发酵过程较易受到营养因素和培养环境因 素的影响。
有效地控制发酵，使生产菌的代谢变化沿 着人们所需要的方向进行，从而使发酵生 产达到高质高产的目的。
一、微生物的发酵类型
按投料方式的不同分
按发酵与氧的关系分
按发酵过程中菌体生长与碳源消耗系的
第二阶段是产物合成阶段，产物合成速 率、菌体生长速率和基质消耗速率成正比， 且基本同步 柠檬酸发酵是此类型的典型代表
非生长偶联型发酵
表现为两个阶段：
在第一阶段，以菌体生长为主，菌体生长速率 和基质消耗速率基本同步且成正比，没有或只 有少量产物合成
在第二阶段，以产物合成为主，只有少量菌体 生长或不生长或负生长，少量的基质消耗
缺点 存在产物抑制和阻遏，产率低
补料分批发酵
在发酵过程中一次或多次补入含有一种 或多种营养成分的新鲜料液
具有更多的优越性，实际应用很广 补入的通常是对微生物生长和代谢有较
大影响的营养物质 有效地控制了菌体的浓度和粘度，提高
产量
补料分批培养的优缺点
优点 在这样一种系统中可以维持低的基质浓度， 避免快速利用碳源的阻遏效应；可以通过补料 控制达到最佳的生长和产物合成条件；还可以 利用计算机控制合理的补料速率，稳定最佳生 产工艺。
不同分
“注意3和4的差别”
按产品类别的不同分
1 按投料方式的不同分
分批发酵 补料分批发酵 连续发酵
分批发酵
一次性投入料液 不同代谢产物分批发酵的基本过程相同 其特点是微生物所处的环境在发酵过程中不断
地变化
分批培养的优缺点

优点 操作简单，周期短，染菌机会少， 生产过程和产品质量容易掌握
产物来自两用代谢途径，在基质消耗和菌体生 长后，菌体利用中间代谢反应来形成产物。
绝大多数的抗生素发酵、氨基酸发酵属于此类
两用代谢途径(amphibolic pathway)
虽然分解代谢和合成代谢基本上采取不 同的途径，但有许多代谢环节还是双方 都可共同利用的。这种可以公用的代谢 环节称为两用代谢途径。
3 按发酵过程中菌体生长与碳源消耗 及产物合成之间关系的不同分
生长偶联型发酵 部分生长偶联型发酵 非生长偶联型发酵
发酵过程反应速度的描述

X
S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）
基质的消耗速度
基质的消耗比速\菌体生长比速\产物形成比速
单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌 体）的量称为比速，是生物反应中用于描述反 应速度的常用概念。
本次课要求
掌握发酵控制的意义 理解并掌握生长偶联型发酵、部分
生长偶联型发酵、非生长偶联型发 酵的内涵 掌握发酵过程应控制的工艺参数 理解初级代谢产物发酵、次级代谢 产物发酵的代谢变化规律
为什么要对发酵过程进行控制呢？
发酵过程是非常复杂的动态生物化学反应 过程，为了使微生物细胞合成某一代谢产 物的生产能力得到充分的表达，就要研究 并控制发酵过程。
主要是通过脱氢酶和氧化酶进行 在发酵过程中要不断地向发酵液中通入无菌空
气 包括大多数的抗生素发酵、氨基酸发酵、酶制
剂发酵等
厌氧发酵
是由厌氧菌或兼性厌氧菌在无分子氧的条 件下进行的发酵过程
应隔绝空气使发酵在无分子氧的情况下进 行
在厌氧发酵中只有脱氢酶的作用，而无氧 化酶参与
包括乙醇发酵、丙酮发酵、丁醇发酵、乳 酸发酵、丁酸发酵等
缺点 菌种不稳定的话，长期连续培养会引起菌种退 化，降低产量。长时间补料染菌机会大大增加。
实际应用还较少
2 按发酵与氧的关系分
需氧发酵 厌氧发酵
需氧发酵
是由需氧菌在分子氧存在的条件下进行的发酵 过程
氧在微生物的需氧呼吸中作为最终的电子受体 需氧微生物有较完善的呼吸酶系统，呼吸作用
生长偶联型发酵
产物直接来源于产能的初级代谢 菌体生长、糖的分解代谢和产物形
成几乎是平行的 菌体生长型和产物形成期并不是分
开的 单细胞蛋白和葡萄糖酸的发酵属于
此型
部分生长偶联型发酵
产物也是来自能量代谢所用的基质 有两个阶段：
第一阶段为菌体生长阶段，生长速率与 基质消耗速率成正比，但无产物的合成
物理参数
压力
发酵过程中发酵罐所维持的压力
维持正压：可以防止外界空气中的杂菌侵入，以 保证纯种的培养。
罐压的高低还与氧和二氧化碳在培养液中的溶解 度有关。
罐压一般维持在表压0.02～0.05MPa
物理参数
参数：通过取样分析获得的有关发 酵的信息
鸟苷发酵过程曲线
工艺参数
物理参数 化学参数 生物参数
物理参数
温度 压力 搅拌转速 搅拌功率 空气流量 粘度
物理参数
温度
整个发酵过程或不同阶段所维持的温度。
温度的高低与酶反应速率、氧在培 养中的溶解度和传递速率、菌体生长速 率和产物合成速率有密切关系
第七章 发酵过程的控制
广药生科院 周林
本章主要内容
微生物发酵类型 发酵过程的工艺参数控制 发酵过程中的代谢变化 菌体浓度的影响及其控制 营养基质的影响及其控制 温度的影响及其控制 pH的影响及其控制 溶氧的影响及其控制 二氧化碳的影响及其控制 补料分批发酵 泡沫的影响及其控制 发酵终点的判断
缺点 由于没有物料取出，产物的积累最终导致 比生产速率的下降。由于有物料的加入增加了 染菌机会
连续发酵
发酵过程中一边补入新鲜料液一边放出等量的发酵 液，使发酵罐内的体积维持恒定。
达到稳态后，整个过程中菌的浓度，产物浓度，限 制性基质浓度都是恒定的。
优点 控制稀释速率可以使发酵过程最优化。发酵周 期长，得到高的产量。
柠檬酸循环(citric acid cycle)可看作是 两用代谢途径的典型例证。
两用代谢途径的存在，使机体细胞的代 谢更增加了灵活性。
二、发酵过程的工艺参数控制
发酵控制是取得高产高质产品的必 要条件
发酵控制的先决条件是了解发酵进 行的情况，进而做出相应的调整， 使发酵过程有利于目的产物的积累 和产品质量的提高