曲霉生長最適溫度為37，而產(chǎn)生檸檬酸和糖化酶的最適溫度為3234。因此在生產(chǎn)上發(fā)酵前期溫度要滿足菌體生長的要求，而后期溫度要有利于發(fā)酵。2022-3-25 2谷氨酸產(chǎn)生菌各菌株的情況就是如此，具體可見表。溫度菌種12996171542T613生長溫度（）3032323430343236發(fā)酵溫度（）343436343636382022-3-25（二）發(fā)酵的溫升與控制（二）發(fā)酵的溫升與控制（二）發(fā)酵的溫升與控制（二）發(fā)酵的溫升與控制（二）發(fā)酵的溫升與控制（二）發(fā)酵的溫升與控制 1發(fā)酵的溫升 Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌+Q蒸發(fā)Q輻射Q

13、顯 說明：顯熱是排出氣體熱散失，一般很小，可以忽略不計。2022-3-252. 2. 2.發(fā)酵溫升的控制發(fā)酵溫升的控制發(fā)酵溫升的控制發(fā)酵溫升的控制發(fā)酵溫升的控制發(fā)酵溫升的控制 具體措施是： 第一，在發(fā)酵罐中利用夾層或盤管，用蒸汽保溫或用冷水、冷鹽水降溫。 第二，固體發(fā)酵則采用通風(fēng)、散盤、搖瓶等措施降溫。 第三，用提高室溫及堆積等辦法保溫等。 另外，在發(fā)酵食品加工過程中也常常利用發(fā)酵溫度來促進(jìn)或抑制某些微生物的生長，以利于發(fā)酵朝著人們預(yù)期的方向進(jìn)行。2022-3-25溫度計溫度計溫度控制器溫度控制器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥2022-3-25二、發(fā)酵過程中二、發(fā)酵過程中二、發(fā)酵過程中二、發(fā)酵過程中二、發(fā)酵過程

14、中二、發(fā)酵過程中pHpHpH的變化與控制的變化與控制的變化與控制的變化與控制的變化與控制的變化與控制 不同種類的微生物對pH的要求是不同的。細(xì)菌生長所需的最適pH一般為6.57.5，霉菌、酵母菌一般為36，放線菌一般為78，當(dāng)然也有特殊情況。微生物生長的pH也分最低、最適、最高三種。而在不同的發(fā)酵階段往往最適pH也不同。在不同pH的培養(yǎng)基中，其代謝產(chǎn)物往往也不完全相同，這是在發(fā)酵過程中值得注意的問題。另外在生產(chǎn)中往往通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH范圍，以達(dá)到抑制其他微生物的生長，這樣更利于某些工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。pH在發(fā)酵過程中是一個很敏感的因素，要注意正確控制和適當(dāng)調(diào)節(jié)。2022-3-25（一）（一）

15、（一）（一）（一）（一）pHpHpH對發(fā)酵過程的影響對發(fā)酵過程的影響對發(fā)酵過程的影響對發(fā)酵過程的影響對發(fā)酵過程的影響對發(fā)酵過程的影響 1pH值影響酶的活性，當(dāng)pH值過高或過低能抑制或激活菌體中某些酶的活性時，使菌體的代謝途徑會發(fā)生某些改變或受阻。 2pH值影響微生物細(xì)胞膜可帶電荷的狀況，菌體可帶電荷的改變使膜的滲透性改變，從而有可能影響微生物的營養(yǎng)吸收及代謝產(chǎn)物的分泌。 3pH值還可能影響培養(yǎng)基中某些營養(yǎng)物質(zhì)的分解或微生物中間代謝產(chǎn)物的解離，從而影響微生物對這些物質(zhì)的利用。2022-3-25 4pH值還可能改變培養(yǎng)基的氧化還原條件等。 微生物發(fā)酵的營養(yǎng)期和分化期pH值會有所不同。培養(yǎng)溫度提高或

16、降低，最適pH范圍有可能隨著變動，會影響微生物的各種酶活力。pH也會影響某些微生物的形態(tài)，如青霉菌當(dāng)培養(yǎng)過程中pH超過6.0時，菌絲縮短，pH在7.0或以上時，膨脹菌絲的數(shù)目增加，即細(xì)胞壁或細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物易分泌于體外。2022-3-25（二）影響（二）影響（二）影響（二）影響（二）影響（二）影響pHpHpH變化的因素變化的因素變化的因素變化的因素變化的因素變化的因素 在發(fā)酵過程中pH的變化決定于菌種的特性、培養(yǎng)基的配比和發(fā)酵條件。 具體來講引起發(fā)酵液pH值變化（上升或下降）的因素主要 有： 1引起發(fā)酵液pH值下降的因素 （1）培養(yǎng)基中碳、氮比不當(dāng)，碳源過多，特別是葡萄糖過量；

17、或者中間補料過多，加上溶解氧不足，致使有機酸大量積累。 （2）消泡劑加得過多。 （3）生理酸性物質(zhì)過多，氨被利用。2022-3-25 2引起發(fā)酵液pH值上升的因素 （1）培養(yǎng)基中碳、氮比不當(dāng)，氮源過多，氨基氮釋放。 （2）生理堿性物質(zhì)過多。 （3）中間補料時胺水或尿素等堿性物質(zhì)加入的量過多。2022-3-25（三）關(guān)于發(fā)酵過程中（三）關(guān)于發(fā)酵過程中（三）關(guān)于發(fā)酵過程中（三）關(guān)于發(fā)酵過程中（三）關(guān)于發(fā)酵過程中（三）關(guān)于發(fā)酵過程中pHpHpH的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) pH調(diào)節(jié)和控制的方法，應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)情況加以分析再作出選擇。pH調(diào)節(jié)和控制的方法主要有： 1調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的原始pH，或加入

18、緩沖溶液(如磷酸鹽)制成緩沖能力強、pH變化不大的培養(yǎng)基。 2選用不同代謝速度碳源和氮源種類和比例。2022-3-25 3在發(fā)酵過程中加入弱酸或弱堿進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，進(jìn)而合理地控制發(fā)酵過程，也可通過調(diào)整通風(fēng)量來控制pH。 另外： 如果用弱酸或弱堿仍然不能改善發(fā)酵情況時，進(jìn)行補料是一個較好的辦法，它既調(diào)節(jié)了培養(yǎng)液的pH，又可補充營養(yǎng)，增加培養(yǎng)液的濃度和減少阻遏作用，進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率。通過補料調(diào)節(jié)pH的方法已在工業(yè)發(fā)酵過程中取得了明顯的效果。2022-3-25 采用生理酸性銨鹽作為氮源時，由于NH4+被微生物利用后，剩下的酸根會引起發(fā)酵液pH的下降，在培養(yǎng)液中可加入碳酸鈣來調(diào)節(jié)pH。但是需要注

19、意的是，碳酸鈣的加入量一般都很大，容易引起染菌。此法在工業(yè)上不常用。 液氨或氨水添加法。在發(fā)酵過程中根據(jù)pH變化流加氨水或液氨調(diào)節(jié)pH，同時作為氮源。國外在谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中多用此法控制pH，國內(nèi)少數(shù)工廠使用。2022-3-25 尿素流加法，是目前國內(nèi)谷氨酸生產(chǎn)廠家普遍采用的方法。其優(yōu)點是由于尿素的分解、利用及pH的變化具有一定規(guī)律性，容易控制。流加的量和次數(shù)主要根據(jù)pH的變化，還應(yīng)考慮到菌體生長，耗糖、發(fā)酵的不同階段來決定。 目前，在工藝控制上已經(jīng)完全有可能做到pH連續(xù)在線測定，并可反饋自動添加酸或堿來調(diào)節(jié)pH并控制在最小的波動范圍內(nèi)（注意：有些酸或堿具有生理活性或會引起大量泡沫，使用時必須注

20、意選擇)。2022-3-25 4控制pH可采用的應(yīng)急措施還有： 改變攪拌轉(zhuǎn)速或通風(fēng)量，以改變?nèi)芙庋鯘舛?，控制有機酸的積累量及其代謝速度。 改變溫度，以控制微生物代謝速度。 改變罐壓及通風(fēng)量，改變?nèi)芙舛趸紳舛取?改變加入的消泡油用量或加糖量等，調(diào)節(jié)有機酸的積累量。2022-3-25pH電極電極設(shè)定設(shè)定控制器控制器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥2022-3-25三、發(fā)酵過程中溶解氧與控制三、發(fā)酵過程中溶解氧與控制三、發(fā)酵過程中溶解氧與控制三、發(fā)酵過程中溶解氧與控制三、發(fā)酵過程中溶解氧與控制三、發(fā)酵過程中溶解氧與控制 通氣和攪拌是好氣性發(fā)酵中的一個極為重要的問題。 微生物生物氧化是在生物體內(nèi)進(jìn)行的，只能利用溶解于

21、液體（培養(yǎng)液）中的氧，或叫溶解氧。 滿足微生物呼吸的最低限度的溶解氧濃度稱臨界溶解氧濃度，一般好氣性微生物為0.0030.05 mmolL。2022-3-25（一）發(fā)酵過程中的需氧因素（一）發(fā)酵過程中的需氧因素（一）發(fā)酵過程中的需氧因素（一）發(fā)酵過程中的需氧因素（一）發(fā)酵過程中的需氧因素（一）發(fā)酵過程中的需氧因素 1生產(chǎn)菌種 不同產(chǎn)品的生產(chǎn)菌種對氧的需要都是不相同的。同一菌種的不同菌株對溶氧的需要亦有不同。這是由于不同種類的需氧微生物的氧化酶系統(tǒng)的種類和數(shù)量不同。2022-3-25 2菌體濃度 發(fā)酵初期，長菌絲體的霉菌和放線菌的呼吸強度雖大，但因菌量少，總需氧量還不大，隨著菌絲的生長繁殖，菌絲

22、迅速增加，此時菌的呼吸強度還維持在較高水平，需氧量隨之增加，直之到最高水平。另外，由于培養(yǎng)液隨著菌絲體的增加，粘度逐漸增加，氧的溶解度也逐漸減少，因之更需要強有力的通風(fēng)攪拌。而細(xì)菌按單細(xì)胞生長繁殖，隨著培養(yǎng)時間的推移，菌體濃度增加，需氧量隨之增加，而氧的溶解速度往往并不減少。 此外菌絲在受到通氣攪拌影響時，容易發(fā)展成諸如網(wǎng)狀、細(xì)球狀、球狀顆?；驁F(tuán)塊狀，也能影響溶氧。2022-3-25 3菌齡 一般幼齡菌體常有較強的呼吸強度，以后隨菌齡的增加，呼吸強度反而下降，耗氧減少。從整個發(fā)酵周期來看，發(fā)酵前期幼齡菌體多，但因這時培養(yǎng)液中菌體濃度很低，所以耗氧量不是最大。 應(yīng)該指出的是：在發(fā)酵過程中不但要注

23、意菌體攝氧量，而且注意菌體在形成代謝產(chǎn)物時的最適需氧量，這兩個時期的最適需氧量往往并不一致，這要看成終端產(chǎn)物的代謝途徑中所包括的酶系而定。2022-3-25 4培養(yǎng)基 培養(yǎng)基成分和濃度的改變對菌體攝氧量的影響也是顯著的。例如，將NH4CI加入到缺氨發(fā)酵液中，發(fā)現(xiàn)菌體攝氧量立即增加，當(dāng)氨利用完后，攝氧量又恢復(fù)到原來的水平，其它碳源、氮源、無機鹽、維生素也有類似情況。有些消泡油（如動植物油）的添加可被菌體作為碳源利用，提高菌體攝氧量，而化學(xué)消泡劑能妨礙氧的溶解，影響供氧。有毒產(chǎn)物的積累（如NH3，CO2）對微生物的呼吸強度也產(chǎn)生不利的影響，揮發(fā)性中間產(chǎn)物的損失，也影響氧的吸收。2022-3-25（

24、二）發(fā)酵過程中的供氧因素（二）發(fā)酵過程中的供氧因素（二）發(fā)酵過程中的供氧因素（二）發(fā)酵過程中的供氧因素（二）發(fā)酵過程中的供氧因素（二）發(fā)酵過程中的供氧因素 1攪拌 在深層培養(yǎng)過程中，機械攪拌是加速氧溶解的重要條件之一。攪拌有很多作用，如： （1）攪拌能把通入的空氣打碎成小泡，因而增加氣液接觸的有效界面?zhèn)鬟f面積，加速氧的溶解速度。 （2）攪拌能使液體增加湍動程度，減少氣泡周圍的液膜厚度，有利于氧的轉(zhuǎn)移，有利于固液傳遞中的接觸面增減。也減少菌絲表面液膜的厚度，加速營養(yǎng)料和溶氧吸入細(xì)胞內(nèi)部的轉(zhuǎn)移速率。2022-3-252022-3-252022-3-25 （3）攪拌使液體形成渦流，可延長氣泡在培養(yǎng)液

25、內(nèi)的停留時間，增加了接觸時間，利于氧的溶解。罐內(nèi)的擋板是為了克服液體形成中心下降的錐形旋渦。提高了氣液混合的效果。 （4）攪拌還可以阻止或減少菌絲結(jié)成團(tuán)塊和顆粒，減少菌絲和液體間的擴散阻力，可加速熱的傳遞，使罐溫比較均勻。2022-3-25 攪拌的不利方面，除了消耗大量功率以外，高轉(zhuǎn)速會影響某些微生物的菌絲形態(tài)，尤其是影響霉菌和放線菌的菌絲形態(tài)，使菌絲變成短粗的分枝，也因攪拌的剪切作用造成細(xì)胞損傷，使菌絲提早自溶。2022-3-25 2通風(fēng)量和空氣流速 通風(fēng)量通常以單位時間通過單位體積（m3）發(fā)酵液的空氣的體積比來表示（即V/V/m或VVm）。通氣量加大，等于增加培養(yǎng)基中氣泡的總數(shù)，使內(nèi)界面增

26、大，因而增加了溶氧。但是隨著通風(fēng)量的增加，大氣泡造成發(fā)酵液更大的湍流，空氣速度過大，能使攪拌葉輪發(fā)生“過載”，此時漿葉的葉輪不能分散空氣，氣流便形成大氣泡在軸的周圍逸出，通氣效率不再增加。2022-3-25 3空氣分布管對溶解氧的影響 由于氣泡主要靠攪拌器打散，與分布管小孔直徑大小無關(guān)，以往使用的多孔環(huán)形管效果很差，因為多數(shù)氣泡從小孔逸出后，則沿罐壁上升而沒有經(jīng)受攪拌葉的分散作用，而且小孔易受菌絲堵塞引起空氣分布不勻，甚至造成死角引起染菌。因此還以單孔管效果較好。2022-3-25 4培養(yǎng)液物理性質(zhì)對溶解氧的影響 主要如粘度、菌絲濃度和表面張力、離子濃度等不斷變化，可影響培養(yǎng)液的湍動或混合程度

27、、氣泡的大小、穩(wěn)定性和溶解性，以及氣液交界液膜的阻力等，從而影響氧的溶解速度，降低通氣攪拌的效果。2022-3-25 5發(fā)酵罐內(nèi)液柱高度的影響 在空氣流量和單位液體體積消耗功率不變時，通風(fēng)效率是隨著發(fā)酵內(nèi)HD（H液柱高度D發(fā)酵罐直徑）的增大而增大，一般以HD=23較好，如HD=2比HD=1時通風(fēng)效果增加1.4倍。2022-3-25應(yīng)說明的幾點是：應(yīng)說明的幾點是：應(yīng)說明的幾點是： （1）在發(fā)酵過程中，若有定期補料、加前體、加消泡油或停止攪拌等操作都會引起溶解氧的變化。 （2）在固體厚層通風(fēng)制曲的中、后期，菌絲生長結(jié)塊時，呼吸強度很大。這時往往也是產(chǎn)酶的高峰期，但在冬天室內(nèi)保溫設(shè)備不完善，生產(chǎn)時室

28、溫低于20，為了保持品溫而實行間歇通風(fēng)或干脆停風(fēng)來保持品溫不致下降，這種操作是十分危險的，應(yīng)該以室溫促品溫，利用室內(nèi)循環(huán)連續(xù)通風(fēng)以保證微生物有足夠的氧氣。 （3）在傳統(tǒng)發(fā)酵法中經(jīng)常采用打耙、翻缸、倒醅、封缸、料醅疏松或壓緊、開窗換氣等措施來提高氧的供給量。 （4）溶氧測定有很多方法，過去主要有亞硫酸鹽法、取樣法和排氣法。目前多采用溶氧電極法。2022-3-25四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制2022-3-25四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與

29、控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制四、發(fā)酵過程中泡沫形成與控制 （一）影響泡沫消長的一些因素 1與通氣攪拌的強烈程度有關(guān)，而攪拌所引起的泡沫比通氣大得多，特別是高速攪拌（300L/L以上）和大風(fēng)量的影響更大。 2和培養(yǎng)基配比及原材料組成有關(guān)。蛋白胨、玉米漿、花生餅粉、黃豆餅粉、酵母粉是主要的起泡因素。2022-3-25 3培養(yǎng)基破壞：滅菌后，糖氮受到一定程度的破壞，特別是在高溫下產(chǎn)生的氨基糖之類的有毒物質(zhì)，使菌體生長受影響，嚴(yán)重的會引起菌絲自溶，泡沫大量產(chǎn)生。 4和菌種與接種量有關(guān)：在發(fā)酵食品生產(chǎn)過程中，前期是發(fā)酵的關(guān)鍵，而前期培養(yǎng)失敗除雜

30、菌污染等因素外，往往是由于菌種生長慢，并受大量泡沫干擾而導(dǎo)致一系列不正?，F(xiàn)象。如果菌種生長速度快，培養(yǎng)基中可溶性含氮物易被菌體吸收利用，可減少泡沫產(chǎn)生的機會，所以可考慮必要時應(yīng)當(dāng)提高罐溫，加大接種量。2022-3-25 5培養(yǎng)液本身性質(zhì)的變化：發(fā)酵初期泡沫較穩(wěn)定與表面粘度高和表面張力低有關(guān)，隨著發(fā)酵過程的進(jìn)行，表面粘度下降，表面張力上升，泡沫壽命逐漸縮短，這是由于微生物胞外酶把造成泡沫穩(wěn)定的物質(zhì)如蛋白質(zhì)等逐步降解的結(jié)果。后期由于菌體自溶等原因造成蛋白質(zhì)的增加，又會產(chǎn)生泡沫。 6染菌后粘度增加，易產(chǎn)生泡沫。 7培養(yǎng)基滅菌方法與泡沫形成也有關(guān)系。在實罐滅菌操作中如形成罐內(nèi)壓力驟然降低也會形成泡沫。

31、連續(xù)滅菌也比實罐滅菌容易引起泡沫。2022-3-25（二）泡沫的檢測（二）泡沫的檢測（二）泡沫的檢測（二）泡沫的檢測（二）泡沫的檢測（二）泡沫的檢測 最簡單的檢測是定時在發(fā)酵罐視孔上觀察泡沫產(chǎn)生情況，發(fā)現(xiàn)泡沫持續(xù)上升時，開啟消泡劑貯罐的閥門，流加少量消泡劑，使泡沫消失即可。2022-3-25（三）泡沫的消除（三）泡沫的消除（三）泡沫的消除（三）泡沫的消除（三）泡沫的消除（三）泡沫的消除 可分為機械消泡和化學(xué)劑消泡兩大類。 1機械消泡 這是一種物理作用，靠機械的強烈振動和壓力的變化使氣泡破滅，機械消泡法有多種，一種是在罐內(nèi)將泡沫消除；另一種將泡沫引出罐外，泡沫消除后，將液體再回到罐內(nèi)去。2022

32、-3-25 2化學(xué)消泡 其機理大致有兩個：一是等泡沫的表層存在著極性的表面活性物質(zhì)而形成雙電層時，可以加入另一種存在反電荷的表面活性劑來降低它的機械強度，促使泡沫破裂，或添加一種具有強極性的物質(zhì)和發(fā)泡劑爭奪液沫上的空間使液膜破裂。二是當(dāng)泡沫的液膜有較大的表面粘度時，可加入某些分子內(nèi)聚力較小的物質(zhì)，以降低液膜的表面粘度，從而使液膜的液體流失而使泡沫破裂。 一種優(yōu)良的化學(xué)消泡劑，最好同時具有上述兩種性能。此外為了使消沫劑易于散布在泡沫面上，消沫劑最好有較小的表面張力，即盡量采用水溶性較小、表面張力較小的一類消沫劑。2022-3-25 發(fā)酵工業(yè)中常用的消沫劑有兩類：天然油脂類和化學(xué)合成類。油脂在發(fā)酵

33、工業(yè)中不僅用于消沫，并可作為發(fā)酵中碳源和中間控制的手段?；瘜W(xué)合成消沫劑，如聚氧丙基甘油醚、聚氧乙烷丙烷甘油醚，這一類化學(xué)合成消沫劑通稱“泡敵”。添加量為培養(yǎng)基總體積的0.02%0.035%，其消泡能力為植物油的815倍。其它如十八醇、聚二醇、硅樹脂類、二甲基硅樹脂油等等。2022-3-25選擇消泡劑的依據(jù)選擇消泡劑的依據(jù)選擇消泡劑的依據(jù)選擇消泡劑的依據(jù)選擇消泡劑的依據(jù)選擇消泡劑的依據(jù) 對發(fā)酵過程無毒，對人、畜無害和不影響酶的生物合成。 消泡作用迅速，效果高和持久性能好 能耐高壓蒸氣滅菌而不變性，在滅菌溫庫下對設(shè)備無腐蝕性或不形成腐蝕性產(chǎn)物。 不影響以后的提取過程。 消沫劑的來源多，價格低，添加

34、裝置簡單。 不干擾分析系統(tǒng)，如溶解氧、pH測定儀的探頭。 最好還能做到不影響氧的傳遞。2022-3-25 五、發(fā)酵過程中的中間補料五、發(fā)酵過程中的中間補料五、發(fā)酵過程中的中間補料五、發(fā)酵過程中的中間補料五、發(fā)酵過程中的中間補料五、發(fā)酵過程中的中間補料 （一）補料內(nèi)容 補料內(nèi)容大致可以分為以下四個方面： 1補充碳源，如葡萄糖、飴糖、淀粉、糊精等。 2補充氮源，如蛋白胨、玉米漿、尿素、酵母粉等有機氮及氨水，硫酸銨、磷酸氫二銨、磷酸銨、硝酸銨、硝酸鉀等。 3補充無機鹽，微量元素類前體物質(zhì)或促進(jìn)劑等，如磷酸鹽、硫酸鋅、硫酸錳、氯化鈷、氯化鈣、半胱氨酸、陰陽離子型表面活性劑等。 4補全料和全水，這是行之

35、有效的常用方法，可以改善通風(fēng)攪拌效果，提高發(fā)酵罐的溶解氧，還可以增加發(fā)酵罐的單罐產(chǎn)量。 2022-3-25 （二）補料的原則 雖然發(fā)酵產(chǎn)品不同，但補料原則大致相似。一般要根據(jù)微生物生長代謝規(guī)律，發(fā)酵產(chǎn)品的合成途徑，還要結(jié)合長期積累的豐富實踐經(jīng)驗，通過中間補料措施適當(dāng)控制和掌握發(fā)酵條件，從而獲得高產(chǎn)。2022-3-25 （三）注意事項 料液配比要適當(dāng)，過濃會影響滅菌及料液運輸，過稀則發(fā)酵單位被稀釋，液面上升，消泡油用量增加等。由于經(jīng)常添加物料，應(yīng)注意無菌控制，注意培養(yǎng)基的碳氮平衡，注意經(jīng)濟核算，節(jié)約糧食。2022-3-25六、發(fā)酵過程的污染及控制六、發(fā)酵過程的污染及控制六、發(fā)酵過程的污染及控制六

36、、發(fā)酵過程的污染及控制六、發(fā)酵過程的污染及控制六、發(fā)酵過程的污染及控制 （一）染菌分析 在發(fā)酵生產(chǎn)中往往因為生產(chǎn)環(huán)節(jié)很多，同時由于各工廠的設(shè)備、產(chǎn)品種類、技術(shù)水平不盡相同，引起染菌的原因也比較復(fù)雜，因此我們必須對染菌的情況做具體分析，不至于盲目尋找而耽誤了生產(chǎn)，也不至于將染菌的真正原因遺漏而造成連續(xù)染菌事故。據(jù)日本抗菌素生產(chǎn)統(tǒng)計，染菌是以設(shè)備滲漏和空氣系統(tǒng)有菌為主，但各工廠因產(chǎn)品品種、操作技術(shù)熟練程度、技術(shù)水平不同不能一概而論，必須認(rèn)真尋找染菌的確實證據(jù)。2022-3-25 1染菌的規(guī)模 （1）大批發(fā)酵罐染菌，而且污染的都是同一種菌，一般污染來源是空氣系統(tǒng)的問題。 （2）部分發(fā)酵罐染菌，即生產(chǎn)同一產(chǎn)品的罐染菌。如在發(fā)酵前期產(chǎn)生可能是種子帶菌或連續(xù)消毒系統(tǒng)滅菌不徹底，中后期產(chǎn)生則可能是中間補料滅菌不徹底或補料管路滲漏。 （3）個別發(fā)酵罐連續(xù)染菌，這大都是由于設(shè)備問題造成的，如閥門滲漏或罐體腐蝕磨損，尤其是冷卻管穿孔等。2022-3-25 2染菌的形態(tài) 顯微鏡下染菌形態(tài)是判斷染菌原因的重要依據(jù)，一般認(rèn)為污染芽孢桿菌是由于設(shè)備死角或培養(yǎng)液（原料）滅菌不徹底造成的。2022-3-25 （二）種子帶菌 種子帶菌是發(fā)酵前期染菌的原因之一?？梢悦看谓臃N后留少量種子懸液進(jìn)行肉湯培養(yǎng)、平板劃線培養(yǎng)，借以說明是否種子帶菌。2022-3-25 （三）其他 食品發(fā)酵大部分屬于自然發(fā)酵，或者