-發(fā)酵過程控制

-發(fā)酵過程控制第1頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)微生物發(fā)酵類型第2頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月■發(fā)酵過程按進(jìn)行過程有三種方式：分批發(fā)酵(Batchfermentation)補料分批發(fā)酵(Fed-batchfermentation)連續(xù)發(fā)酵(Continuousfermentation)第3頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月是指在一封閉系統(tǒng)內(nèi)含有初始限量基質(zhì)的發(fā)酵方式。在這一過程中，除了氧氣、消泡劑及控制pH的酸或堿外，不再加入任何其它物質(zhì)。發(fā)酵過程中培養(yǎng)基成分減少，微生物得到繁殖。（一）分批發(fā)酵第4頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點操作簡單；操作引起染菌的概率低。不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題缺點非生產(chǎn)時間較長、設(shè)備利用率低。分批發(fā)酵的優(yōu)缺點第5頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月分批發(fā)酵的生長曲線單細(xì)胞微生物第6頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月分批發(fā)酵的類型Gaden'sfermentationclassification（按照菌體生長，碳源利用和產(chǎn)物生成的變化）第一類型第二類型第三類型第7頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月■第一類型（生長關(guān)聯(lián)型）產(chǎn)物直接來源于產(chǎn)能的初級代謝（自身繁殖所必需的代謝），菌體生長與產(chǎn)物形成不分開。例如單細(xì)胞蛋白和葡萄糖酸的發(fā)酵第8頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月■第二類型（部分生長關(guān)聯(lián)型）產(chǎn)物也來源于能量代謝所消耗的基質(zhì)，但產(chǎn)物的形成在與初級代謝分開的次級代謝中，出現(xiàn)兩個峰，菌體生長進(jìn)入穩(wěn)定期，出現(xiàn)產(chǎn)物形成高峰。例如，檸檬酸和某些氨基酸的發(fā)酵。第9頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月■第三類型（非生長關(guān)聯(lián)型）產(chǎn)物是在基質(zhì)消耗和菌體生長之后，菌體利用中間代謝反應(yīng)來形成的，即產(chǎn)物的形成和初級代謝是分開的。如抗生素發(fā)酵。第10頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月■生長關(guān)聯(lián)型（growthassociated）第11頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月■非生長關(guān)聯(lián)型non-growthassociated第12頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月■分批發(fā)酵的分類對實踐的指導(dǎo)意義從上述分批發(fā)酵類型可以分析：如果生產(chǎn)的產(chǎn)品是生長關(guān)聯(lián)型（如菌體與初級代謝產(chǎn)物），則宜采用有利于細(xì)胞生長的培養(yǎng)條件，延長與產(chǎn)物合成有關(guān)的對數(shù)生長期；如果產(chǎn)品是非生長關(guān)聯(lián)型（如次級代謝產(chǎn)物），則宜縮短對數(shù)生長期，并迅速獲得足夠量的菌體細(xì)胞后延長平衡期，以提高產(chǎn)量。第13頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）補料分批發(fā)酵1、定義

補料分批發(fā)酵又稱半連續(xù)發(fā)酵或流加分批發(fā)酵，是指在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基的發(fā)酵方式。第14頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月補料分批發(fā)酵的優(yōu)缺點優(yōu)點使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度；延長發(fā)酵周期。缺點存在一定的非生產(chǎn)時間；和分批發(fā)酵比，中途要流加新鮮培養(yǎng)基，增加了染菌的危險。第15頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月補料分批發(fā)酵的類型補料方式連續(xù)流加不連續(xù)流加多周期流加補料成分單一組分流加多組分流加控制方式反饋控制無反饋控制第16頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）連續(xù)發(fā)酵1、定義

培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入發(fā)酵罐，同時以相同速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定的發(fā)酵過程。第17頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)缺點優(yōu)點能維持低基質(zhì)濃度；可以提高設(shè)備利用率和單位時間的產(chǎn)量；便于自動控制。缺點菌種發(fā)生變異的可能性較大；要求嚴(yán)格的無菌條件。第18頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)發(fā)酵的類型恒化培養(yǎng)使培養(yǎng)基中限制性基質(zhì)的濃度保持恒定恒濁培養(yǎng)使培養(yǎng)基中菌體的濃度保持恒定第19頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月物理參數(shù)：溫度壓力攪拌轉(zhuǎn)速攪拌功率空氣流量：通氣比大多在0.5-1.5vvm；通氣比：每分鐘每單位體積發(fā)酵液通入空氣的體積。粘度：Pa·S（反映：菌濃、形態(tài)）；第二節(jié)發(fā)酵過程的工藝參數(shù)控制第21頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月二、化學(xué)參數(shù)pH：產(chǎn)酸、產(chǎn)堿反應(yīng)的綜合結(jié)果，重要參數(shù)之一；基質(zhì)濃度（殘C、N、溶Pi）：過程定時檢測，進(jìn)行補料；DO：調(diào)節(jié)通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速、放大的依據(jù)；氧化還原電位：mV，影響生長；產(chǎn)物濃度（發(fā)酵單位/效價）：u（μg）/ml、g/L；排氣CO2濃度：計算呼吸商。第22頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月三、生物參數(shù)菌絲形態(tài)：判斷種子質(zhì)量、發(fā)酵終點；菌體濃度：其變化反映為生長曲線，影響DO，用于動力學(xué)研究。第23頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月四、間接參數(shù)根據(jù)發(fā)酵液的菌體量和單位時間的菌濃、溶氧濃度、基質(zhì)濃度和產(chǎn)物濃度等參數(shù)的變化值，可分別計算出菌體的比生長速率、氧的比消耗速率、基質(zhì)的比消耗速率和產(chǎn)物比生產(chǎn)速率。第24頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月攝氧率r：單位體積培養(yǎng)液每小時所消耗的氧量（mmol/L.h）

1、攝氧率第25頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月呼吸強度QO2：單位重量的干菌體每小時所消耗的氧量（mmol/g.h）

2、呼吸強度第26頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月呼吸商RQ：3、呼吸商第27頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月目前較常測定的參數(shù)有溫度、罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、pH、溶氧、基質(zhì)濃度、菌體濃度等。不常測定的參數(shù)有氧化還原電位、粘度、尾氣中的O2和CO2含量等。參數(shù)測定方法有：在線測定取樣測定（離線測定）第28頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月研究代謝變化：菌體生長、發(fā)酵參數(shù)、產(chǎn)物形成速度之間的關(guān)系。（代謝曲線：隨時間的變化曲線）第三節(jié)發(fā)酵過程中的代謝變化第29頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月一、初級代謝的代謝變化生長過程：延滯期、對數(shù)期、靜止期、死亡期?？s短、接種、此時接種會出現(xiàn)延滯期第30頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月二、次級代謝的代謝變化次級代謝產(chǎn)物：抗生素、生物堿、微生物毒素等。

代謝變化分為菌體生長、產(chǎn)物合成和菌體自溶3個階段。1、菌體生長階段（發(fā)酵前期）：C、N、磷酸鹽快速消耗；菌濃快速增加；DO下降，pH下降后再上升/上升后再下降第31頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2、產(chǎn)物合成階段（發(fā)酵中期）：嚴(yán)格控制C、N、磷：過多，轉(zhuǎn)向初級代謝；

（半饑餓狀態(tài)）過少，易衰老。3、菌體自溶階段（發(fā)酵后期）：NH2-N、pH回升，生產(chǎn)速度下降。發(fā)現(xiàn)自溶，趕緊放罐(控制產(chǎn)物純度不下降)。第32頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月PenicillinFermentationProfile變化曲線第33頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)菌體濃度的影響及其控制1、菌濃及其測定：菌濃（X）：單位體積培養(yǎng)液中菌體的含量。菌濃測定（濕）：取10ml發(fā)酵液于10ml刻度試管，3500rpm離心15min，計算菌體的體積百分?jǐn)?shù)。菌體干重測定：將50ml發(fā)酵液于4800rpm離心15min，收集菌體用蒸餾水洗滌后離心，重復(fù)2次，80℃（或100、105℃）干燥至恒重，稱重得菌體干重（Drycellweight，DCW）。

參考第34頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月影響菌體生長的因素1.微生物的種類2.營養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件：基質(zhì)濃度、溶氧、溫度、pH、滲透壓、水活度等第35頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2、菌濃的影響a、菌濃增加：基質(zhì)消耗、耗氧增加，粘度增大。b、菌濃過高：有毒中間產(chǎn)物的快速積累，會改變代謝途徑，抑制產(chǎn)物合成。c、在DO、營養(yǎng)滿足的條件下，菌濃越大，產(chǎn)量越高。d、選擇合適菌濃，產(chǎn)量最大化第36頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月圖不同菌濃(DCW)對利迪鏈菌素發(fā)酵的影響最適菌濃的確定第37頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月3、菌濃的控制手段：調(diào)整基礎(chǔ)M：配比調(diào)整中間補料（氮源、磷酸鹽等）；菌濃過高：帶放、補無菌水；變溫培養(yǎng)：調(diào)控代謝速度。第38頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)基質(zhì)的影響及其控制M中的營養(yǎng)物質(zhì)：C、N、Pi基質(zhì)種類、濃度菌體生長、代謝影響第39頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月一、碳源種類、濃度的影響和控制1、種類（按利用快慢分）：速效C源：利用快，有利于菌體生長，過多有時對產(chǎn)物合成產(chǎn)生阻遏作用。（葡萄糖）遲效C源：緩慢利用的碳源，有利于延長產(chǎn)物的合成。（淀粉、蔗糖、乳糖、麥芽糖，豆油等）第40頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2、碳源濃度的控制在發(fā)酵過程中，補加糖類控制碳源濃度。補糖方式：a、連續(xù)流加/滴加；----殘?zhí)欠€(wěn)定b、少量多次加入；c、多量少次加入。

第41頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月補糖量----經(jīng)驗法：例：青霉素：根據(jù)經(jīng)驗，以最高產(chǎn)量罐批的加糖率為指標(biāo)，并依據(jù)菌體濃度、一定時間內(nèi)的糖比消耗速率和殘?zhí)堑燃右孕拚Ｇ嗝顾匕l(fā)酵開始補糖在殘?zhí)墙抵?.5%、pH開始回升時補糖。補糖量以最高罐批經(jīng)驗量為參考。每小時前期0—40h中期40—90h后期90以后加糖量0.08%-0.15%0.15%-0.18%0.15%-0.18%第42頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月二、氮源種類、濃度的影響和控制1、氮源的種類影響：速效N源：易被菌體利用，明顯促進(jìn)菌體生長。氨水、銨鹽和玉米漿，有些品種：高濃度NH4+抑制。遲效N源：有利于延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期。黃豆餅粉、花生餅粉、棉子餅粉。粘度大。發(fā)酵工業(yè)中常采用混合氮源。第43頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2、氮源濃度的影響控制氮源濃度對菌體生長和產(chǎn)物合成的量與方向都有影響。氮源濃度的控制：

控制基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的配比。

通過補加氮源。補氮的依據(jù)：殘氮量、pH值、菌體量。第44頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月3、補加氮源一般補：（NH4）2SO4、氨水（NH3

·H2O）；也有補：尿素、玉米漿、酵母粉。方式：流加、少量多次。第45頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月三、磷酸鹽濃度的影響和控制1、磷源種類：

磷酸二氫鉀(含磷31/136)、玉米漿

(1.8%)、黃豆餅粉（0.73%）發(fā)酵磷元素的平衡：

培養(yǎng)基中投入的磷量+接種帶入磷量+中間補磷量

=放罐菌絲總含磷量

第46頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2、磷酸鹽濃度的影響：明顯促進(jìn)新生菌絲的生長（菌量的增加）；

（0.32-300mM）對于次級代謝產(chǎn)物，高濃度的磷酸鹽能抑制產(chǎn)物合成。（低濃促進(jìn)、高濃抑制）

（10mM以下）第47頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月3、磷酸鹽濃度的控制a、基礎(chǔ)M中采用適宜濃度：

對于初級代謝產(chǎn)物，磷酸鹽濃度采用足量。

對于次級代謝產(chǎn)物，磷酸鹽濃度采用生長亞適量。

生長亞適量：對生長不是最適合但又不影響生長的量（比最適量要低）。第48頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月b、一般磷酸鹽采用單消，防止沉淀反應(yīng)。

c、當(dāng)菌體生長和代謝緩慢時，可補加適量的磷，促進(jìn)菌體生長和產(chǎn)物合成。第49頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)溫度的影響及其控制1、溫度對發(fā)酵的影響：影響各種酶促反應(yīng)的速度；影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)；影響合成代謝產(chǎn)物的方向，調(diào)節(jié)次級代謝產(chǎn)物的組分比例；黃曲霉毒素B2黃曲霉毒素G1第50頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月例：青霉菌生產(chǎn)青霉素青霉菌生長活化能E=34kJ/mol

青霉素合成活化能E=112kJ/mol

青霉素合成速率對溫度較敏感，溫度控制相當(dāng)重要。第51頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2、發(fā)酵熱（KJ/m3h）攪拌器/液體摩擦排氣散熱糖代謝蒸發(fā)水分罐內(nèi)外溫差特點：全程都放熱，對數(shù)生長期放熱最厲害，冷卻水消耗多。第52頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月生物熱：生物熱是生產(chǎn)菌在生長繁殖時過程中散發(fā)的大量熱量。影響生物熱的因素：菌株培養(yǎng)基發(fā)酵時期菌體的呼吸強度第53頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月1抗生素活性>2抗生素活性發(fā)酵過程中生物熱的變化第54頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月攪拌熱：通風(fēng)發(fā)酵都有大功率攪拌，攪拌的機械運動造成液體之間，液體與設(shè)備之間的摩擦而產(chǎn)生的熱。

Q攪拌=3600（P/V）

（P/V）：通氣條件下單位體積發(fā)酵液所消耗的功率（kW/m3）第55頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月蒸發(fā)熱：空氣進(jìn)入發(fā)酵罐后和發(fā)酵液廣泛接觸,引起水分的蒸發(fā)所需的熱量即為蒸發(fā)熱。蒸發(fā)熱的計算：

Q蒸發(fā)=G（I2-I1）

G：空氣流量，按干重計算，kg/hI1

、I2

：進(jìn)出發(fā)酵罐的空氣的熱焓量，J/kg（干空氣）顯熱：排氣由于溫度差異帶走的熱量第56頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射熱：由于發(fā)酵罐內(nèi)外溫度差，通過罐體向外輻射的熱量。輻射熱可通過罐內(nèi)外的溫差求得，一般不超過發(fā)酵熱的5%。第57頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)酵熱的測定（1）通過測定一定時間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水進(jìn)出口溫度，由下式求得這段時間內(nèi)的發(fā)酵熱。第58頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）通過罐溫的自動控制，先使罐溫達(dá)到恒定，再關(guān)閉自控裝置測得溫度隨時間上升的速率S，按下式可求得發(fā)酵熱：第59頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月3、最適發(fā)酵溫度的選擇選擇既適合菌體生長又適合代謝產(chǎn)物合成的溫度，可實行變溫控制。（1）根據(jù)菌種及生長階段選擇（2）根據(jù)培養(yǎng)條件選擇：通氣較差時，﹖

培養(yǎng)基成分較易被利用或較稀薄時，﹖（3）根據(jù)菌體生長情況選擇第60頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月4、發(fā)酵溫度的控制罐上安裝夾套或蛇管、外盤管，通過循環(huán)冷卻水控制?？刂品绞剑菏謩涌刂苹蜃詣涌刂?。第61頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月夾套

外盤管蛇管第63頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)pH的影響及其控制1、pH對發(fā)酵的影響：影響菌體生長代謝的酶活性；菌體細(xì)胞膜透性改變，影響營養(yǎng)物的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌；影響培養(yǎng)基某些組分和中間代謝產(chǎn)物的解離;pH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64頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2、引起pH變化的因素：pH的變化決定于菌種、培養(yǎng)基成分、產(chǎn)物形成、培養(yǎng)條件。

菌體自調(diào)環(huán)境pH生理酸堿性、碳源、氮源

供氧、補料

第65頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月C/N過高（特別是葡萄糖過量）/中間補糖過多/溶氧不足，致使有機酸積累，而pH下降生理酸性物質(zhì)被利用，pH下降酸性產(chǎn)物形成消泡劑添加過量1、引起pH下降的因素第66頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月C/N過低（N源過多），氨基氮釋放生理堿性物質(zhì)的存在中間補料，氨水或尿素等堿性物質(zhì)添加過多堿性產(chǎn)物形成發(fā)酵后期，菌體自溶造成pH的上升2、引起pH上升的因素第67頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月3、最適pH的選擇不同菌種（特性），確定最適pH；同一菌種，生長期采用最適生長的pH，合成期采用最適產(chǎn)物合成的pH。第68頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月4、發(fā)酵pH的控制a、選擇合適的培養(yǎng)基配比：C/N合適；生理酸、堿性物質(zhì)比例合適；添加pH緩沖物質(zhì)：CaCO3b、發(fā)酵過程補料控制：補加酸、堿、氨水、尿素、硫酸銨；調(diào)節(jié)補糖速度;結(jié)合通氣量。第70頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月pH的控制系統(tǒng)pH電極設(shè)定控制器調(diào)節(jié)閥6.5pHUncontrolledControlled第71頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月青霉素發(fā)酵的補料工藝第72頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)溶氧的影響及其控制第73頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第74頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月溶氧的控制供氧需氧：限制基礎(chǔ)培養(yǎng)基的濃度，使發(fā)酵器內(nèi)的生物體濃度維持于適當(dāng)水平；并以補料方式供給某些營養(yǎng)成分而控制菌體生長率和呼吸率。

第75頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月（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第76頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）補料控制溶解氧控制原理發(fā)酵過程中，糖量↑→x↑,QO2↑

→

r

↑

→

CL↓

糖量

↓→QO2↓→r↓→

CL↑

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

第77頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月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10~20％，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28h～44h)，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。

第78頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)CO2的影響及其控制一、CO2的影響：CO2是代謝產(chǎn)物，也是某些合成代謝的基質(zhì)，對生長代謝有刺激或抑制作用。高CO2濃度：影響細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，形態(tài)發(fā)生改變。

影響培養(yǎng)液的pH。排氣CO2：0-5%（大多在0.5-3.0%，＞4%抑制生長）

例：環(huán)狀芽孢桿菌（B.circulus）開始生長時，需CO2；抗生素：進(jìn)氣CO2含量高，產(chǎn)量會下降。第79頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

CO2及HCO3-主要是影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致膜的流動性及表面電荷密度發(fā)生改變，影響到細(xì)胞膜的輸送效率，導(dǎo)致細(xì)胞生長受到抑制、形態(tài)發(fā)生改變。培養(yǎng)液中的CO2主要作用于細(xì)胞膜的脂質(zhì)核心部位；HCO3-影響細(xì)胞膜的膜蛋白。CO2對發(fā)酵影響的機理第80頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月影響尾氣中CO2濃度的因素

通入空氣量：

呼吸強度：CO2溶解度：菌體量：第81頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月研究參數(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，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)及補料操作密切相關(guān)，可作為工藝優(yōu)化的指標(biāo)。第82頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月二、CO2的控制：DCO2沒有規(guī)律，決定于菌體的呼吸強度（生長期大）、補糖量、發(fā)酵液特性、通氣攪拌、罐壓、溫度等。若CO2對產(chǎn)物合成有抑制，則設(shè)法降低其濃度；若有促進(jìn)作用，則應(yīng)提高其濃度。第83頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月CO2的控制手段：選擇合適罐壓；調(diào)節(jié)基礎(chǔ)培養(yǎng)基、中間補料的糖量；控制通氣量，及時帶走CO2第84頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月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(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）來控制補糖速率。

補糖與溶氧及pH協(xié)同控制補糖速率與CER控制

第85頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第十節(jié)補料的作用和控制一、補料分批培養(yǎng)的優(yōu)點及作用：（Fed-batchculture，半連續(xù)發(fā)酵）

第86頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點：1、可以解除底物抑制和分解代謝阻遏；（高濃度葡萄糖、銨、磷、前體）2、可避免因一次投料過多造成菌體大量生長；（速效）3、可提高菌體細(xì)胞質(zhì)量，延緩衰老，延長發(fā)酵時間；4、為自動控制和最優(yōu)控制提供實驗基礎(chǔ)。第87頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月大多數(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；以pH、尾氣中CO2、溶氧、產(chǎn)物濃度等參數(shù)間接控制流加；用傳感器直接測定限制性基質(zhì)的濃度，直接控制流加。補料控制的策略第88頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月補料速率的確定優(yōu)化補料速率也是補料控制中十分重要的一環(huán)，因為養(yǎng)分和前體需要維持適當(dāng)?shù)臐舛龋鼈儎t以不同的速率被消耗，所以補料速率要根據(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。例如L·hL·hL·h菌體濃度40g/L第89頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月（7）實例：四環(huán)素發(fā)酵中的補糖控制Ⅰ－補糖時間適當(dāng)（45h后加）Ⅱ－補糖時間過晚（62h開始加）Ⅲ－補糖時間過早（20h后加）第90頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月二、補料方式和控制：方式：連續(xù)流加或滴加、分次補加。微機補料自控系統(tǒng)：包括傳感器、控制器、驅(qū)動器三個單元。有反饋控制和無反饋控制（閉環(huán)/開環(huán)控制）。第91頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第十一節(jié)泡沫的影響及其控制1、泡沫的影響分為兩類：

機械性泡沫：發(fā)酵液液面上的泡沫，氣、液有明顯界限。（前期泡沫）

流態(tài)性泡沫：發(fā)酵液中的泡沫，氣、液無明顯界限，比較穩(wěn)定。起泡因素：基質(zhì)（黃豆餅粉等有機N源）、滅菌條件、通氣攪拌、菌