45%的产量要高。
（1）溶解氧控制的一般原则
生长阶段：CL CCr
即可
产物合成阶段： CL Cm
即可
❖ 过高的溶氧水平反而对菌体代谢有不可逆的抑 制作用
（2）溶解氧控制作为发酵中间控制的手段之一
❖ 控制原理
▪ 发酵过程中， 糖量↑→ x ↑, QO2 ↑ → γ ↑ → CL↓ 糖量 ↓ → QO2 ↓ → γ ↓ → CL ↑
正确评价通气的作用：
供氧：VVM , KLa 排废气：
水分及挥发性组分的散失
(2) 基质浓度对产物合成的影响
低浓度限制 低水平诱导 高浓度抑制及分解阻遏作用
e.g.葡萄糖氧化酶发酵：葡萄糖用量从8%降至6%，补入 2%氨基乙酸或甘油，使酶活力分别提高26%或6.7%。 谷氨酸发酵（乙醇为碳源）：当乙醇浓度为2.5g/L和 35g/L时，可延长谷氨酸生产时间，但在更高浓度下， 菌体生长受到抑制，谷氨酸产量降低。
C CL
QO2 x
▪影响供氧的因素：C*- CL 温度、溶质、溶剂、氧分压
KLa 设备参数、操作参数、发酵液特性
▪影响耗氧的因素：γ 菌种特性、培养基成分和浓度、菌
龄、培养条件（T、pH）、代谢类型
（2）发酵过程中溶氧变化规律
批式发酵无DO控制情况下，溶氧变化规律为“波谷现象”
CL
x
QO2
（六）CO2和呼吸商对发酵的影响及其控制
1. 定义 2. 发酵过程中CO2释放率的变化 3. CO2对发酵的影响
1. 定义
呼吸商（RQ）：指菌体呼吸过程中，CO2释放率和菌的耗 氧速率之比，RQ反映菌的代谢情况。
菌体耗氧速率 OUR，molO2/L·h 菌体CO2释放率CER，molCO2/L·h
（四）pH对发酵的影响及其控制
1. 发酵对pH的影响 2. pH值对发酵过程的影响 3. 最适pH的选择 4. 发酵过程中pH的调节与控制
1）发酵液中pH变化的基本原理
微生物代谢对pH影响主要在两种情况下发生：①酸性 或碱性代谢产物的生成或释放；②菌体对培养基中生 理酸性或碱性物质的利用。
引起发酵液中pH下降的因素 （1）C/N过高，或中间补糖过多，溶氧不足，致使有机
醉”状态，细胞Βιβλιοθήκη 长受到抑制，形态发生改变。（3）CO2对菌体生长及产物形成的影响
CO2↑, 基质分解速率↓，ATP ↓ ，中间产物↓或形态变异 导致产量↓
高浓度CO2抑制作用的独立性: 只要CO2在培养液中浓度 过量，即使供氧充足（CL>CCr），CO2的抑制作用不能 解除，这种负作用在放大过程更明显。
（2）pH对产物合成的影响
pH影响代谢方向： pH不同，往往引起菌体代谢过程不同， 使代谢产物的质量和比例发生改变。 e.g. 黑曲霉发酵：pH2~3, 柠檬酸；pH接近中性，草酸 酵母菌发酵：pH4.5~5.0，酒精；pH8.0，酒精、醋酸 和甘油 谷氨酸发酵：pH7.0~8.0，谷氨酸；pH5.0~5.8, 谷酰胺 和N-乙酰谷酰胺
2）发酵过程中pH的变化规律
生长阶段：pH相对于起始pH有上升或下降的 趋势
生产阶段：pH趋于稳定，维持在最适于产物合 成的范围
自溶阶段：pH又上升
（1）pH对微生物生长的影响
▪ pH对生长的影响机制 ▪ 对E合成的影响 ▪ 对E活性的影响 ▪ 对ATP生产率影响：ATP , x ▪ 影响菌体细胞膜电荷状况，引起膜的渗透性的变化，
当 CL CCr 时, QO2
QO2 m CL K0 CL
QO2 m
呼吸抑制
∴对生长应满足 CL CCr , 但并不是越高越好
（2）溶解氧对产物合成的影响
最适氧浓度（Cm）：溶氧浓度对产物合成有一个最适 范围，CL过高或过低，对合成都不利。
e.g.卷须霉素：12~70h之间，维持CL 在10%比在0或
（2）溶氧控制作为发酵中间控制的手段之一
❖控制方法 ▪ 溶氧和补糖控制系统 ▪ 溶氧和pH控制的系统
（3）溶解氧控制的工艺方法：从供氧、需氧两方面考虑
供氧方面： ▪ 提高氧分压（氧分含量），即
，提高供氧能力
▪ 改变搅拌转速：通过改变KLa来提高供氧能力
▪ 通气速率Ws ↑：Ws增加有上限，引起C“过载”、泡沫
A1eE RT
A2eE RT
∵Eμ＜Eα ∴死亡速率比生长速率对温度变化更为敏感
嗜冷、嗜中温、嗜热菌的典型生长与温度关系
2. 温度对微生物生长的影响(续)
在其最适温度范围内，生长速率随温度升高而增加， 当温度超过最适生长温度，生长速率随温度增加而迅 速下降。
不同生长阶段的微生物对温度的反应不同 处于延迟期的细菌对温度的影响十分敏感。 对于对数生长期的细菌，如果在略低于最适温度的 条件下培养，即使在发酵过程中升温，则升温的破 坏作用较弱。 处于生长后期的细菌，其生长速度一般主要取决于 溶解氧，而不是温度。
3. 最适pH的选择
选择pH准则：获得最大比生产速率和合适的菌体量， 以获得最高产量。
配制不同初始pH的 培养基，摇瓶考察 发酵情况
pH对产海藻酸裂解酶的影响
（1）pH调节方法
配制合适的培养基，有很好的缓冲能力； 发酵过程中加入非营养基质的酸碱调节剂
(NaOH、HCl、CaCO3)； 发酵过程中加入生理酸性或碱性基质，通过代谢调节pH；
影响生物合成方向。 e.g. 四环素发酵中金色链霉菌：T<30℃，产生金霉素； T达35 ℃，产生四环素； 谷氨酸发酵中扩展短杆菌： 30℃培养后37 ℃发酵， 积累过量乳酸。
温度对菌的调节机制关系密切 。
4. 温度对产物合成的影响
影响酶系组成及酶的特性。 ➢ 米曲霉制曲：温度控制在低限，有利于蛋白酶
补糖使CL下降，而CL回升的快慢取决于供氧效率。 ▪ 对于一个具体的发酵，存在一个最适氧浓度（Cm）水
平，补糖速率应与其相适应。
CL
C
，加大补糖速率
m
CL Cm，减小补糖速率 实现用溶解氧水平控制补料速率
（2）溶氧控制作为发酵中间控制的手段之一
❖控制原则 补糖速率控制在正好使生产菌处于所谓“半饥饿 状态”，使其仅能维持正常的生长代谢，即把更 多的糖用于产物合成，并永远不超过罐设计时的 KLa水平所能提供的最大供氧速率。
4. 温度对产物合成的影响
影响发酵过程中各种反应速率，从而影响微生物的生 长代谢与产物生成。
e.g. 青霉菌发酵生产青霉素 青霉菌生长活化能E1=34kJ/mol 青霉素合成活化能E2=112kJ/mol ∴青霉素合成速率对温度较敏感
4. 温度对产物合成的影响
改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成 。
(三)温度对发酵的影响及其控制
1. 影响发酵温度的因素 2. 温度对微生物生长的影响 3. 温度对基质消耗的影响 4. 温度对产物合成的影响 5. 最适温度的选择与控制
(1)发酵热
发酵过程中所产生的热量，叫做发酵热。 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
(2)生物热
来源 ：微生物对营养物质的分解所释放的能量
平衡点分析：
②当CL↓（如对数生长期γ很大）， dCL 0，OTR<γ dt
∵ OTR KLa C CL ， CL , C CL , OTR
∴OTR γ ，dCL 0 ，称低位平衡。 dt
低位平衡通常发生在正常情况下的对数期。
值得注意的几点
自然“波谷现象”，一般可以自适应调节C（L ,OTR ） 当 CL CCr ，则需要控制，增加OTR，防止需氧受阻。 补料与“波谷现象”对应：即补料时间、剂量选择与溶
影响因素：
菌株
培养基成分
发酵时期
生物热与其它参数的关系
①呼吸强度QO2 ②糖利用速率
当产生的生物热达到高峰时，菌的呼
吸强度最大，糖的利用速率也最大， 可用耗氧量、糖耗来衡量生物热。
2. 温度对微生物生长的影响
dx x x dt
1 dx x dt
当μ>>α时，α可忽略，微生物处于生长状态。μ、α皆与T有 关，其关系均可用阿累尼乌斯公式描述：
RQ CER OUR
（1）影响尾气中CO2浓度的因素
通入空气量：VVM , CCO2出
呼吸强度： QO2 QCO2 ，CCO2出 CO2溶解度：T、P T , CCO2出 ；P ，CCO2出
菌体量：x QCO2 x CER ，CCO2出
（2）CER变化规律
CO2积累量渐增，与x曲线对应，基本类似S型曲线变化； 当工艺和设备参数一定的情况下，CER与x有比例关系
溶氧、x、QO2、 随时间变化的关系
平衡点分析：
①当CL↑，即
dCL 0，OTR>γ dt
∵ OTR KLa C CL ，CL , C CL , OTR
∴OTR逐渐↓至OTR=γ，即 dCL 0，高位平衡 dt
当处于高位平衡时，表明供氧性能好。高位平衡通常发生
在正常情况的前、后期。
▪ 提高罐压： ，但同时会增加CO2的溶解度，影响pH及可能会影响 菌的代谢，另外还会增加对设备的强度要求。
▪ ▪
改加变消发泡酵剂液，C理补 化加性无质菌水（σ，，改变，培Ii养）基成分→改变KL
▪ 改变温度： 提高推动力（C*－CL）
（3）溶解氧控制的工艺方法（续）
耗氧方面 限制性基质的流加控制（补料控制）：在OTR一定情况 下，控制基质浓度→限制μ、x→ 限制γ →控制溶解氧
氧变化有关。 a. 不能在波谷时补料，加重缺氧 b. 一次补料不能过量，防止 CL CCr ， 菌体停止呼吸、死亡 c.每次补料都会引起一次大的溶氧下降。
（1）溶解氧对生长的影响
临界氧浓度（CCr）： 指不影响菌体呼吸所允许的最低 氧浓度。
当 CL CCr 时, QO2 QO2 m 呼吸不受抑制