品控部：制定发酵过程控制的方案。
总经理：协调监督各部工作，最后拿出 完整的计划书。
3. 计划书实施。 计划书要先经过老师的审核，然后
实施。
实施过程中考核操作技能。
实施后及时进行实训报告的撰写也 总结。
第一节 微生物发酵类型
• 一 分批发酵、补料分批发酵与连续发酵 • 二 需氧发酵与厌氧发酵 • 三 生长偶联型、部分生长偶联型和非生
• 例如产黄青霉在低pH 下为丝状，高pH为酵 母状
• 3 影响产物的稳定性； • 噻呐霉素在pH6.7-7.5时稳定； • 青霉素在碱性条件下发酵产量低
项目2 微生物发酵技术
任务4：发酵过程控制技术
教学安排：
1. 员工培训 由老师讲解发酵过程的理论基础。 分配实操任务：发酵过程控制。
2. 学生模拟组建运营一个发酵车间，撰写 计划书(在理论教学期间完成)。
市场部：当前发酵过程控制的技术进展。
关键技参术数部的：控确制定方p法H、，温撰度写、操溶作O规2程、。补料等
第六节 温度的影响及其控制
• 一 温度对发酵的影响 • 1 影响各种酶反应的速率和蛋白质的性
质； • 菌体生长所需温度与产物合成温度不
一致(如青霉素)；温度不同还可能影响产 物合成的方向(如金霉素和四环素)。 • 2 影响发酵液的物理性质。(粘度、氧和 基质的溶解与传递、分解和吸收)
• 二 影响发酵温度变化的因素 • 产热的因素： • 1 生物热(Q生物) • 与培养基成分和培养阶段有关。 • 2 搅拌热(Q搅拌) • 散热的因素： • 1 蒸发热(Q蒸发) • 2 辐射热(Q辐射)
菌体生长成正比。
• 其它环境条件越适合，生长越快。 二 菌浓对初级代谢和次级代谢的影响
产物的产率：
Rp = Qp · X 其中： Qp 为比生产速率；
X 为菌体浓度。 X太大的负面影响： 1 营养物质消耗太快； 2 生产毒素； 3 溶氧供应不上。
三 发酵过程中菌浓度的控制
四
通过调节生长速率实现，而这又要通
• 二 化学参数
• 1 pH • 2 基质浓度：糖、氮、磷等。 • 3 溶解氧浓度 • 4 氧化还原电位 • 5 产物浓度 • 6 废气中氧的含量 • 7 废气中CO2的含量。 • 三 生物参数 • 1 菌体浓度 • 2 菌丝形态
第三节 发酵过程中的代谢变化
• 一 初级代谢产物发酵的代谢变化 • 1 菌体浓度的变化 • 延迟期、对数生长期、静止期和死亡
• 次级代谢发酵的菌体生长(生长期)和产物 合成期(生产期)是分开的。
• 发酵过程可分为：菌体生长、产物合成、 菌体自溶三个阶段。
• 1 菌体生长阶段
• (1) 营养成分的变化
• 碳源、氮源和磷酸盐等营养物质不断被 消耗，浓度明显减少，而新菌体不断合成， 菌浓明显增加。
• (2期的长短与培养条件和菌种生理
状态有关。 • 在未达死亡期之前放罐。
• 2 营养基质浓度的变化 • 随发酵时间的延长不断降低，用于菌体的
生长和产物的形成。
• 溶氧的变化规律(后面讲)。 • 3 产物浓度的变化 • (1) 与菌体浓度平行； • (2) 与培养条件有关。
• 二 次级代谢产物发酵的代谢变化
过调节培养基的营养基质浓度。
五
第五节 营养基质影响及其控制
一 碳源的影响及其控制 1 碳源的种类影响代谢情况 迅速利用的碳源：迅速参与代谢，合成菌体和产
生能量，并产生分解产物，因此有利于菌体生 长，但对产物(特别是次级代谢)有抑制作用(例 如葡萄糖)。 缓慢利用的碳源：可被菌体缓慢利用，有利于延 长代谢产物的合成(例如乳糖、蔗糖、麦芽糖、 糊精、饴糖等)。
• 速效氮源：氨基态氮和玉米浆，促进菌体生 长，但对部分产物，特别是次级产物合成有 抑制作用。
• 缓慢氮源：延长产物合成期。
• 发酵培养基一般采用速效与缓慢氮源的混 合物，且中间还要补充。
• (1) 补加有机氮源 • (2) 补加无机氮源(补氮和调pH双重功效)。
• 三 磷酸盐的影响和控制 • 适合微生物生长的磷盐浓度偏高； • 适合微生物药物合成的磷盐浓度偏低。 • 发酵过程一般采用亚适量。
• 三 温度的控制 • 1 最适温度的选择 • 2 温度的控制
第七节 pH的影响及其控制
• 一 pH对发酵的影响 • 1 影响微生物的生长及产物的合成(通过
影响酶活性实现)； • 生长最适pH与合成最适pH不一致 • 菌体内的pH近中性，因为发酵培养基中
的pH是通过间接方式作用与胞内酶的
• 2 影响菌体对基质的利用速度和细胞结构 (通过影响膜实现)；
机理解释： 乳糖的利用速度刚好符合青霉素的合成
速度。 控制方法：流加葡萄糖或采用混合碳源。 2 碳源浓度的影响
浓度合适。 控制方法：中间补料。
• 二 氮源的影响和控制
• 1 氮源浓度的影响
• 以谷氨酸发酵为例：
• NH4+太高：合成谷氨酰氨； • NH4+不足：积累-酮戊二酸。 • 2 氮源的种类的影响
长偶联型
第二节 发酵过程工艺参数控制
• 一 物理参数 • 1 温度 • 2 压力： 内部压力高于外部压力。 • 3 搅拌转速： 转/分钟 • 4 搅拌功率：每立方米发酵液所消耗的功率，
kw/m3 • 5 空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入
空气的体积，V/V.min • 6 粘度：反映氧传递阻力和菌体浓度。
度下降，菌浓至临界，溶氧至最低。
• (3) pH • 先下降后下升：利用葡萄糖产生酸，而
后再被利用。
• 先上升后下降：利用氨基酸的碳骨架， 剩下氨，而后氨又被利用。
• 限制性因素的出现，使菌体由生长向生 产转化。
• 2 产物合成阶段 • 产物产量不断增多，起至达到最大值，生
产速率也达最大，直至产物合成能力衰退。 • 该阶段要严格控制发酵条件，对产物的合
成最为关键。例如营养浓度。
3 菌体自溶阶段 菌体衰老、开始自溶，氨氮含量升高，pH
上升，产物合成能力衰退，生产速率下降。 此时结束发酵。
第四节 菌体浓度影响及其控制
• 菌体浓度：单位体积培养液中菌体的含 量。
• 一 影响菌体生长的因素 • 1 比生长速率：越大，菌体生长越快；决
定于细胞的复杂性(越复杂越慢)； • 2 营养物质和环境条件： • 营养物质浓度在一定限度内，浓度与