發(fā)酵工藝控制2

第三節(jié)

pH值對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響及控制

發(fā)酵過(guò)程中培養(yǎng)液的pH值是微生物在一定環(huán)境條件下代謝活動(dòng)的綜合指標(biāo)，是一項(xiàng)重要的發(fā)酵參數(shù)。它對(duì)菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)品的積累有很大的影響。一.pH值對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響1.對(duì)微生物生長(zhǎng)和生物合成的影響每一類菌有其最適的和能耐受的PH范圍。大多數(shù)細(xì)菌PH為6.3-7.5,霉菌和酵母菌生長(zhǎng)最適PH為3-6,放線菌生長(zhǎng)最適PH為7-8。微生物生長(zhǎng)階段和產(chǎn)物合成階段的最適PH往往不一致這不僅與菌種特性有關(guān)，也取決于產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)如霉菌類，由產(chǎn)黃青霉菌產(chǎn)生的弱酸性青霉素，其合成的最適PH為6.5-6.8，而由黑曲霉產(chǎn)生的檸檬酸，其合成的最適PH為3.5-4.0。

2.發(fā)酵過(guò)程中pH的變化

發(fā)酵過(guò)程中由于菌在一定溫度及通氣條件下對(duì)培養(yǎng)基中碳、氮源等的利用，隨著有機(jī)酸或氨基氮的積累，會(huì)使pH產(chǎn)生一定的變化。一般情況下：（1）生長(zhǎng)階段

pH上升：菌體蛋白酶分解蛋白胨而生成銨離子

pH下降：葡萄糖分解產(chǎn)生的有機(jī)酸及銨離子利用（2）生產(chǎn)階段

在生產(chǎn)階段，pH趨于穩(wěn)定，維持在最適產(chǎn)物合成的范圍（3）自溶階段菌絲自溶階段，隨著基質(zhì)的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，培養(yǎng)液中氨基氮增加，致使pH又上升，此時(shí)菌絲趨于自溶而代謝活動(dòng)終止引起發(fā)酵液中pH下降的因素有：培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)，碳源過(guò)多，特別是葡萄糖過(guò)量，或者中間補(bǔ)糖過(guò)多加之溶解氧不足，致使有機(jī)酸大量積累而PH下跌。消沫油加得過(guò)多。生理酸性物質(zhì)（如：糖類氧化不完全時(shí)產(chǎn)生有機(jī)酸、脂肪不完全氧化后產(chǎn)生的脂肪酸）的存在，氨鹽被氧化，PH下降。引起發(fā)酵液中pH上升的因素有：

培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)，氮源過(guò)多，氨基氮釋放，使pH上升。生理堿性物質(zhì)（有機(jī)氮源、硝酸鹽、有機(jī)酸等）存在。中間補(bǔ)料中氨水或尿素等的堿性物質(zhì)的加入過(guò)多。

PH的變化會(huì)引起各種酶活力的改變，影響菌對(duì)基質(zhì)的利用速度和細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，以致影響菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成.pH值還會(huì)影響菌體細(xì)胞膜電荷狀況，引起膜的滲透性的變化，因而影響菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收和代謝產(chǎn)物的形成等。此外它還影響某些產(chǎn)物合成的方向。因此，確定發(fā)酵過(guò)程中的最佳pH值及采取有效控制措施是保證或提高產(chǎn)量的重要環(huán)節(jié)。二.最適PH值的選擇最適PH值的選擇原則是既有利于菌體的生長(zhǎng)繁殖，又可以最大限度地獲得高的產(chǎn)量。一般都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定的。方法：通常將發(fā)酵培養(yǎng)基調(diào)節(jié)成不同的起始PH值，在發(fā)酵過(guò)程中定時(shí)測(cè)定、并不斷調(diào)節(jié)PH，以維持其起始PH值，或者利用緩沖劑來(lái)維持發(fā)酵液的PH值。同時(shí)不斷的觀察菌體的生長(zhǎng)情況，菌體生長(zhǎng)達(dá)到最大值的PH值即為菌體生長(zhǎng)的最適PH。產(chǎn)物形成的最適PH也可以這樣測(cè)得。三.pH值的控制首先要在基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方中考慮到維持pH的需要，然后通過(guò)中間補(bǔ)料來(lái)控制pH

培養(yǎng)基碳過(guò)多：pH下降培養(yǎng)基氮過(guò)多：pH上升2通過(guò)補(bǔ)加氨水、尿素或硫酸銨、碳酸鈣來(lái)調(diào)節(jié)pH在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)上如何保證發(fā)酵中氧的供給，以滿足生產(chǎn)菌對(duì)氧需求，使氧的供、需這一對(duì)矛盾不成為發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)限制因素是穩(wěn)定和提高生產(chǎn)、降低成本的關(guān)鍵之一。如何利用溶氧參數(shù)來(lái)指導(dǎo)發(fā)酵生產(chǎn)是溶氧監(jiān)控技術(shù)能否推廣的關(guān)鍵。第四節(jié)溶解氧對(duì)發(fā)酵的影響及控制一.溶解氧作為考察發(fā)酵中氧是否足夠的度量，了解菌對(duì)氧利用的規(guī)律。為什么發(fā)酵中氧容易變?yōu)橹饕苣?

氧是一種難溶于水的氣體，在25℃，大氣壓下，氧在純水中的溶解度僅為1.26mmol/L，空氣中的氧在純水中的溶解度更低，培養(yǎng)基因含有大量的有機(jī)無(wú)機(jī)物質(zhì)，氧的溶解度比水中還要更低。而隨著高產(chǎn)菌株的廣泛應(yīng)用和豐富培養(yǎng)基的采用，對(duì)氧氣的需求更大，即使培養(yǎng)基是被空氣飽和的，它所儲(chǔ)存的氧量很少，在發(fā)酵旺盛期一般只能維持正常呼吸15-60秒，其后，微生物的呼吸就會(huì)受到抑制，所以大多數(shù)微生物深層培養(yǎng)需要適當(dāng)?shù)耐鈼l件，才可以維持一定的生產(chǎn)水平。好氣性微生物深層培養(yǎng)時(shí)需要適量的溶解氧以維持其呼吸代謝和某些代謝產(chǎn)物的合成。對(duì)多數(shù)發(fā)酵來(lái)說(shuō)，氧的不足會(huì)造成代謝異常，產(chǎn)量降低。

臨界氧濃度一般指不影響菌的呼吸所允許的最低氧濃度。如對(duì)產(chǎn)物形成而言便稱為產(chǎn)物合成的臨界氧濃度。

通過(guò)在各批發(fā)酵中維持不同氧濃度看其對(duì)攝氧率或產(chǎn)量的影響，可以求出菌呼吸或合成的臨界氧濃度

卷須霉素三批發(fā)酵的氧濃度與攝氧率，可見其臨界氧濃度在13%-23%飽和度之間

影響抗生素合成的臨界氧濃度不一定與影響呼吸的臨界氧濃度一樣。頭孢菌素C發(fā)酵的呼吸臨界氧濃度為7％，而其生物合成的最低允許氧濃度比前者大，為10％一20％。對(duì)卷須須霉素來(lái)說(shuō)，呼吸臨界氧濃度為13％一23％，而合成所需要的最低允許氧濃度比前者小，為8％左右。

生物合成最適氧濃度與臨界氧濃度是不同的，前者是指溶氧濃度對(duì)生物合成有一最適范圍。低了固然不好，但過(guò)高對(duì)產(chǎn)量也未必都有利。對(duì)卷須霉素來(lái)說(shuō)，發(fā)酵12－70小時(shí)之間維持在10％，氧濃度顯然比在45％氧濃度或0％氧濃度的產(chǎn)量要高由此可見，為了避免使抗生素的合成處在限制氧的條件下，需要考查每一種發(fā)酵產(chǎn)物的臨界氧濃度和最適氧濃度，并使發(fā)酵過(guò)程中保持在最適氧濃度。這樣便有可能減少批與批之間的波動(dòng)和更有效地利用空氣動(dòng)力。在正常的發(fā)酵的工藝的情況下，溶氧變化有一定的規(guī)律

在一批發(fā)酵中的不同階段，需氧和供氧情況都在變化，若菌需氧量大于供氧能力，此時(shí)培養(yǎng)液中的溶氧值就會(huì)下降。在前期生長(zhǎng)階段常有一溶氧低谷是多數(shù)發(fā)酵的規(guī)律，但低谷到來(lái)的遲早和低谷時(shí)的溶氧水平隨工藝、設(shè)備條件而有不同，同一品種在供氧較充裕條件下，低谷時(shí)的溶氧水平較高，反之，溶氧水平較低。在溶氧低谷階段，加強(qiáng)供氧對(duì)發(fā)酵單位是否有好處目前還沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)加以判斷。但若低谷時(shí)的溶氧水平低于臨界值，改善供氧狀況會(huì)有益。在產(chǎn)物合成階段，同一種發(fā)酵有一定的規(guī)律，這種規(guī)律會(huì)受到工藝控制改變的顯著影響。如補(bǔ)料、加糖、加油、通氨的數(shù)量、加入時(shí)機(jī)和方式對(duì)溶氧水平均有一定影響。一般一次補(bǔ)料過(guò)多會(huì)再次出現(xiàn)溶氧低谷，前期耗氧比中后期大。到后期因停止補(bǔ)料，溶氧就會(huì)逐漸升高。二.溶解氧作為發(fā)酵異常情況的指標(biāo)1.發(fā)酵中污染好氣性雜菌－發(fā)酵2～3小時(shí)時(shí)溶解氧迅速下降跌零后長(zhǎng)時(shí)間不回升

這比無(wú)菌試驗(yàn)預(yù)報(bào)幾乎提前4—5個(gè)小時(shí)。但不是一染雜菌溶氧就掉到零，要看雜菌的種類和數(shù)量。在灌內(nèi)與生產(chǎn)菌比，誰(shuí)占優(yōu)勢(shì)。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)染菌后溶氧反而升高的現(xiàn)象，這是因?yàn)樯a(chǎn)菌受到雜菌的抑制。而雜菌本身又非十分好氣。這樣生產(chǎn)菌的呼吸大為減弱而使溶氧上升。另外補(bǔ)料或加油在供氧不良的灌內(nèi)也會(huì)引起溶氧迅速降低，若溶氧原來(lái)較低就容易降至零，一般1—3小時(shí)溶氧即回升，這可與染菌時(shí)的溶氧變化相區(qū)別。2污染噬菌體－菌液變稀，溶氧回升3工藝錯(cuò)誤赤霉素發(fā)酵時(shí)有的罐批會(huì)出現(xiàn)發(fā)酸現(xiàn)象，遇到發(fā)酸時(shí)氨基氮迅速上升，溶氧會(huì)很快升高，發(fā)酸可能是溶氧不足而引起的。導(dǎo)致溶氧處于較低水平的原因是工藝控制不善，如補(bǔ)料間隔過(guò)密或補(bǔ)料量一次較多均會(huì)引起上述情況，如圖所示。。4操作故障

有的也能從溶氧變化中得到反映。例如，停攪拌后未能及時(shí)開動(dòng)或攪拌發(fā)生故障、空氣未能與液體充分接觸等均會(huì)使溶氧比通常所處水平低得多。又如一次加油過(guò)多也會(huì)使溶氧水平顯著降低。5.作為質(zhì)量控制指標(biāo)

在天門冬酰氨酶發(fā)酵中，前期是好氣培養(yǎng)而后期轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)，酶的活力可大為提高。而掌握由好氣轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)的時(shí)機(jī)是頗為關(guān)鍵的；經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)溶氧值下降到45％飽和度時(shí)，就從好氣培養(yǎng)轉(zhuǎn)為厭氣培養(yǎng)，并適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充基質(zhì)，培養(yǎng)液中天門冬酰氨酶的活力提高六倍。三.溶氧作為發(fā)酵中間控制的手段之一國(guó)外有的廠已成功地將溶氧或排氣二氧化碳與pH值一起作為控制青霉素發(fā)酵的參數(shù)。原理：在發(fā)酵過(guò)程中添加糖時(shí)，菌絲量和呼吸會(huì)因此增加，攝氧率增加多少取決于所補(bǔ)糖的質(zhì)和量，補(bǔ)糖后從記錄中可看出溶氧明顯下降的趨勢(shì)。相反，培養(yǎng)液中可利用的碳源的減少，便導(dǎo)致呼吸的減少，溶氧上升，故利用上述現(xiàn)象便可有效控制溶氧在所需的最適范圍內(nèi)。補(bǔ)料方法：經(jīng)驗(yàn)告訴我們補(bǔ)糖控制最好是少量多次或流加。

原因：如果通氣效果較差，如空氣攪拌罐，一次加糖過(guò)多，將導(dǎo)致氧的需要總量超過(guò)設(shè)計(jì)灌所能提供的最大供氧速率，培養(yǎng)液中的溶氧便容易跌到零，以使處于生物合成臨界氧值以下。據(jù)報(bào)導(dǎo)，青霉素發(fā)酵的臨界氧值在5％一10％之間。低于此值會(huì)使青霉素的合成帶來(lái)不可逆的損失，時(shí)間越長(zhǎng)，損失越大，故如何恰當(dāng)?shù)乜刂蒲a(bǔ)料或加糖使矛盾不要轉(zhuǎn)化為氧的不足方面是值得研究的?？刂圃瓌t：應(yīng)當(dāng)是葡萄糖加入的速度正好在生產(chǎn)菌處于所謂“半饑餓狀態(tài)”。使其僅能維持正常的生長(zhǎng)代謝，即把更多的糖用于抗生素的合成。并永遠(yuǎn)不超過(guò)罐設(shè)計(jì)時(shí)的灌所能提供的最大供氧速率“水平。

四.溶氧作為考查設(shè)備、工藝條件對(duì)氧供需與產(chǎn)物形成影響指標(biāo)之一在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)溶氧水平較低，處于臨界氧值以下時(shí)，為了提高發(fā)酵液中的溶氧水平不外從兩方面著手：一方面提高設(shè)備的供氧能力。考慮改變?cè)O(shè)備條件以提高供氧系數(shù)是積極的方面

如攪拌器類型和葉片形狀另一方面可以從需氧方面考慮。有效地利用現(xiàn)有的設(shè)備條件就需要適當(dāng)?shù)乜刂凭鷮?duì)氧的消耗，使之既能充分利用現(xiàn)有的供氧條件又不致于生長(zhǎng)過(guò)盛而陷于缺氧的處境，事實(shí)上工藝方面有許多行之有效的措施，如控制補(bǔ)料速度、溫度的調(diào)節(jié)、液化培養(yǎng)基，中間補(bǔ)水、添加表面活性劑等均與溶氧的改善或維持合適的溶氧水平有關(guān)。五.溶解氧濃度的控制

培養(yǎng)液中氧濃度的任何變化都是供需平衡的結(jié)果。調(diào)節(jié)發(fā)酵液中溶氧含量不外從供、需兩個(gè)方面去考慮。A供氧方面，凡能使在灌內(nèi)氧分壓下培養(yǎng)液中氧的飽和濃度和傳質(zhì)系數(shù)增加的方法，均能使發(fā)酵液的供氧改善?？赏ㄟ^(guò)下列辦法：(1)在通入的空氣中摻入純氧，使氧分壓增高(2)提高灌壓，這種方法固然能增加氧的飽和度，但同時(shí)會(huì)增加二氧化碳的溶解度，影響PH及可能會(huì)影響菌的代謝。另外還會(huì)增加對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度要求。(3)改變通氣速率其作用是增加液體中夾持氣體體積的平均成分。但在常速攪拌下增加通氣速率以提高氧的傳遞速率是一種遞減性的，即當(dāng)氣流速度越大，再增加其速度對(duì)氧的溶解度的提高作用越小。并且當(dāng)系統(tǒng)被氣流引起液泛時(shí)，傳質(zhì)速率會(huì)顯著下降，使泡沫增多，罐的有效利用率減小。故還是采用控制攪拌效果較佳?？傊黾訑嚢璧闹匾饔迷谟诟纳乒鄡?nèi)液體的混合和循環(huán)，從而具有抑制氣泡聚合的效果。并且液相的良好混合可避免低于平均氧濃度的“死角”的存在。B需氧方面(1)養(yǎng)料的豐富程度影響菌的生長(zhǎng)。通過(guò)減少菌的生長(zhǎng)速率也可達(dá)到限制菌對(duì)氧的大量消耗從而提高溶氧水平。(2)溫度的影響由于氧傳質(zhì)的溫度系數(shù)比生長(zhǎng)速率的溫度系數(shù)低，降低培養(yǎng)溫度可得到較高的溶氧值。但采用降低溫度使偏離最適的產(chǎn)物生物合成的溫度以來(lái)得較高的溶氧值是不值得的。大規(guī)模生產(chǎn)中采用控制氣體成分的方法是既費(fèi)事又不合算，因氧的成本高。但在緊要關(guān)頭，也就是菌體的攝氧率，達(dá)到最大時(shí)，可用富氧的方法提高氣體中氧的含量，從而改善供氧狀況。一般來(lái)說(shuō)，高氧需求的時(shí)間是相當(dāng)短的。因此這一方法總的來(lái)說(shuō)是較為便宜可靠的。

溶氧濃度只是發(fā)酵參數(shù)之一，它對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響還必須與其他參數(shù)配合起來(lái)分析。如攪拌的程度對(duì)菌的呼吸和溶氧濃度有較大的影響，但分析時(shí)要考慮到其他因素，如菌絲形態(tài)、泡沫的形成，二氧化碳的排除等的作用。第五節(jié)其它因素對(duì)發(fā)酵的影響及控制一.二氧化碳對(duì)發(fā)酵的影響及控制1.二氧化碳的來(lái)源及對(duì)發(fā)酵的影響

CO2是微生物的代謝產(chǎn)物，同時(shí)也是某些合成代謝的一種基質(zhì)，它是細(xì)胞代謝的重要指示。溶解在發(fā)酵液中的CO2對(duì)氨基酸、抗生素等微生物發(fā)酵具有刺激或抑制作用。

CO2對(duì)生長(zhǎng)具有直接的影響。例如，環(huán)狀芽孢桿菌等已經(jīng)發(fā)芽的孢子在開始生長(zhǎng)的時(shí)候，對(duì)CO2有特殊需要。CO2是大腸桿菌和鏈霉菌突變株的生長(zhǎng)因子，菌體有時(shí)需要含30％CO2的氣體才能生長(zhǎng)。這種現(xiàn)象被稱為CO2效應(yīng)。通常CO2

對(duì)菌體生長(zhǎng)具有抑制作用．當(dāng)排氣中CO2的濃度高于4％時(shí)，微生物的糖代謝和呼吸速率下降。CO2對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響CO2對(duì)微生物發(fā)酵也有影響

如牛鏈球菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖，最重要的發(fā)酵條件是提供的空氣中要含有5％的CO2。精氨酸發(fā)酵也需要一定量的CO2

，才能獲得最大產(chǎn)量，通常的最適分壓約為0.12×105Pa，或高或低產(chǎn)量都會(huì)下降。CO2對(duì)某些發(fā)酵還能產(chǎn)生抑制作用，如對(duì)肌苷、異亮氨酸、組氨酸、抗生素等的發(fā)酵，特別是抗生素發(fā)酵中。對(duì)紅霉素合成也有明顯抑制作用，若在發(fā)酵15h后，按通氣量的11％加入CO2

，對(duì)產(chǎn)生菌生長(zhǎng)無(wú)不良影響、但紅霉素產(chǎn)量減少60％。在四環(huán)素發(fā)酵中，需要控制一個(gè)最佳的CO2分壓，才能獲得最高產(chǎn)量。CO2會(huì)影響菌體的形態(tài)：

例,產(chǎn)黃青霉菌：當(dāng)CO2分壓為0~8%，菌絲主要呈絲狀；

當(dāng)CO2分壓為15~22%，菌絲主要呈膨脹、粗短狀當(dāng)CO2分壓為0.08×105時(shí)，則出現(xiàn)球狀或酵母狀，致使青霉素合成受阻CO2影響發(fā)酵的機(jī)理

CO2及HCO3-主要是影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響菌體生長(zhǎng)、形態(tài)及產(chǎn)物合成它們分別作用于細(xì)胞膜的不同位點(diǎn):溶解于培養(yǎng)液中的CO2主要作用在細(xì)胞膜的脂肪酸核心部位;而HCO3-則影響磷脂、細(xì)胞膜表面上的蛋白質(zhì)。當(dāng)細(xì)胞膜的脂質(zhì)相中CO2濃度達(dá)一臨界值時(shí)，使膜的流動(dòng)性及細(xì)胞膜表面電荷密度發(fā)生變化，這將導(dǎo)致許多基質(zhì)的膜運(yùn)輸受阻，影響了細(xì)胞膜的運(yùn)輸效率，使細(xì)胞處于“麻醉”狀態(tài)，細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制，形態(tài)發(fā)生了改變。影響發(fā)酵液的酸堿平衡，使發(fā)酵液的PH值下降，或與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或與生長(zhǎng)必需金屬離子形成碳酸鹽沉淀，或氧的過(guò)分消耗引起溶氧濃度下降等原因，造成間接作用而影響菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成。2.二氧化碳濃度的控制

CO2在發(fā)酵液中的濃度變化受細(xì)胞的呼吸強(qiáng)度、發(fā)酵液的流變學(xué)特性、通氣攪拌程度、罐壓大小、設(shè)備規(guī)模等的影響。由于CO2的溶解度比氧氣大，所以隨著發(fā)酵罐壓力的增加，其含量比氧氣增加的更快。大容量發(fā)酵罐的發(fā)酵液的按壓力可達(dá)1×105Pa以上，再加上正壓發(fā)酵，致使罐底部壓強(qiáng)達(dá)1.5×105Pa。當(dāng)CO2濃度增大時(shí)，若通氣攪拌不改變，CO2不易排出。在罐底形成碳酸，使PH下降，進(jìn)而影響微生物細(xì)胞的呼吸和產(chǎn)物合成。有時(shí)為了防止“逃液”而采用增加罐壓消泡的方法，會(huì)增加CO2的溶解度，不利于細(xì)胞的生長(zhǎng)。

對(duì)CO2濃度的控制主要看其對(duì)發(fā)酵的影響。如果對(duì)發(fā)酵有促進(jìn)作用，應(yīng)該提高其濃度；反之應(yīng)設(shè)法降低CO2濃度。通過(guò)提高通氣量和攪拌速率，在調(diào)節(jié)溶解氧的同時(shí)，還可以調(diào)節(jié)CO2的濃度，通氣使溶解氧保持在臨界值以上，CO2又可隨著廢氣排出，使其維持在引起抑制作用的濃度之下。降低通氣量和攪拌速率，有利于提高CO2在發(fā)酵液中的濃度。

CO2的產(chǎn)生與補(bǔ)料控制有密切關(guān)系。例如，在青霉素發(fā)酵中，補(bǔ)糖可增加排氣中CO2的濃度，并降低培養(yǎng)液的pH值。

呼吸商與發(fā)酵的關(guān)系呼吸商：CO2釋放速率與耗氧速率之比。

耗氧速率（

OUR）與CO2的釋放率（

CER）成反向同步關(guān)系

呼吸商RQ=CER/OUR

RQ值反應(yīng)菌體的的代謝情況,以酵母發(fā)酵為例:RQ=1,糖代謝走有氧分解途徑，僅生成菌體，無(wú)產(chǎn)物形成

RQ>1.1,走EMP途徑，生成乙醇

RQ=0.93,生成檸檬酸

RQ<0.7,生成的乙醇被當(dāng)作基質(zhì)利用

菌在利用不同基質(zhì)時(shí),RQ值不同：以大腸桿菌為例延胡索酸為基質(zhì),RQ=1.44

丙酮酸為基質(zhì),RQ=1.26

琥珀酸為基質(zhì),RQ=1.12

乳酸為基質(zhì),RQ=1.02

葡萄糖為基質(zhì),RQ=1.00

乙酸為基質(zhì),RQ=0.96

甘油為基質(zhì),RQ=0.80

在菌體生長(zhǎng)、維持以及產(chǎn)物形成的不同階段,其RQ值不同

二.基質(zhì)濃度對(duì)補(bǔ)料發(fā)酵的影響及補(bǔ)料控制

１.基質(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵的影響

低基質(zhì)濃度對(duì)代謝有誘導(dǎo)作用高基質(zhì)濃度對(duì)分解代謝有阻遏作用

在葡萄糖濃度低于100~150g/L時(shí),不會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)的抑制；但超過(guò)350~500g/L時(shí),多數(shù)生物不能生長(zhǎng),這種濃度下會(huì)使細(xì)胞脫水。只有嗜滲性的生物能在這樣高濃度的溶液中生長(zhǎng)?；|(zhì)濃度對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物收率的影響

２.補(bǔ)料控制

為解除基質(zhì)過(guò)濃的抑制、產(chǎn)物的反饋抑制和葡萄糖分解阻遏效應(yīng)，以及避免在分批發(fā)酵中因一次性投糖過(guò)多造成細(xì)胞大量生長(zhǎng)，耗氧過(guò)多而供氧不足的狀況，采用中間補(bǔ)料的培養(yǎng)方法是較為有效的。

補(bǔ)料方式：連續(xù)流加、變速流加單組分補(bǔ)料、多組分補(bǔ)料三.泡沫控制一）泡沫的產(chǎn)生及其影響原因:通氣和攪拌空氣進(jìn)人發(fā)酵液后，為了增加氧溶解速度，可以通過(guò)攪拌使大氣泡變?yōu)樾馀?，以增加氣體與液體的接觸面積，導(dǎo)致氧傳遞速率增加，這樣也有利于二氧化碳?xì)怏w的逸出。為了達(dá)到充分的氣體交換目的，氣泡應(yīng)該在發(fā)酵液中有一定的滯留時(shí)間。所以在通氣攪拌下產(chǎn)生一定數(shù)量的小氣泡是增加氧溶解速度的必要手段。但是過(guò)多的泡沫就對(duì)發(fā)酵不利了。微生物細(xì)胞生長(zhǎng)代謝和呼吸排出氣體

如氨氣、二氧化碳等，這些氣體使發(fā)酵液產(chǎn)生的氣泡也稱為發(fā)酵性泡沫。培養(yǎng)基物理化學(xué)性質(zhì)

培養(yǎng)基中的花生餅粉、玉米漿、皂苷、黃豆餅粉、糖蜜等中所含的蛋白質(zhì)，以及微生物菌體等具有穩(wěn)定泡沫的作用。許多起泡物質(zhì)是表面活性物質(zhì)，這些物質(zhì)能降低發(fā)酵液的表面張力，而使發(fā)酵液容易起泡。此外液體的黏度越大，氣泡液膜的黏度也大，泡沫也較穩(wěn)定.

2.泡沫對(duì)發(fā)酵的影響A積極影響：

可以增加氣液接觸面積，導(dǎo)致氧傳遞速率增加。

B泡沫在發(fā)酵中的副作用:降低了發(fā)酵罐的裝料系數(shù)，大多數(shù)罐的裝料系數(shù)為0.6~0.7增加了細(xì)菌的非均一性由于泡沫液位的變動(dòng)，以及不同生長(zhǎng)周期微生物隨泡沫漂浮，或粘在罐壁，使附著的菌體改變了環(huán)境，有的分化有的瓦解影響了菌群的整體效果。增加了污染雜菌的機(jī)會(huì)培養(yǎng)基隨泡沫濺到軸封處容易染菌。導(dǎo)致產(chǎn)物的損失

大量起泡引起“逃液”，如降低通氣量或加入消泡劑將干擾工藝過(guò)程。消泡劑的加入會(huì)使下游工程的分離帶來(lái)困難3.工業(yè)發(fā)酵中泡沫的消長(zhǎng)規(guī)律發(fā)酵過(guò)程中，培養(yǎng)液的性質(zhì)隨微生物的代謝活動(dòng)而不斷變化影響了泡沫的消長(zhǎng)。發(fā)酵初期泡沫的穩(wěn)定性高高表觀粘度和低表面張力中期泡沫減少

隨著霉菌產(chǎn)生的蛋白酶、淀粉酶的增多對(duì)碳、氮源的利用，造成泡沫穩(wěn)定的蛋白質(zhì)分解，培養(yǎng)液粘度降低促進(jìn)表面張力上升，泡沫減少。另外菌體也有穩(wěn)定泡沫的作用在發(fā)酵后期泡沫上升菌體自溶可溶性蛋白質(zhì)濃度增加二）泡沫的控制了解了發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生泡沫的原因及其消長(zhǎng)規(guī)律，即可有效地控制泡沫，以不致于造成“逃液”對(duì)發(fā)酵不利的狀況。泡抹控制的方法：機(jī)械消沫和消沫劑消沫微生物本身的特性著手，防止泡沫的形成。如單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)中，篩選在生長(zhǎng)期不產(chǎn)生泡沫的微生物突變株。利用幾種微生物混合培養(yǎng)。A機(jī)械消泡原理：機(jī)械消沫是依靠物理學(xué)的原理，即靠機(jī)械力引起強(qiáng)烈振動(dòng)或者壓力變化促使泡沫破裂。罐內(nèi)消泡:離心力罐外消泡:通過(guò)噴嘴的加速作用或離心力優(yōu)點(diǎn)：不需要引進(jìn)外界物質(zhì)，可減少培養(yǎng)液性質(zhì)復(fù)雜化的程度，也可節(jié)省原材料，減少污染機(jī)會(huì)。缺點(diǎn):不能徹底消除泡沫B消泡劑消泡

消沫機(jī)理：降低液膜機(jī)械強(qiáng)度及表面粘度當(dāng)泡沫的表層存在著由極