發(fā)酵工程8發(fā)酵過程控制

1、第八章發(fā)酵過程控制本章內(nèi)容發(fā)酵過程控制概述溫度對發(fā)酵的影響及其控制pH對發(fā)酵的影響及其控制溶解氧對發(fā)酵的影響及其控制CO2和呼吸商對發(fā)酵的影響及其控制基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及補料控制通氣攪拌對發(fā)酵的影響及其控制泡沫對發(fā)酵的影響及其控制高密度發(fā)酵及過程控制發(fā)酵終點的檢測與控制自動控制技術(shù)在發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用發(fā)酵過程控制概述1. 過程控制的重要性2. 發(fā)酵過程控制的一般步驟3. 參數(shù)檢測1. 過程控制的重要性過程控制的意義：最佳工藝條件的優(yōu)選（即最佳工藝參數(shù)的確定）以及在發(fā)酵過程中通過過程調(diào)節(jié)達到最適水平的控制。決定發(fā)酵單位(水平)的因素外部環(huán)境因素工藝條件生物因素設(shè)備性能：傳遞性能菌株特性(營養(yǎng)

2、要求、生長速率、 呼吸強度、產(chǎn)物合成速率)物理：n、T、Ws化學(xué)：pH、DO、濃度2. 發(fā)酵過程控制的一般步驟 確定能反映過程變化的各種理化參數(shù)及其檢測方法 研究這些參數(shù)的變化對發(fā)酵生產(chǎn)水平的影響及其機制，獲取最適水平或最佳范圍建立數(shù)學(xué)模型定量描述各參數(shù)之間隨時間變化的關(guān)系通過計算機實施在線自動檢測和控制，驗證各種控制模型的可行性及其適用范圍，實現(xiàn)發(fā)酵過程最優(yōu)控制 3. 參數(shù)檢測代謝參數(shù)按性質(zhì)可分為三類：生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌體濃度、菌體比生長速率、呼吸強度、攝氧率、關(guān)鍵酶活力等物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓、空氣流量、溶解氧、表觀粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、

3、磷）、 pH、產(chǎn)物濃度、核酸量等參數(shù)按獲取方式可分為兩類： 直接參數(shù)：如T、pH、罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、溶氧濃度等間接參數(shù)：將直接參數(shù)通過公式計算獲得的。如攝氧率()、呼吸強度(QO2)、比生長速率（) 、體積溶氧系數(shù)(KLa)、呼吸商(RQ)等。參數(shù)的測量形式：離線測量：基質(zhì)（糖、脂類、無機鹽等）、前體和代謝產(chǎn)物（抗生素、酶、有機酸、氨基酸等）在線測量：如T 、pH、DO、溶解CO2、尾氣CO2、黏度、攪拌轉(zhuǎn)速等優(yōu)點：及時、省力，可從繁瑣操作中解脫出來，便于計算機控制。 困難：傳感器要求較高。對傳感器的要求：能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；探頭材料不易老化，使用壽命長；傳感器及其二次儀表具有長期穩(wěn)定

4、性；最好能在過程中隨時校正，靈敏度好；解決探頭敏感部位被物料（反應(yīng)液）粘住、堵塞 問題；安裝使用和維修方便；價格合理，便于推廣。 溫度測量 感溫元件：熱電偶（溫度信號 電信號） 二次儀表：將熱電偶輸出的電信號轉(zhuǎn)換成 被測介質(zhì)的溫度值參數(shù)檢測方法攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌功率的測量攪拌轉(zhuǎn)速：磁感應(yīng)式，光感應(yīng)式， 測速電機；攪拌功率：功率表空氣流量測定體積流量型： 會引起流體能量損失，受溫度和壓力變化的影響； 同心孔板壓差式流量計； 轉(zhuǎn)子流量計。質(zhì)量流量型： 根據(jù)流體固有性質(zhì)（質(zhì)量、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性能）設(shè)計的流量計。罐壓測量 壓力表 壓力傳感器 pH測量 復(fù)合pH電極 pH測量儀器溶解氧的測量 化學(xué)法 極譜法

5、 復(fù)膜氧電極法 復(fù)膜氧電極示意圖（a）極譜型 （b）原電池型細胞濃度的測量 化學(xué)法：如DNA、RNA分析等 物理法：如重量分析、分光光度分析、 濁度分析等新技術(shù)：以電容法為測量原理的在線 活細胞濃度測量傳感器 原位活細胞在線檢測儀溫度對發(fā)酵的影響及其控制1. 影響發(fā)酵溫度的因素2. 溫度對微生物生長的影響3. 溫度對基質(zhì)消耗的影響4. 溫度對產(chǎn)物合成的影響5. 最適溫度的選擇與控制 影響發(fā)酵溫度的因素(1)發(fā)酵熱發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的熱量，叫做發(fā)酵熱。 Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q輻射 (2) 生物熱來源 ：微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的分解所釋放的能量影響因素：菌株發(fā)酵時期培養(yǎng)基成分 生物熱與其它參數(shù)

6、的關(guān)系 呼吸強度QO2 糖利用速率當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達到高峰時，菌的呼吸強度最大，糖的利用速率也最大，可用耗氧量、糖耗來衡量生物熱。2. 溫度對微生物生長的影響當(dāng)時，可忽略，微生物處于生長狀態(tài)。、皆與T有關(guān)，其關(guān)系均可用阿累尼烏斯公式描述：EE 死亡速率比生長速率對溫度變化更為敏感。嗜冷、嗜中溫、嗜熱菌的典型生長與溫度關(guān)系在其最適溫度范圍內(nèi)，生長速率隨溫度升高而增加，當(dāng)溫度超過最適生長溫度，生長速率隨溫度增加而迅速下降。 不同生長階段的微生物對溫度的反應(yīng)不同 處于延遲期的細菌對溫度的影響十分敏感。對于對數(shù)生長期的細菌，如果在略低于最適溫度的條件下培養(yǎng)，即使在發(fā)酵過程中升溫，則升溫的破壞作用較弱。

7、處于生長后期的細菌，其生長速度一般主要取決于溶解氧，而不是溫度。 Righelato假定：m維持因子，即生長速率為零時的葡萄糖的消耗。m項與滲透壓調(diào)節(jié)、代謝產(chǎn)物的生成、遷移性及除繁殖以外的其它生物轉(zhuǎn)化等過程所需的能量有關(guān)。這些過程受溫度的影響，所以m也和溫度相關(guān)。B生長系數(shù)，即同一生長速率下的糖耗，B值越大，說明同樣比生長速率下，用于純粹生長的糖耗越大。 改變溫度可以控制qs和 3. 溫度對基質(zhì)消耗的影響(1) 糖比消耗速率qs（2）T對B、m和的影響 qs一定：當(dāng)TTm時， m ， , B 底物轉(zhuǎn)化效率低當(dāng)T=Tm時，T(K)m溫度對B、m和不同qs下對值的影響4. 溫度對產(chǎn)物合成的影響影響

8、發(fā)酵過程中各種反應(yīng)速率，從而影響微生物的生長代謝與產(chǎn)物生成。 e.g. 青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素 青霉菌生長活化能E1=34kJ/mol 青霉素合成活化能E2=112kJ/mol 青霉素合成速率對溫度較敏感改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，間接影響菌的生物合成 。影響生物合成方向。 e.g. 四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌：T5.0：酵母形態(tài)變小，發(fā)酵液變黑，且污染大量細菌 pH0.5% 低pH6.8控制加糖 7% ， OTR逐漸至OTR=，即 ，高位平衡 當(dāng)處于高位平衡時，表明供氧性能好。高位平衡通常發(fā)生在正常情況的前、后期。平衡點分析：當(dāng)CL（如對數(shù)生長期很大）， ，OTRCm, 卷須霉素: 而有些菌株 Ccr

9、CCr，生產(chǎn)階段滿足CLCm。 （1）發(fā)酵異常指標發(fā)酵中污染雜菌，溶解氧發(fā)生異常變化。對于好氣性雜菌，溶解氧會一反往常在較短時間內(nèi)跌到零附近，跌零后長時間不回升。對于厭氣性雜菌，溶解氧升高。污染噬菌體或其它不明原因引起 發(fā)酵液變稀，此時溶解氧迅速上升。 操作故障或事故分析 谷氨酸正常發(fā)酵和異常發(fā)酵的溶解氧曲線正常發(fā)酵溶解氧曲線-異常發(fā)酵溶解氧曲線異常發(fā)酵光密度曲線（2）補料控制指標 中間補料是否得當(dāng)可以從溶解氧的變化看出。發(fā)酵過程中出現(xiàn)“發(fā)酸”現(xiàn)象，此時溶解氧很快下降。 （3）代謝方向控制指標 測量溶解氧可以確定CCr、Cm值通過溶氧測量可以掌握由好氣轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)的關(guān)鍵時機 e.g.天門冬酰胺

10、酶發(fā)酵：45%飽和度 在酵母以及其他微生物菌體的生產(chǎn)中，溶氧值是控制其代謝方向的最好的指標之一 。（4）設(shè)備性能、工藝合理性指標評價設(shè)備性能、工藝合理性的最終指標：發(fā)酵單位 設(shè)備反映供氧性能： 攪拌槳形式 葉片形式 攪拌器直徑d 攪拌檔數(shù)m和攪拌器間距s 檔板寬度w和檔板數(shù)z 通氣：空氣分布器的類型和位置 n，P/V 設(shè)備操作參數(shù) 罐壓 WS或VVM攪拌設(shè)備幾何參數(shù)（4）設(shè)備性能、工藝合理性指標工藝條件反映耗氧和供氧特征菌種性能：耗O2培養(yǎng)基性能：耗O2、供O2溫度：耗O2、供O2RQ（O2與CO2水平比較）：耗O2表面活性劑：耗O2、供O2改進工藝：控制補料速度、T 的調(diào)節(jié)、中間補水、 添加

11、表面活性劑等等 對現(xiàn)有發(fā)酵工廠進行技術(shù)改造 淺層次 修改設(shè)備和工藝 規(guī)模和控制水平上檔次 引入新型發(fā)酵類型 深層次 工藝的改進是否有效可通過溶解氧水平進行評價： P/V的改變對溶解氧和產(chǎn)量的影響 e.g.利福霉素發(fā)酵：5080h波谷階段，P/V，KLa，供氧；3W/L比1 W/L批號的發(fā)酵單位增加約900u/ml 攪拌轉(zhuǎn)數(shù)n 對溶解氧和產(chǎn)量的影響e.g.赤霉素發(fā)酵：15 50h期間，n從155 提高至180r/min， 赤霉素單位（1）溶解氧控制的一般原則 生長階段： 即可產(chǎn)物合成階段： 即可過高的溶氧水平反而對菌體代謝有不可逆的抑制作用（2）溶解氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一 控制原理發(fā)酵

12、過程中， 糖量 x , QO2 CL 糖量 QO2 CL 補糖使CL下降，而CL回升的快慢取決于供氧效率。對于一個具體的發(fā)酵，存在一個最適氧濃度（Cm）水平，補糖速率應(yīng)與其相適應(yīng)。 ，加大補糖速率 ，減小補糖速率實現(xiàn)用溶解氧水平控制補料速率 補糖速率控制在正好使生產(chǎn)菌處于所謂“半饑餓狀態(tài)”，使其僅能維持正常的生長代謝，即把更多的糖用于產(chǎn)物合成，并永遠不超過罐設(shè)計時的KLa水平所能提供的最大供氧速率。 控制原則（2）溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一 控制方法 溶氧和補糖控制系統(tǒng) 溶氧和pH控制的系統(tǒng) （2）溶氧控制作為發(fā)酵中間控制的手段之一 溶氧在加糖控制上的應(yīng)用溶氧與pH協(xié)同控制系統(tǒng)（3）溶

13、解氧控制的工藝方法：從供氧、需氧兩方面考慮 供氧方面：提高氧分壓（氧分含量），即 ，提高供氧能力改變攪拌轉(zhuǎn)速：通過改變KLa來提高供氧能力 通氣速率Ws ：Ws增加有上限，引起“過載”、泡沫提高罐壓： ，但同時會增加CO2的溶解度，影響pH及可能會影響菌的代謝，另外還會增加對設(shè)備的強度要求。 改變發(fā)酵液理化性質(zhì)（， ，Ii） 加消泡劑，補加無菌水，改變培養(yǎng)基成分改變KL改變溫度： ，提高推動力（C*CL）（3）溶解氧控制的工藝方法（續(xù)） 供氧方面：（3）溶解氧控制的工藝方法（續(xù)）耗氧方面 限制性基質(zhì)的流加控制（補料控制）：在OTR一定情況下，控制基質(zhì)濃度限制、x 限制 控制溶解氧（4）溶解氧自

14、動控制系統(tǒng)改變通氣速率的溶氧控制系統(tǒng) 改變攪拌轉(zhuǎn)速的溶氧控制系統(tǒng)改變通氣量、轉(zhuǎn)速、罐壓所組成的多參數(shù)溶氧控制系統(tǒng)溶解氧對被孢霉合成花生四烯酸 (AA) 的影響 溶氧量對AA產(chǎn)量的影響注：搖床轉(zhuǎn)速150r/min, 25 KLa越大，培養(yǎng)基中溶解氧越多, AA合成速度越快溶解氧控制對鳥苷產(chǎn)量的影響不同的DO控制條件下鳥苷積累的比較DO()：5，l0，20，30發(fā)酵過程 DO 變化與鳥苷 積累的關(guān)系DO 控制在1020，產(chǎn)物積累，鳥苷含量最高。DO在5和30，前期產(chǎn)物積累，但后期基本不增加.DO水平的超高階段(發(fā)酵周期28h44h)，鳥苷積累量基本不增加；調(diào)整DO 在適當(dāng)水平上，鳥苷積累量繼續(xù)上升

15、。 CO2和呼吸商對發(fā)酵的影響及其控制1. 定義 2. 發(fā)酵過程中CO2釋放率的變化3. CO2對發(fā)酵的影響 1. 定義 呼吸商（RQ）：指菌體呼吸過程中，CO2釋放率和菌的耗 氧速率之比，RQ反映菌的代謝情況。菌體耗氧速率 OUR，molO2/Lh 菌體CO2釋放率CER，molCO2/Lh（1）影響尾氣中CO2濃度的因素 通入空氣量： 呼吸強度：CO2溶解度：菌體量：（2）CER變化規(guī)律 CO2積累量漸增，與x曲線對應(yīng)，基本類似S型曲線變化；當(dāng)工藝和設(shè)備參數(shù)一定的情況下，CER與x有比例關(guān)系（CER菌體生長速率）；CO2濃度變化與O2濃度變化成反向同步關(guān)系。CERdt，菌體干重的時間曲線1

16、- CERdt；2-菌量（3）CER的測量與計算 測量方法：熱導(dǎo)、紅外分析儀、質(zhì)譜儀計算 （1）研究參數(shù)CO2的意義 作為代謝產(chǎn)物或中間前體，尾氣中CO2積累與生物量 成正比，通過C質(zhì)量平衡估算生長速率和細胞量。高濃度CO2對發(fā)酵多表現(xiàn)為抑制作用，應(yīng)實施測量與 控制；尾氣CO2不僅直接反映代謝情況，而且和其它參數(shù)及補料操作密切相關(guān)，可作為工藝優(yōu)化的指標。 （2）CO2對細胞的作用機制“麻醉”作用 CO2及HCO3-都會影響細胞膜的結(jié)構(gòu)，使膜的流動性及表面電荷密度發(fā)生變化，導(dǎo)致許多基質(zhì)的跨膜運輸受阻，影響了細胞膜的運輸效率，使細胞處于“麻醉”狀態(tài)，細胞生長受到抑制，形態(tài)發(fā)生改變。 （3）CO2對

17、菌體生長及產(chǎn)物形成的影響 CO2, 基質(zhì)分解速率，ATP ，中間產(chǎn)物或形態(tài)變異導(dǎo)致產(chǎn)量高濃度CO2抑制作用的獨立性: 只要CO2在培養(yǎng)液中濃度過量，即使供氧充足（CLCCr），CO2的抑制作用不能解除，這種負作用在放大過程更明顯。正確評價通氣的作用：供氧：排廢氣：水分及揮發(fā)性組分的散失 （4）CO2釋放與發(fā)酵過程參數(shù)pH及操作參數(shù)補糖速率的關(guān)系在青霉素發(fā)酵中補糖將引起排氣CO2增加，同時pH下降。 糖、CO2、pH三者的相關(guān)性，被青霉素工業(yè)生產(chǎn)上用于補料控制的參數(shù)，并認為排氣CO2的變化比pH變化更為敏感，所以測定排氣CO2釋放率 （CER）來控制補糖速率。 補糖與溶氧及pH協(xié)同控制補糖速率與

18、CER控制 補糖對排氣CO2和pH的影響（4）尾氣CO2與O2的相關(guān)性 相關(guān)程度表示：尾氣CO2與O2相關(guān)性：反向同步關(guān)系呼吸商（RQ）與發(fā)酵的關(guān)系不同菌株、同一菌株不同代謝途徑、同一菌株利用不同基質(zhì)、同一菌株在不同發(fā)酵階段，RQ值不相同。RQ值可以表征發(fā)酵狀況。 青霉素發(fā)酵不同階段： 菌體生長階段：RQ0.909 維持階段：RQ=1 生產(chǎn)階段：RQ=4如果產(chǎn)物的還原性比基質(zhì)大時，其RQ值就增加；反之，當(dāng)產(chǎn)物的氧化性比基質(zhì)大時，RQ值就要減少，其偏離程度決定于單位菌體利用基質(zhì)形成產(chǎn)物的量。 產(chǎn)物形成對RQ影響最大基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及其控制1. 基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響 2. 補料控制（1） 基質(zhì)

19、濃度對微生物生長的影響sKS情況下，比生長速率與基質(zhì)濃度呈直線關(guān)系：一般情況下符合Monod方程式基質(zhì)濃度高時 (2) 基質(zhì)濃度對產(chǎn)物合成的影響低濃度限制低水平誘導(dǎo)高濃度抑制及分解阻遏作用e.g.葡萄糖氧化酶發(fā)酵：葡萄糖用量從8%降至6%，補入2%氨基乙酸或甘油，使酶活力分別提高26%或6.7%。 谷氨酸發(fā)酵（乙醇為碳源）：當(dāng)乙醇濃度為2.5g/L和35g/L時，可延長谷氨酸生產(chǎn)時間，但在更高濃度下，菌體生長受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量降低。（1）補料的目的解除基質(zhì)過濃的抑制解除產(chǎn)物的反饋抑制解除分解代謝物阻遏作用避免因一次性投糖過多造成細胞大量生長，耗氧過多而造成波谷現(xiàn)象。在生產(chǎn)上，補料還經(jīng)常作為糾

20、正異常發(fā)酵的一個重要手段。（2）補料的內(nèi)容 補充微生物能源和碳源 補充菌體所需要的氮源 補充微量元素或無機鹽 添加前體、誘導(dǎo)劑等（3）補料的原則中間補料的數(shù)量為基礎(chǔ)料的13倍 。補料的原則就在于控制微生物的中間代謝，使之向著有利于產(chǎn)物積累的方向發(fā)展。現(xiàn)有的各種補料措施都是通過實驗方法確定的。 大多數(shù)補料分批發(fā)酵均補加生長限制性基質(zhì)以經(jīng)驗數(shù)據(jù)或預(yù)測數(shù)據(jù)控制流加；用傳感器直接測定限制性基質(zhì)的濃度，直接控制流加；以溶氧、pH、RQ、排氣中CO2分壓及代謝物質(zhì)濃度等參數(shù)間接控制流加；以物料平衡方程，通過傳感器在線測定的一些參數(shù)計算限制性基質(zhì)的濃度，間接控制流加。（4）補料控制的策略（5）反饋控制參數(shù)的

21、確定為了有效地進行中間補料，必須選擇恰當(dāng)?shù)姆答伩刂茀?shù)，以及了解這些參數(shù)與微生物代謝、菌體生長、基質(zhì)利用以及產(chǎn)物形成之間的關(guān)系。 e.g. 谷氨酸發(fā)酵 在谷氨酸發(fā)酵過程中的某階段，生產(chǎn)菌的攝氧率和基質(zhì)消耗速率之間存在著線性關(guān)系。K=1.51K=1.75K=2.16谷氨酸發(fā)酵中K值對糖濃度的控制的影響（6）補料速率的確定優(yōu)化補料速率是補料控制中十分重要的一環(huán)，補料速率要根據(jù)微生物對營養(yǎng)等的消耗速率及所設(shè)定的培養(yǎng)液中最低維持濃度而定。補糖速率最佳點與設(shè)備的供氧能力有關(guān)。 e.g.青霉素發(fā)酵：KLa大的設(shè)備補料速率相應(yīng)大些；供氧低的設(shè)備，補料速率相應(yīng)減少，產(chǎn)量比供氧能力好的設(shè)備降低23。（7）實例：

22、四環(huán)素發(fā)酵中的補糖控制補糖時間對四環(huán)素發(fā)酵單位的影響補糖時間適當(dāng) （ 45h后加）補糖時間過晚 （62h開始加） 補糖時間過早 （20h后加） 維持不同還原糖水平的四環(huán)素發(fā)酵中流加補糖的作用補糖對四環(huán)素發(fā)酵的影響 在最適補加葡萄糖的條件下，能正確控制菌絲量的增加、糖的消耗與發(fā)酵單位增長三者之間的關(guān)系，就可獲得比采用豐富培養(yǎng)基時更長的生物合成期。 維持不同還原糖水平的四環(huán)素發(fā)酵中流加補糖的作用泡沫對發(fā)酵的影響及其控制1. 泡沫的產(chǎn)生及其影響2. 發(fā)酵過程中泡沫的消長規(guī)律3. 泡沫的控制1. 泡沫的產(chǎn)生及其影響泡沫的產(chǎn)生 通氣和攪拌 代謝氣體的逸出 存在穩(wěn)定泡沫的表面活性物質(zhì)1. 泡沫的產(chǎn)生及其影

23、響泡沫的類型一類存在于發(fā)酵液的液面上。這類泡沫氣相所占比例特別大，并且泡沫與它下面的液體之間有能分辨的界線。如在某些稀薄的前期發(fā)酵液或種子培養(yǎng)液中所見的泡沫。另一類出現(xiàn)在粘稠的菌絲發(fā)酵液當(dāng)中。這種泡沫分散很細，而且很均勻，也較穩(wěn)定。泡沫與液體間沒有明顯的波面界限，在鼓泡的發(fā)酵液中氣體分散相占的比例由下而上地逐漸增加。泡沫的不利影響降低了發(fā)酵罐的裝料系數(shù) 增加了菌群的非均一性增加了染菌機會 大量起泡引起“逃液”，導(dǎo)致產(chǎn)物的損失 泡沫嚴重時會影響通氣攪拌的正常進行消泡劑的加入將給提取工序帶來困難1. 泡沫的產(chǎn)生及其影響2.發(fā)酵過程中泡沫的消長規(guī)律影響因素通氣攪拌的強度培養(yǎng)基的配比及原材料組成培養(yǎng)基

24、的滅菌方法和操作條件微生物代謝活動造成發(fā)酵液性質(zhì)變化染菌 霉菌發(fā)酵過程中培養(yǎng)液的性質(zhì)與泡沫的關(guān)系3. 泡沫的控制 （1）機械消泡（2）化學(xué)消泡 （3）從微生物本身特性著手，防止泡沫形成 篩選不產(chǎn)生泡沫的微生物突變株 幾種微生物混合培養(yǎng) （1）機械消泡原理：靠機械力引起強烈振動或者壓力變化，促使泡沫破裂，或借機械力將排出氣體中的液體加以分離回收。優(yōu)缺點優(yōu)點：不需引入外來物質(zhì)，可節(jié)省原材料，減少 污染機會，并可減少培養(yǎng)液性質(zhì)復(fù)雜化的程度。缺點：不如化學(xué)消泡迅速可靠，需要一定的設(shè)備和消耗一定的動力；不能從根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素 （1）機械消泡機械消泡裝置的選擇依據(jù)動力小結(jié)構(gòu)簡單 堅固耐用 清洗

25、、殺菌容易 維修保養(yǎng)費用少 機械消泡方法 罐內(nèi)消泡：耙式消泡槳、旋轉(zhuǎn)圓板式、氣流吸入式、沖擊反射板式、碟式及超聲波等機械消泡裝置。罐外消泡：旋轉(zhuǎn)葉片式、噴霧式、離心式及轉(zhuǎn)向板式等機械消泡裝置。 （1）機械消泡（2）化學(xué)消泡消泡機理當(dāng)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，可以加入一種具有相反電荷的表面活性劑，以降低泡沫的機械強度；或加入某些具有強極性的物質(zhì)與發(fā)泡劑爭奪液膜上的空間，降低液膜強度，導(dǎo)致泡沫破裂。當(dāng)泡沫的液膜具有較大的表面粘度時，可以加入某些分子內(nèi)聚力較小的物質(zhì)，以降低液膜的表面粘度，使液膜的液體流失，導(dǎo)致泡沫破裂。（2）化學(xué)消泡化學(xué)消泡的優(yōu)點來源廣泛作用迅速可靠，消泡效

26、率高 不需改造現(xiàn)有設(shè)備 容易實現(xiàn)自動控制 消泡劑選擇的依據(jù)必須是表面活性劑，且具有較低的表面張力，消泡作用 迅速，效率高。對氣液界面的散布系數(shù)足夠大，具有一定的親水性。在水中的溶解度較小，以保持其持久的消泡或抑泡性能。對發(fā)酵過程無毒，對人、畜無害，不被微生物同化，對菌 體生長和代謝無影響，不影響產(chǎn)物的提取和產(chǎn)品質(zhì)量。不干擾溶解氧、pH等測定儀表使用，最好不影響氧的傳遞。能耐高壓蒸氣滅菌而不變性，對設(shè)備無腐蝕性影響來源方便，價格便宜。 常用的消泡劑種類天然油脂類:玉米油、米糠油、豆油、棉子油、魚油及豬油 高碳醇、脂肪酸和酯類:如十八醇、聚二醇 聚醚類:聚氧丙烯甘油,聚氧乙烯氧丙烯甘油（又稱泡敵）硅酮類（聚硅油類） 聚二甲基硅氧烷及其衍生物 ：適用于放線菌和細菌發(fā)酵 羥基聚二甲基硅氧烷 ：曾用于青霉素和土霉素發(fā)酵氟化烷烴: 具有極其小的表面能消泡劑的應(yīng)用 消泡劑的消泡效果與使用方式密切相關(guān)消泡劑的分散可借助于機械方法，也可加入某種稱為載體或分散劑的物質(zhì)，將消泡劑乳化成細小液滴消泡作用的持久性：本身性能，加入量及時機使用天然油脂時應(yīng)注意一次不能加得太多 消泡劑對細胞的生理有重要的影響 在應(yīng)用消泡劑之前需作比較性試驗消泡劑應(yīng)制成乳濁液，并且不被同化，消耗最少高密度發(fā)酵及過程控制1. 高密度發(fā)酵2.高密