發(fā)酵工程第九章發(fā)酵過程控制

發(fā)酵工程第九章發(fā)酵過程控制第一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五

本章內(nèi)容一、概述二、代謝調(diào)控在發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用三、溫度對發(fā)酵的影響及其控制四、pH對發(fā)酵的影響及其控制五、溶解氧對發(fā)酵的影響及其控制六、CO2和呼吸商對發(fā)酵的影響及其控制七、基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響及補(bǔ)料控制八、高密度發(fā)酵及過程控制九、泡沫對發(fā)酵的影響及其控制十、自動控制技術(shù)在發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用第二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五1.

過程控制的重要性

菌株特性(營養(yǎng)要求、生長速率、呼吸強(qiáng)度、產(chǎn)物合成速率)

傳遞性能物理：n、T、Ws

化學(xué)：pH、DO、濃度

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(dá)到最適水平的

控制。

決定發(fā)酵單位(水平)的因素理化因素工藝條件生物因素：設(shè)備性能：第三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五2.

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(jī)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(jī)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

第四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五3.

參數(shù)檢測代謝參數(shù)按性質(zhì)可分為三類：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、磷）、pH、產(chǎn)物濃度等生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌體濃度、菌體比生長速率、呼吸強(qiáng)度、攝氧率、關(guān)鍵酶活力等第五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五3.參數(shù)檢測參數(shù)按獲取方式可分為兩類：

如T、pH、罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、溶氧濃度等如攝氧率(γ)、呼吸強(qiáng)度(QO2)、比生長速率（μ)、體積溶氧系數(shù)(KLa)、呼吸商(RQ)等。直接參數(shù)：

間接參數(shù)：將直接參數(shù)通過公式計算獲得的參數(shù)，第六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五3.

參數(shù)檢測參數(shù)的測量形式離線測量：基質(zhì)（糖、脂類、無機(jī)鹽等）、前體和代謝產(chǎn)物（抗生素、酶、有機(jī)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(jī)控制。困難：傳感器要求較高。

第七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五對傳感器的要求能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；傳感器及其二次儀表具有長期穩(wěn)定性；最好能在過程中隨時校正，靈敏度好；探頭材料不易老化，使用壽命長；安裝使用和維修方便；解決探頭敏感部位被物料（反應(yīng)液）粘住、堵塞問題；價格合理，便于推廣。3.

參數(shù)檢測第八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五3.

參數(shù)檢測參數(shù)檢測方法溫度測量

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)的溫度第九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五參數(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(jī)；攪拌功率：功率表，測定力矩求功率法。3.

參數(shù)檢測第十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五3.

參數(shù)檢測參數(shù)檢測方法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；①同心孔板壓差式流量計；②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。第十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五參數(shù)檢測方法罐壓測量壓力表壓力傳感器

3.參數(shù)檢測第十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五參數(shù)檢測方法料液計量與液位控制壓差法：H=（△P2/△P1）·△H

直接重量測量法：直接稱重體積計量法：計算進(jìn)出料液流量計量法：計算流量和時間液位探針3.

參數(shù)檢測第十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五參數(shù)檢測方法發(fā)酵液粘度測定毛細(xì)管粘度計回轉(zhuǎn)式粘度計渦輪旋轉(zhuǎn)粘度計3.

參數(shù)檢測第十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五參數(shù)檢測方法pH測量復(fù)合pH電極

pH測量儀器

3.

參數(shù)檢測第十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五參數(shù)檢測方法溶解氧的測量化學(xué)法極譜法復(fù)膜氧電極法

3.

參數(shù)檢測復(fù)膜氧電極示意圖（a）極譜型（b）原電池型第十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五參數(shù)檢測方法溶解二氧化碳測量復(fù)膜式電極法滲透膜—碳酸氫鈉法發(fā)酵尾氣的在線分析

CO2分析

O2分析3.

參數(shù)檢測第十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五參數(shù)檢測方法細(xì)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(xì)胞濃度測量傳感器

3.

參數(shù)檢測原位活細(xì)胞在線檢測儀第十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)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.溫度對產(chǎn)物合成的影響4.最適溫度的選擇與控制

第十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五(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

第二十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五(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：菌株培養(yǎng)基成分發(fā)酵時期

生物熱與其它參數(shù)的關(guān)系

①呼吸強(qiáng)度QO2②糖利用速率當(dāng)產(chǎn)生的生物熱達(dá)到高峰時，菌的呼吸強(qiáng)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。第二十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五嗜冷、嗜中溫、嗜熱菌的典型生長與溫度關(guān)系2.溫度對微生物生長的影響第二十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五2.溫度對微生物生長的影響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(xì)菌對溫度的影響十分敏感。對于對數(shù)生長期的細(xì)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。處于生長后期的細(xì)菌，其生長速度一般主要取決于溶解氧，而不是溫度。第二十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五3.溫度對產(chǎn)物合成的影響影響發(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第二十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五改變發(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：T<30℃，產(chǎn)生金霉素；T達(dá)35℃，產(chǎn)生四環(huán)素；谷氨酸發(fā)酵中擴(kuò)展短桿菌：30℃培養(yǎng)后37℃發(fā)酵，積累過量乳酸。

溫度對菌的調(diào)節(jié)機(jī)制關(guān)系密切。3.溫度對產(chǎn)物合成的影響第二十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五3.溫度對產(chǎn)物合成的影響影響酶系組成及酶的特性。米曲霉制曲：溫度控制在低限，有利于蛋白酶合成凝結(jié)芽孢桿菌的α-淀粉酶熱穩(wěn)定性：55℃培養(yǎng)→90℃保持60min，剩留活性為88%~99%；35℃培養(yǎng)→經(jīng)相同條件處理，剩余活性僅有6%~10%。第二十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五4.最適溫度的選擇與控制定義：最適溫度是指在該溫度下最適于菌的生長或產(chǎn)物的生成，它是一種相對概念，是在一定條件下測得的結(jié)果。二階段發(fā)酵

e.g.青霉素發(fā)酵：菌體生長期,30℃

青霉素合成分泌期,20℃第二十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五最適溫度的選擇還要參考其它發(fā)酵條件靈活掌握通氣條件較差情況下，最適發(fā)酵溫度可能比正常良好通氣條件下低一些。培養(yǎng)基成分和濃度的影響4.最適溫度的選擇與控制第二十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五變溫培養(yǎng)：在抗生素發(fā)酵過程中采用變溫培養(yǎng)比用恒溫培養(yǎng)所獲得的產(chǎn)物有較大幅度的提高。

e.g.四環(huán)素發(fā)酵：0~30h稍高溫度→30~150h稍低溫度→150h后升溫發(fā)酵青霉素發(fā)酵：30℃,5h→25℃,35h→20℃,85h

→25℃,40h；產(chǎn)量提高14.7％4.

最適溫度的選擇與控制第二十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五一、pH值對發(fā)酵過程的影響二、發(fā)酵過程中pH的變化及影響因素三、發(fā)酵過程中pH的控制第二節(jié)pH對發(fā)酵過程的影響及控制第三十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五發(fā)酵液中pH變化的基本原理微生物代謝對pH影響主要在兩種情況下發(fā)生：①酸性或堿性代謝產(chǎn)物的生成或釋放；②菌體對培養(yǎng)基中生理酸性或堿性物質(zhì)的利用。引起發(fā)酵液中pH下降的因素（1）C/N過高，或中間補(bǔ)糖過多，溶氧不足，致使有機(jī)酸積累，pH下降；（2）消泡劑加得過多：脂肪酸增加；（3）生理酸性鹽的利用；（4）酸性產(chǎn)物形成：如有機(jī)酸發(fā)酵。

第三十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五發(fā)酵液中pH變化的基本原理引起發(fā)酵液中pH上升的因素（1）C/N過低（N源過多），氨基氮（NH4＋）釋放；（2）中間補(bǔ)料中氨水或尿素等堿性物質(zhì)加入過多；（3）生理堿性鹽的利用；（4）堿性產(chǎn)物形成。第三十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五1.pH對發(fā)酵的影響(1)每一類微生物都有最適的和能耐受的pH范圍：如：細(xì)菌最適生長pH為6.3～7.5；霉菌最適生長pH4.0～5.8；酵母最適生長pH3.8～6.0；放線菌最適生長pH6.5～8.0。第三十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五1.pH對發(fā)酵的影響(2)微生物生長階段和產(chǎn)物合成階段的最適pH往往不同。如：丙酮丁醇產(chǎn)生菌，生長pH5.5～7.0，發(fā)酵pH4.3～5.3；青霉素的生長pH6.5～7.2，合成青霉素pH6.2～6.8。(3)同一種微生物在培養(yǎng)過程中pH不同，可以形成不同的發(fā)酵產(chǎn)物。如：黑曲霉在pH2～3時產(chǎn)檸檬酸，接近中性產(chǎn)草酸。第三十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五1.pH對發(fā)酵的影響(4)pH對微生物生長及產(chǎn)物生成的影響體現(xiàn)在：

①pH影響酶的活性當(dāng)pH選擇不當(dāng)，會抑制菌體中某些酶的活性，使菌體的新陳代謝受阻。②pH影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)改變細(xì)胞膜的滲透性，影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝產(chǎn)物的排泄，影響代謝的正常進(jìn)行。第三十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五1.pH對發(fā)酵的影響③影響培養(yǎng)基某些組分的解離，進(jìn)而影響微生物對這些物質(zhì)的利用。④pH不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。

第三十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五

最適pH的選擇選擇pH準(zhǔn)則：獲得最大比生產(chǎn)速率和合適的菌體量，以獲得最高產(chǎn)量。pH對產(chǎn)海藻酸裂解酶的影響配制不同初始pH的培養(yǎng)基，搖瓶考察發(fā)酵情況第三十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五2.發(fā)酵過程中pH的變化及影響因素1.發(fā)酵過程中pH的變化（1）生長階段：pH有上升或下降趨勢如：利福霉素B發(fā)酵起始pH為中性，但生長初期由于菌體產(chǎn)生的蛋白酶水解蛋白胨而生成銨離子，使pH上升至堿性；接著，隨著銨離子的利用及葡萄糖利用過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸使pH下降到酸性范圍。第三十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（2）生產(chǎn)階段：pH趨于穩(wěn)定，維持在最適產(chǎn)物合成的范圍。（3）自溶階段：隨著基質(zhì)的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，培養(yǎng)液中氨基酸增加，致使pH上升，此時菌絲趨于自溶而代謝活動終止。2.發(fā)酵過程中pH的變化及影響因素第三十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五2.引起發(fā)酵液中pH變化的因素（1）發(fā)酵過程中pH的變化取決于微生物的種類、培養(yǎng)基的組成和發(fā)酵條件。在產(chǎn)生菌的代謝過程中，菌本身具有一定的調(diào)節(jié)pH的能力，但外界條件發(fā)生較大變化時，pH將會不斷波動。如：利福平霉素的產(chǎn)生菌，采用初始pH為6.8和7.5時，最終發(fā)酵pH都達(dá)到7.5左右，發(fā)酵單位達(dá)到正常水平，但當(dāng)初始pH為6.0時，發(fā)酵單位為零。2.發(fā)酵過程中pH的變化及影響因素第四十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（2）引起pH下降的因素：凡是導(dǎo)致酸性物質(zhì)生成或釋放及堿性物質(zhì)消耗都會引起發(fā)酵液pH下降。①培養(yǎng)基中碳氮比例不當(dāng)，碳源過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補(bǔ)糖過多加之溶解氧不足，致使有機(jī)酸大量積累而pH下降；②消泡劑加量過多；③生理酸性物質(zhì)的存在，氨被利用。2.發(fā)酵過程中pH的變化及影響因素第四十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（3）引起pH上升的因素：凡是導(dǎo)致堿性物質(zhì)生成或釋放及酸性物質(zhì)消耗，都會引起發(fā)酵液pH上升。①培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)，氮源過多，氨基氮釋放，使pH上升；②生理堿性物質(zhì)存在；③中間補(bǔ)料中氨水或尿素等堿性物質(zhì)的加入過多使pH上升。2.發(fā)酵過程中pH的變化及影響因素第四十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五3.發(fā)酵過程中pH的調(diào)節(jié)與控制①添加碳酸鈣法；②氨水流加法；③尿素流加法。第四十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五配制合適的培養(yǎng)基，有很好的緩沖能力；發(fā)酵過程中加入非營養(yǎng)基質(zhì)的酸堿調(diào)節(jié)劑

(NaOH、HCl、CaCO3)；發(fā)酵過程中加入生理酸性或堿性基質(zhì)，通過代謝調(diào)節(jié)pH；

酸性基質(zhì)：銨鹽、糖、油脂、玉米漿(脫NH4＋)

堿性基質(zhì)：NO3－鹽、有機(jī)酸鹽、有機(jī)氮、氨水、尿素原則:①殘?zhí)歉邥r，不用糖調(diào)pH

②殘N高時，不用生理鹽調(diào)pHpH控制與代謝調(diào)節(jié)結(jié)合起來，通過補(bǔ)料來控制pH

3.發(fā)酵過程中pH的調(diào)節(jié)與控制第四十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五

4.pH控制系統(tǒng)執(zhí)行單元調(diào)節(jié)器pH變選器給定值補(bǔ)料pH電極mA4~20mA第四十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五一、泡沫的性質(zhì)二、泡沫的形成及變化三、泡沫對發(fā)酵的影響和消除第三節(jié)泡沫對發(fā)酵的影響及控制第四十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五1.泡沫的性質(zhì)1、根據(jù)發(fā)酵液的性質(zhì)不同，泡沫有兩種類型：①發(fā)酵液液面上的泡沫，氣相比例特別大，與液體之間有明顯界線；②菌體發(fā)酵液中的泡沫，均勻穩(wěn)定，與液體之間沒有明顯界線，氣相所占比例由下而上逐漸增加。2、泡沫的生成原因：①由外界引進(jìn)的氣流被機(jī)械地分散形成；②發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體凝結(jié)生成。第四十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五2.發(fā)酵過程中泡沫的形成及變化1、影響泡沫形成的因素：①與通風(fēng)、攪拌的劇烈程度有關(guān)，攪拌所引起的泡沫比通風(fēng)來的大；②與培養(yǎng)基所用的原材料有關(guān)，蛋白質(zhì)原料是主要的起泡原因。2、起泡的方式：①整個過程中，泡沫保持恒定的水平；②發(fā)酵早期，起泡后穩(wěn)定地下降，以后保持恒定；③發(fā)酵前期，泡沫稍微降低后又開始回升；④發(fā)酵開始起泡能力低，以后上升；⑤以上類型的綜合方式。

第四十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（1）降低了發(fā)酵罐的裝液系數(shù)（2）增加了菌群的非均一性（3）增加了污染雜菌的機(jī)會（4）導(dǎo)致產(chǎn)物的損失（一）泡沫對發(fā)酵的影響第四十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（二）消除泡沫的方法（1）機(jī)械消泡法（2）化學(xué)消泡法第五十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（1）機(jī)械消泡原理：靠機(jī)械力引起強(qiáng)烈振動或者壓力變化，促使泡沫破裂，或借機(jī)械力將排出氣體中的液體加以分離回收。優(yōu)點：不需引入外來物質(zhì)，可節(jié)省原材料，減少污染機(jī)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。第五十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（1）機(jī)械消泡機(jī)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、殺菌容易

維修保養(yǎng)費用少

第五十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（1）機(jī)械消泡1）機(jī)械消泡的方法①罐內(nèi)消泡在發(fā)酵罐內(nèi)將泡沫消除②罐外消泡

將泡沫引出發(fā)酵罐外，

泡沫

消除后，液體再

返回發(fā)酵罐內(nèi)第五十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（2）化學(xué)消泡-機(jī)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(jī)械強(qiáng)度；或加入某些具有強(qiáng)極性的物質(zhì)與發(fā)泡劑爭奪液膜上的空間，降低液膜強(qiáng)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。第五十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（2）化學(xué)消泡法1）化學(xué)消泡的機(jī)理降低氣泡膜的表面張力；降低液膜的機(jī)械強(qiáng)度；降低液膜的表面粘度；通常一種好的化學(xué)消泡劑應(yīng)同時具有以上多重功能。第五十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（2）化學(xué)消泡法化學(xué)消泡的優(yōu)點來源廣泛作用迅速可靠，消泡效率高

不需改造現(xiàn)有設(shè)備

容易實現(xiàn)自動控制

第五十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五2）理想化學(xué)消泡劑必須具有的特點：①必須是表面活性劑，且具有較低表面張力，消泡作用迅速，效果高，持久性能好；②在氣-液界面有足夠大散布系數(shù)，即有一定的親水性；③在水中溶解度較小，以保持持久的消泡或抑泡性能；④對微生物和發(fā)酵過程無毒，對人、畜無害，不影響生物合成，不影響以后的提煉過程；⑤不干擾分析系統(tǒng)，如溶氧電極、pH電極的探頭；⑥來源廣泛，價格低廉；⑦能耐高溫滅菌。（2）化學(xué)消泡法第五十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五3）消泡劑的種類①天然油脂類：同時也是一種碳源，油脂越新鮮，消泡能力越強(qiáng)。②高碳醇：C7-C9的醇是最有效的消泡劑。③聚醚類：氧化丙烯和環(huán)氧乙烷與甘油聚合而成的聚合物，消泡能力相當(dāng)于豆油的10-80倍。④硅酮類：聚二甲基硅氧烷及其衍生物，單獨使用效果差，常與分散劑一起使用。（2）化學(xué)消泡法第五十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五4）消泡劑的應(yīng)用①分散消沫劑加到發(fā)酵罐中能否起作用取決于它的擴(kuò)散能力；消沫劑的分散可借助于機(jī)械方法，也可借助某種載體或分散劑將消泡劑乳化成細(xì)小液滴。②加入時機(jī)有的可先加入培養(yǎng)基；有的則在泡沫初起或大起時加入。（2）化學(xué)消泡法第五十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五4）消泡劑的增效作用①消泡劑加載體增效②消泡劑并用增效③消泡劑乳化增效（2）化學(xué)消泡法第六十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)CO2濃度和呼吸商1.呼吸商的定義2.發(fā)酵過程中CO2釋放率的變化3.CO2對發(fā)酵的影響第六十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五1.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/L·h

菌體CO2釋放率CER，molCO2/L·h第六十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（1）影響尾氣中CO2濃度的因素通入空氣量：

呼吸強(qiáng)度：CO2溶解度：菌體量：第六十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（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。第六十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五∫[CER]dt，菌體干重的時間曲線1-[CER]dt；2-菌量第六十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（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(xì)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(bǔ)料操作密切相關(guān)，可作為工藝優(yōu)化的指標(biāo)。第六十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（2）CO2對細(xì)胞的作用機(jī)制“麻醉”作用

CO2及HCO3-都會影響細(xì)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(xì)胞膜的運輸效率，使細(xì)胞處于“麻醉”狀態(tài)，細(xì)胞生長受到抑制，形態(tài)發(fā)生改變。

第六十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（3）CO2對菌體生長及產(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（CL>CCr），CO2的抑制作用不能解除，這種負(fù)作用在放大過程更明顯。正確評價通氣的作用：供氧：排廢氣：CO2水分及揮發(fā)性組分的散失

第六十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（4）CO2釋放與補(bǔ)糖速率的關(guān)系在青霉素發(fā)酵中補(bǔ)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(bǔ)料控制的參數(shù)，并認(rèn)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(bǔ)糖速率。

補(bǔ)糖與溶氧及pH協(xié)同控制補(bǔ)糖速率與CER控制

補(bǔ)糖對排氣CO2和pH的影響第六十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五（5）呼吸商與發(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。

第七十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五青霉素發(fā)酵不同階段：

菌體生長階段：RQ＝0.909

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影響最大第七十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期五一、基質(zhì)濃度對發(fā)酵的影響二、補(bǔ)料控制第五節(jié)流加補(bǔ)料的控制第七十二