发酵工艺控制发酵的一般流程培养基配制发酵生产下游处理种子扩大培养空气除菌培养基灭菌发酵设备提纲・温度控制・pH值控制・溶氧控制・二氧化碳控制・泡沫的控制Ks•餾騙fr J?vo *£5 4长代 于衰图7-1对产温岌对青證苗生长速率帕影响 (魯彩俞谡兼零• 1的衿I 旷 r/K d7-2 0A 度对•靑舒菌呼吸强麽的影Mf 参号他樂第、1997)嵌O■Z ----------21 V-■\■ \ ' ■J.2 3・J J.43 J 5 6icr* r'x"1温J 度对讨毒菌生产速宰阚曲1M工2、影响发酵温度的因素•发酵热的成分•生物热：微生物生长繁殖过程中的产热•搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热•蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量•辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量• Q发酵=Q生物+ Q搅拌.Q蒸发Q显g辐射•显热：空气流动过程夹带着的热量• Q发酵=Q生物+ Q搅拌.Q蒸发Q显g辐射3、发酵热的测定①通过冷却水进出口温度和流量测定:Q发酵虫％(32)"G—冷却水流量；C w—水的比热；v_发酵液体积。
②通过发酵液温度随时间上升的速率测定:Q 发酵=(M〔Ci+ M2C2)-S Mi、s—发酵液质量、比热；M2、C2—发酵罐质量、比热；S—温度上升速率。
最适温度选择与发酵温度控制・温度变化的一般规律与控制的一般原则•接种后发酵温度有下降趋势，此时可适当升高温度，以利于抱子萌发和菌体的生长繁殖；•待发酵液温度开始上升后，应保持在菌体的最适生长温度；•到主发酵旺盛阶段，温度应控制在比最适生长温度低些，即代谢产物合成的最适温度;•到发酵后期，温度下降，此时适当升温可提高产量。
•选择是相对的，要考虑培养基成分、浓度；溶氧（温升氧降）；生长阶段；培养条件等。
4、最适温度选择与发酵温度控制—最适温度选择•最适温度往往不同，各阶段可用不同温度。
如：青霉素分别为：30°C和24.7 °C o•青霉素发酵的温度控制•0-5h： 30°C •6-35h： 25 °C •36-85h： 20 °C •86-125h： 25°C 30253520255125—发酵温度控制・进行温度控制时应考虑的因素•参考其它发酵条件（通气、培养基成分和浓 度、pH 值等），如通气条件差时，则最适 发酵温度比通气良好时低。
4、 最适温度选择与发酵温度控制III不同菌种在不同生长阶段的生长和生产特性・温度控制的方法•冷却是主要的方法，通常是利用发酵罐的热 交换装置进行降温，如果气温较高，冷却水 温度也较高时，多釆用冷媒（盐水）进行降温。
•发酵罐的热交换装置:•罐外夹套 •罐内蛇管、列管4—发酵温度控制二、pH值对发酵的影响及控制・发酵液pH对菌体生长、繁殖和产物积累影响较大o生产前应进行试验和研究。
・菌体生长、繁殖和产物积累的最适pH不一定相同・整个发酵过程的pH是变化的。
1> pH对发酵的影响2、影响发酵pH的因素3、最适pH的选择和调节•微生物生长最适pH值范围不同的微生物具有不同的最适生长的pH值o细菌6.575；放线菌6.5・&0；霉菌4.0-5.8；酵母菌3.8・6.0•产物形成最适pH值范围微生物的生长和产物形成的最适pH值往往不同。
少数一致，大多不同;有的偏高，有的偏低。
pH对微生物生长和产物形成影响的原因:• pH值影响菌体形态，如壁厚薄、长径比;• pH值改变使原生质膜电荷发生改变，影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的排出;• pH值直接影响酶活性;• pH值影响某些重要营养物质和中间代谢产物的离解,从而影响微生物对这些物质的利用o• pH影响生物合成的途径。
如：黑曲霉pH=2-3时产柠檬酸；近中性时产草酸、葡萄糖酸。
2、影响发酵pH的因素・影响pH值的因素：培养基成份、微生物代谢特性决定发酵过程的pH变化。
（综合反映）・此外，通气状况的变化，菌体自溶和杂菌污染都可能引起发酵液pH的变化。
・微生物改变培养液pH以适合自身生长的能力很强。
・发酵液的实际pH是“成分”和“途径”的统一。
・确定和有效控制pH在菌体生长或产物积累的最适范围是高产的保证。
2、影响发酵pH的因素・生理碱性物质和生理酸性物质・生理碱性物质：经微生物代谢后，导致pH上升（碱性物质生成或酸性物质消耗）的物质。
如：有机氮源，硝酸盐，有机酸。
（产N%、NaOH）・生理酸性物质：经微生物代谢后，导致pH下降（酸性物质生成或碱性物质消耗）的物质。
如：糖类（产有机酸），脂肪（产脂肪酸），钱盐（氧化产硫酸）。
・最适pH 的选择和调节t•既有利于菌体的生•! •根据不同微生物的4 值的变化，选用适1 ・生长最适pH 和产物形丿① 两者相同，范围都7 ② 两者相同，范围都夕③ 两者相同，范围一了 ④ 两者不同，范围都夕图7 4 pJI 芍丰和O P 之间关系的几荊不同概最适pH 的选择和调节1=1■巳pH3、最适pH 的选择和调节•补料调节：调节通 比平衡；如：青霉素生产（按需补糖•添加弱酸或弱碱、选择pH 值的方法：通 配制并始终调节控制： 调节pH 值的方法： •主要考虑培养基中 2.0 ‘ 1.60.8 :M三、氧对发酵的影响・氧是制约发酵进行的重要因素•氧难溶于水，培养基中贮存的氧量很少;【纯氧溶纯水，1.26mmol/L；空气氧溶纯水，0.25；培养基更低】•高产株和加富培养基的采用以及发酵周期的缩短加剧了对氧的需求;•形成产物的最佳氧浓度和生长的最佳氧浓度有可能是不同的;•发酵罐中氧的吸收率很低; （多数V 2%；通常V 1%）•加大通气量会引起过多泡沫;•消泡剂不利于氧的溶解。
EM氧传迎的各种且力示識图・氧传递的总推动力：气相与细胞内的氧分压差和浓度差。
・减小阻力方法：液膜，气液混合所生湍动;细胞团表面液膜，搅拌减小外径，减少阻力;细胞团内阻力和壁阻力，搅拌减少逆向扩散梯度;反应阻力，培养基成分，培养条件，产物移去。
1＞氧的传递和传质方程式②气液相间的氧传递和嗥（氧分压和浓度变屮・氧传递的主要阻力存彳单位体积培养液中的辜O1K L Q-容积传递貝Q—比表面积；氐一以氧浓度为彳c* 一气液平衡的VC L—液相主体氧材S7.7气就弊両附迫的耳分臓辎度变化气液相间的氧传递和氧传质方程式培养物处于充裕的通气情况下,C L会逐渐接近C*,氧传递速率渐小;而处于不充裕的通气情况下, 下降趋于0,氧传递速率最大。
（C*・C L一推动力）2、影响微生物对氧需求的因素・不同微生物对氧的需求不同，其耗氧速度用呼吸强度(比耗氧速率)来表示：C LQ O2=(Q O2)M -------------- (当氧是限制性基质时)K0+ C L(Q O2 )m——最大比耗氧速率；C L——溶解氧浓度；K o——氧的米氏常数。
各种菌的K。
和(Q O2 )m有定值(表7・3；表7-4)。
影响微生物对氧需求的因素图7-6酵毋呼吸强度与溶解氧浓度的关乘2、影响微生物对氧需求的因素•摄氧率：单位体积培养X—细胞浓卫・氧的满足度：溶解氧浓度占・产物形成的最启不同，需氧量窘疣抱誌讴霉在廿崔坦若芯比祀弐邑罕钠变化影响微生物摄氧率的因素①菌种；②溶解氧浓度；③细胞浓度；④培养基成分和浓度：如：碳源，利用速度不同摄氧率不同; ⑤pH；⑦有毒物积累。
抑制呼吸;⑧挥发性中间物（有机酸），加强。
3、培养基的流变特性・培养基的流变特性影响：动量、热量、质量传递，继而影响各种发酵条件。
如：溶氧速率、气体交换、发酵温度、营养物补充、PH值的调节等。
•培养液是一多相体系，由液相、固相（菌体，不3、培养基的流变特性溶性培养基组分）和气相构成。
①牛顿流体和非牛顿流体・牛顿型流体：服从牛顿黏性定律，黏度只是温度的函数，与流变状态无关。
即发酵罐中任何局部黏度相同，与搅拌速度、半径无关。
（清细菌、酵母液）・非牛顿型流体：不服从牛顿黏性定律，其黏度不仅受温度影响，而且随流动状态而异。
可分为几种类型的流体。
与切变率r有关。
（放线菌、霉菌、高浓度细菌、酵母培养液）②非牛顿流体的搅拌功率7-13金色链丑繭培莽灌的骷度系数、流变持性衢歌葩培养时间的空化 •罐中非牛顿流彳度成正比。
平均切变率 k —无因次常 N —搅拌器』对不同的非 ,k 值一般在1(・在发酵过程中,现出时变性。
2 ■ {I 4Q 閃 12Ci f&D 2W 培挣吋间皿 O 6 P04、影响供氧的因素・由氧传质方程式：OTR=K L a (C*-C L)可知，以下因素影响氧传递速率：(1) 影响K L Q的因素；(2) 影响推动力(C*-C L )的因素o①搅拌:汽泡变小，增大汽液相接触面积；延长汽泡在液体中的停留时间；增加湍动程度，减小气泡外液膜厚度，减小阻力；使培养基成分和细胞均匀分布，利于营养物吸收,代谢物扩散。
搅拌比通气速度对Kg的影响更明显。
但搅拌速度过高，会对细胞造成损伤，并会增加传热的负担。
通气效率还与罐体积(越小越好)、罐形状、结构、搅拌器形式、挡板有关。
②空气流量:供氧，带走废气。
K L C I随空气流量增加而增加，但有限度。
如超过限度，搅拌器在空气泡中空转，不能分散空气，搅拌功率下降。
气沿轴逸出。
③培养液性质的影响:微生物生长繁殖和代谢可引起发酵液密度、黏度、表面张力.扩散系数的变化。
这些性质的变化都会影响Kg值。
如：黏度增大，滞留液膜厚度增加，传质阻力增大；同时黏度影响扩散系数，使通气效率降低。
综合操作条件和流体性质对Kg的影响，有:K L a=f(D h N, 3》D L出P ,o , g)④微生物生长的影响:细胞浓度增加，K L CI值变小，细胞浓度相同时，球状菌悬液的Kg值是丝状菌悬液Kg值的两倍。
(流动特性，稠度差别较大)（1）影响Ke的因素⑤消沫剂的影响：分布于气液截界面，增大传递阻力，使K L下降（虽使a增大）o产生泡沫原因多样，其中发酵性泡沫氧低, 消沫剂虽然使K L下降，但最终会有效的改C02 高, 不易破，“逃液”。
善发酵液的通气效率。
（消泡沫的重要手段）(1)影响ICB的因素⑥离子强度的影响：气泡在电解质溶液中，比在水中小很多，a较大，K L(J值也比水大。
并随浓度增加而增大。
丙酮、乙醇、甲醇等有机溶剂也有类似情况。
(2)影响推动力的因素影响因素有: ①温度：常压下，随温度升高而降低。
②溶质的影响：随浓度增加氧饱和度下降。
电解质，因盐析作用而降低；有机溶液，升高。
快。
不利于液相中CO2排出。
对细胞渗透压有不利影响④纯氧：富氧通气、溶解氧增加。
但生产成本提高，不够 经济。
C*。
CO2也增加且更5、液相体积氧传递系数K L a的测定・常握供氧，需氧情况，要测定:溶解氧浓度，摄氧率和液相体积氧传递系数Ke。