1、生物發(fā)酵工業(yè)控制因素1經典工業(yè)發(fā)酵流程圖2發(fā)酵過程的操作類型分批發(fā)酵補料分批發(fā)酵（半連續(xù)發(fā)酵）連續(xù)發(fā)酵3發(fā)酵類型分批發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵優(yōu)缺點 操作簡單、周期短染菌的機會減少生產過程、產品質量易掌握不適用于測定過程動力學對基質濃度敏感的產物，用分批發(fā)酵不合適可解除底物抑制，產物的反饋抑制和快速利用碳源的阻遏效應，并維持適當的菌體濃度，使不致于加劇供氧的矛盾；可降低培養(yǎng)基的黏度，并盡可能地延長產物的形成時間。避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物。不會產生菌種老化和變異等問題。可提高設備利用率和單位時間的產量，節(jié)省發(fā)酵罐的非生產時間；便于自動控制；增加了染菌機會：長時間不斷地向發(fā)酵系統(tǒng)供給無菌空氣和培養(yǎng)基；

2、菌種發(fā)生變異的可能性較大。4那么為何pH調節(jié)中提到通氣？5發(fā)酵過程中pH的變化 發(fā)酵過程中，由于菌種在一定溫度及通氣條件下對培養(yǎng)基中碳、氮源等的利用，隨著有機酸或氨基氮的積累，會使pH產生一定的變化。這種變化的根源是培養(yǎng)基的成分和微生物的代謝特性。6引起培養(yǎng)液的pH發(fā)生波動的因素引起pH下降的因素：1）培養(yǎng)基中碳、氮比例不當，碳源過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補糖過多加之溶解氧不足，致使有機酸大量積累2）消沫油加得過多3）生理酸性物質的存在引起pH上升的因素：1）氮源過多2）生理堿性物質存在3）中間補料中氨水或尿素等的堿性物質加入過多7有研究表明，培養(yǎng)開始時發(fā)酵液pH的影響是不大的，因為微生

3、物在代謝過程中，迅速改變培養(yǎng)基pH的能力十分驚人。例如，以花生餅粉為培養(yǎng)基進行土霉素發(fā)酵，最初將pH分別調到5.0、6.0和7.0，發(fā)酵24h后，這三種培養(yǎng)基的pH已經不相上下，都在6.57.0之間。但是當外界條件發(fā)生較大變化時，菌體就失去了調節(jié)能力，發(fā)酵液的pH將會不斷波動。8 引起這種波動的原因除了取決于微生物自身的代謝外，還與培養(yǎng)基的成分有極大的關系。一般來說，有機氮源和某些無機氮源的代謝起到提高pH的作用，例如氨基酸的氧化和硝酸鈉的還原，玉米漿中的乳酸被氧化等，這類物質被微生物利用后，可使pH上升，這些物質被稱為生理堿性物質，如有機氮源、硝酸鹽、有機酸等。而碳源的代謝則往往起到降低pH

4、的作用，例如，糖類氧化不完全時產生的有機酸，脂肪不完全氧化產生的脂肪酸、銨鹽氧化后產生的硫酸等。這類物質稱為生理酸性物質。9 此外通氣條件的變化，菌體自溶或雜均污染都可能引起發(fā)酵液pH的改變，所以確定最適pH以及采最適有效的控制措施，是使菌種發(fā)揮最大生產能力的保證。10那么工業(yè)發(fā)酵是怎么樣選擇和調節(jié)最適pH？11工業(yè)發(fā)酵選擇最適pH的原則：既有利于菌體的生長繁殖，又要最大限度地使產物合成獲得高的產量12合適的p值是根據實驗結果來確定。將發(fā)酵培養(yǎng)基調節(jié)成不同的出發(fā)pH值，進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，定時測定和調節(jié)pH，以分別維持出發(fā)pH 值，或者利用緩沖液配制培養(yǎng)基以維持之。到時觀察菌體生長的情況，

5、以菌體生長達到最高值的pH 值為菌體生長的最適pH 值。以同樣的方法，可測得產物合成的合適PH值。13控制pH的方法考慮發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎配方，使之有適當的比例，使發(fā)酵過程pH 的變化在適合的范圍內。 因為培養(yǎng)基中含有代謝產酸如葡萄糖產生酮酸、(NH4)2 SO4 和產堿 如NaNO3 、尿素的物質以及緩沖劑如CaCO3 等成分，它們在發(fā)酵過程中要影響pH的變化，特別是CaCO3能與酮酸等反應，而起到緩沖作用，所以它的用量比較重要。在分批發(fā)酵中，常采用這種方法來控制pH的變化。14利用上述方法調節(jié)pH值的能力是有限的，如果達不到要求，可以用在發(fā)酵過程直接補加酸或堿和補枓的方式來控制，特別是補料的

6、方式，效果比較明顯。 過去是直接加入酸或堿來控制，但現在常用的是以生理酸性物質(硫酸銨)和堿性物質(氨水)來控制。它們不僅可以凋節(jié)pH值，還可以補充氮源。當發(fā)酵的pH值和氨氮含量都低時，補加氨水，就可以達到調節(jié)pH 和補充氨氮的目的。反之， pH值較高，氨氮含量又低時，就補加硫酸銨。15目前，已比較成功地采用補枓的方法來調節(jié)pH值，如氨基酸發(fā)酵采用流加尿素的方法，特別是次級代謝產物抗生素發(fā)酵，更常用此法。這種方法，既可以達到穩(wěn)定pH值的目的，又可以不斷補充營養(yǎng)物質，特別是能產生阻遏作用的物質。少量多次補加還可解除對產物合成的阻遏作用，提高產物產量。也就是說，采用補料的方法，可以同時實現補充營養(yǎng)

7、、延長發(fā)酵周期、調節(jié)pH值和培養(yǎng)液的特性（如菌濃等）等幾個目的。 最成功的例子就是青霉素的補枓工藝，利用控制葡萄糖的補加速率來控制pH值的變化范圍（現已實現自動化），其青霉素產量比用恒定的加糖速率和加酸或堿來控制pH值的產量高25%。16前面提到各種pH調節(jié)方法，都是工業(yè)常用的，但是控制通氣量調節(jié)pH呢？17我們以工業(yè)上醋酸生產來看這個問題18醋酸發(fā)酵是分2步（two-stepreaction）進行：首先是乙醇在乙醇脫氫酶的催化下成乙醛，接著是乙醛在乙醛脫氫酶的氧化成乙酸，其過程為：C2H5OHCH3CHO+H2O；CH3CHOCH3COOH 19醋酸發(fā)酵前過程酒精發(fā)酵是在無氧條件下，微生物（如酵母菌）分解葡萄糖等有機物，產生酒精、二氧化碳等不徹底氧化產物,同時釋放出少量能量的過程。在高等植物中，存在酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵,并習慣稱之為無氧呼吸.20對于醋酸發(fā)酵生產來說，前一個階段為無氧，后一階段為有氧過程。如果我們通過控制通氣量來調節(jié)pH，那么勢必會導致這個生產的沖突，且工業(yè)發(fā)酵不僅有最適的pH，最適溫度，同樣對于氧氣和二氧化碳也是必須控制的因素之