項目四發(fā)酵工藝及控制Email:heminteacher@163.com主講教師何敏廣東科貿(mào)職業(yè)學院生物技術系項目四發(fā)酵工藝及控制任務1.工業(yè)發(fā)酵的主要類型及代謝特征任務2.發(fā)酵工藝參數(shù)及監(jiān)測方法任務3.發(fā)酵過程操作與工藝控制任務4.染菌及防治

任務1.工業(yè)發(fā)酵的主要類型

及代謝特征一、微生物的代謝產(chǎn)物類型二、工業(yè)發(fā)酵的主要類型三、發(fā)酵過程的代謝變化規(guī)律一、微生物的代謝產(chǎn)物類型（一）初級代謝產(chǎn)物定義：微生物通過代謝活動所產(chǎn)生的、自身生長和繁殖所必需的物質。舉例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂類等。特征：不同的微生物初級代謝產(chǎn)物基本相同；初級代謝產(chǎn)物合成過程是連續(xù)不斷的。一、微生物的代謝產(chǎn)物類型（二）次級代謝產(chǎn)物定義：微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學結構十分復雜、對該微生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質。舉例：抗生物、毒素、激素、色素、維生素等。特征：不同的微生物次級代謝產(chǎn)物不同（種的特異性）;次級代謝產(chǎn)物是微生物生長到一定階段才合成的。熱原質(pyrogen)：或稱致熱原。是細菌合成的一種注入人體或動物體內(nèi)能引起發(fā)熱反應物質。產(chǎn)生熱原質的細菌大多是革蘭陰性菌，熱原質即其細胞壁的脂多糖。毒素與侵襲性酶：細菌產(chǎn)生外毒素和內(nèi)毒素兩類毒素。外毒素(exotoxin)是多數(shù)革蘭陽性菌和少數(shù)革蘭陰性菌在生長繁殖過程中釋放到菌體外的蛋白質；內(nèi)毒素(endotoxin)是革蘭陰性菌的脂多糖。色素：細菌的色素有兩類——水溶性色素，能彌散到培養(yǎng)基或周圍組織。脂溶性色素，不溶于水，只存在與菌體，是菌落顯色而培養(yǎng)基顏色不變?？股兀耗承┪⑸锎x過程中產(chǎn)生的一類能抑制或殺死某些其他微生物或腫瘤細胞的物質。細菌素：某些菌株產(chǎn)生的一類具有抗菌作用的蛋白質。維生素：細菌能合成某些維生素除供自身需要外，還能分泌到周圍環(huán)境中。【附】次級代謝產(chǎn)物次級代謝與初級代謝的關系關系密切，初級代謝的關鍵性中間產(chǎn)物往往是次級代謝的前體，比如糖降解過程中的乙酰-CoA是合成四環(huán)素、紅霉素的前體；一般菌體的次級代謝在對數(shù)生長后期或穩(wěn)定期間進行，受環(huán)境條件的影響；

次級代謝產(chǎn)物在微生物生命活動過程中的產(chǎn)生極其微量，它們沒有一般性的生理功能，也不是生物體生長繁殖的必需物質，但對其它生物體往往具有不同的生理活性作用前體：某些能夠直接結合到產(chǎn)物分子中，而自身結構并未發(fā)生顯著變化的小分子物質問題：比較初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物初級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物生長繁殖是否必須生產(chǎn)階段是否有菌種的特異性種類是否對數(shù)生長期對數(shù)生長后期或穩(wěn)定期無有氨基酸、核苷酸、多糖、脂類抗生物、毒素、激素、色素二、發(fā)酵類型（一）按培養(yǎng)基的狀態(tài)可分為2種類型：固體發(fā)酵(淺層發(fā)酵、深層固體發(fā)酵）液體發(fā)酵（表面發(fā)酵、深層發(fā)酵）固體發(fā)酵：將純種微生物接種、培養(yǎng)在固體培養(yǎng)基上優(yōu)點：設備簡單，能耗低，原料粗放，不易污染，產(chǎn)物回收所耗溶劑和所生廢水均少。缺點：設備占地面積多，勞動強度大，傳質和傳熱困難，副產(chǎn)物多，培養(yǎng)過程中進行檢測困難。

液體發(fā)酵

液體發(fā)酵是將發(fā)酵原料制成液體培養(yǎng)基，接種微生物，通過其代謝活動使發(fā)酵原料轉化成發(fā)酵產(chǎn)品。有表面發(fā)酵和深層發(fā)酵兩種形式深層發(fā)酵：是菌體或菌絲體均勻分散在液體培養(yǎng)基中，通過向培養(yǎng)液強制通氣或不通氣以及攪拌進行產(chǎn)物合成。優(yōu)點：設備占地面積少，生產(chǎn)規(guī)模大；發(fā)酵速度快，生產(chǎn)效率高；生產(chǎn)機械化，易于自動控制，勞動生產(chǎn)率高；發(fā)酵設備密閉，傳熱傳質良好，生產(chǎn)便于管理；副產(chǎn)物少，有利于產(chǎn)品提取，所得產(chǎn)品質量高。缺點：是設備條件要求較高。（二）按操作方式不同可分為3種類型（1）分批發(fā)酵(Batchfermentation)指在一個密閉系統(tǒng)內(nèi)一次性投入有限數(shù)量營養(yǎng)物進行發(fā)酵的方法。

Fin=Fout=0（無培養(yǎng)基進出）（2）補料分批發(fā)酵(Fed-batchfermentation)在分批發(fā)酵中間歇地或連續(xù)地補加（流加）新鮮培養(yǎng)基的方法。

Fin

≠0；Fout＝0或Fout

≠0（3）連續(xù)發(fā)酵(Continuousfermentation)以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)連續(xù)供給新鮮培養(yǎng)基，同時以相同速度將含有微生物和產(chǎn)物的培養(yǎng)液從發(fā)酵罐內(nèi)放出，F(xiàn)in=Fout＞0（培養(yǎng)基有進有出）三、發(fā)酵過程的代謝變化規(guī)律代謝變化：反映在發(fā)酵過程中，菌體的生長、發(fā)酵參數(shù)（培養(yǎng)基，培養(yǎng)條件等）和產(chǎn)物形成速率三者間的關系。代謝曲線：把菌體的生長、發(fā)酵參數(shù)（培養(yǎng)基，培養(yǎng)條件等）和產(chǎn)物形成速率三者隨時間變化的過程繪制成圖，就成為代謝曲線。3種發(fā)酵類型的代謝曲線三種操作方式下的代謝特征（一）分批發(fā)酵

1、分批發(fā)酵的定義在一封閉系統(tǒng)內(nèi)含有初始限量基質的發(fā)酵方式。在這一過程中，除了氧氣、消泡劑及控制pH的酸或堿外，不再加入任何其它物質。發(fā)酵過程中培養(yǎng)基成分減少，微生物得到繁殖

2、分批發(fā)酵的特點微生物所處的環(huán)境在發(fā)酵過程中不斷變化，其物理，化學和生物參數(shù)都隨時間而變化，是一個不穩(wěn)定的過程。

3、分批發(fā)酵的優(yōu)缺點優(yōu)點：①操作簡單；②操作引起染菌的概率低；③不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題缺點：非生產(chǎn)時間較長、設備利用率低。4、分批發(fā)酵的生長曲線五個生長階段延遲期：細胞濃度無明顯變化對數(shù)期：細胞濃度隨時間呈指數(shù)生長減速期：細胞的生長速率開始減緩靜止期：細胞濃度不再增加，為最大值衰亡期：細胞開始死亡，細胞生長速率為負值細胞生長時間細胞濃度對數(shù)值單細胞微生物的生長曲線分批發(fā)酵生長曲線各期比較延滯期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期此期特點細胞濃度無明顯變化細胞濃度隨時間呈指數(shù)生長生物量基本不變，形成芽孢細胞開始死亡發(fā)酵意義縮短延滯期盡可能使比生長速率接近其最大值合成和分泌次級代謝產(chǎn)物及時放罐處理5.分批發(fā)酵的類型

(按照產(chǎn)物生成與菌體生長是否同步)

(按照產(chǎn)物生成與基質消耗是否同步)Ⅰ型：生長偶聯(lián)產(chǎn)物生成——菌體生長、碳源利用和產(chǎn)物形成幾乎在相同時間出現(xiàn)高峰。產(chǎn)物形成直接與碳源利用有關。Ⅱ型：生長與產(chǎn)物生成部分偶聯(lián)——在生長開始后并無產(chǎn)物生成，在生長繼續(xù)進行到某一階段才有產(chǎn)物生成。產(chǎn)物形成間接與碳源利用有關。Ⅲ型：非生長偶聯(lián)產(chǎn)物生成——在生長停止后才有產(chǎn)物生成。產(chǎn)物形成與碳源利用無準量關系。分批發(fā)酵中菌體生長和產(chǎn)物形成的關系P88偶聯(lián)型（Ⅰ型）半偶聯(lián)型（Ⅱ型）非偶聯(lián)型（III型）α－與生長關聯(lián)的產(chǎn)物生成系數(shù)（kg/kg）β－非生長關聯(lián)的比生成速率（kg/kg.h）α﹥0;β＝0α﹥0;β﹥0α＝0;β﹥0例如：生長關聯(lián)型——葡萄糖異構酶的發(fā)酵細胞生長與產(chǎn)物形成偶聯(lián)關系乳酸發(fā)酵、土霉素、谷氨酸、檸檬酸發(fā)酵分批發(fā)酵中產(chǎn)物形成和基質消耗的關系P88α－與生長關聯(lián)的產(chǎn)物生成系數(shù)（kg/kg）β－非生長關聯(lián)的比生成速率（kg/kg.h）α﹥0;β＝0α﹥0;β﹥0α＝0;β﹥0產(chǎn)物生成與基質消耗直接有關

產(chǎn)物生成與基質消耗間接有關

產(chǎn)物生成與基質消耗無關

研究生長關聯(lián)型的意義從上述分批發(fā)酵類型分析：如果生產(chǎn)的產(chǎn)品是生長關聯(lián)型（如菌體與初級代謝產(chǎn)物），宜采用有利于細胞生長的培養(yǎng)條件，延長與產(chǎn)物合成有關的對數(shù)生長期如果產(chǎn)品是非生長關聯(lián)型（如次級代謝產(chǎn)物），則宜縮短對數(shù)生長期，并迅速獲得足夠量的菌體細胞后延長穩(wěn)定期，以提高產(chǎn)量從自然界分離的菌種產(chǎn)品基因工程誘變育種細胞工程生產(chǎn)用菌種擴大培養(yǎng)原料微生物菌體代謝產(chǎn)物分離提純發(fā)酵罐發(fā)酵條件控制接種培養(yǎng)基配置滅菌6.典型分批發(fā)酵的工藝流程(復習)無菌空氣7.主發(fā)酵罐的發(fā)酵階段及狀態(tài)典型的分批發(fā)酵中，主發(fā)酵罐的發(fā)酵分4個階段：

①初始階段②發(fā)酵前期③發(fā)酵中期④發(fā)酵后期細胞生長時間細胞濃度對數(shù)值分批發(fā)酵小結1、分批發(fā)酵的定義2、分批發(fā)酵的特點3、分批發(fā)酵的優(yōu)缺點4、分批發(fā)酵的生長曲線（單細胞）5、各期特點及工業(yè)發(fā)酵上意義6、分批發(fā)酵的類型（I型、II型、III型）7、典型分批發(fā)酵的工藝流程8、主發(fā)酵罐的發(fā)酵階段及狀態(tài)填空1.微生物發(fā)酵過程分為三種類型，其中（

）產(chǎn)物的生成直接與基質（糖類）的消耗有關A、類型Ⅰ

B類型Ⅱ

C類型Ⅲ

DA+B+C2.根據(jù)細胞生長與產(chǎn)物形成是否偶聯(lián)分為三種類型，其中混合型（

）。A、α>0，β＝0

B、α＝0，β>0

C、α>0，β>0

D、α＜0，β＜0AC判斷題1.酒精發(fā)酵產(chǎn)物的生成直接與基質（糖類）的消耗有關。（）2、檸檬酸發(fā)酵產(chǎn)物的生成間接與基質（糖類）的消耗有關。（）3、青霉素、鏈霉素等抗生素發(fā)酵產(chǎn)物的生成顯然與基質（糖類）的消耗無關。（）4、谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)物的生成直接與基質（糖類）的消耗有關。（

）5、酒精發(fā)酵產(chǎn)物的生成間接與基質（糖類）的消耗有關。（

）6、檸檬酸、谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)物的生成顯然與基質（糖類）的消耗無關。（

）√×√√××填出？處相應的內(nèi)容？產(chǎn)品基因工程？細胞工程？？原料？代謝產(chǎn)物？發(fā)酵罐發(fā)酵條件控制接種培養(yǎng)基配置滅菌無菌空氣？從自然界分離的菌種誘變育種生產(chǎn)菌種擴大培養(yǎng)分離提純微生物菌體（二）連續(xù)發(fā)酵：Fin

＝Fout

﹥01、定義：培養(yǎng)基料液連續(xù)輸入發(fā)酵罐，并同時放出含有產(chǎn)品的相同體積發(fā)酵液，使發(fā)酵罐內(nèi)料液量維持恒定，微生物在近似恒定狀態(tài)（恒定的基質濃度、恒定的產(chǎn)物濃度、恒定的pH、恒定菌體濃度、恒定的比生長速率）下生長的發(fā)酵方式。2、優(yōu)缺點優(yōu)點：①能維持低基質濃度；

②可以提高設備利用率和單位時間的產(chǎn)量；

③便于自動控制。缺點：①菌種發(fā)生變異的可能性較大；

②要求嚴格的無菌條件。例：具有反饋的單級連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)3、適宜條件：●適宜于培養(yǎng)生長較快的微生物（即μm大），如果μm過小，則不宜采用連續(xù)培養(yǎng)。●操作復雜，易染雜菌，主要用于研究方面。4、連續(xù)發(fā)酵的類型（1）恒化培養(yǎng)使培養(yǎng)基中限制性基質的濃度保持恒定（2）恒濁培養(yǎng)使培養(yǎng)基中菌體的濃度保持恒定盛無菌培養(yǎng)基的容器控制流速閥培養(yǎng)室流出物無菌空氣空氣控制閥問題1、恒化培養(yǎng)中的微生物是否經(jīng)歷“4個階段”？答：不經(jīng)過“四個階段”，菌群基本是在對數(shù)生長期旺盛生長，產(chǎn)量很大。2、恒濁器與恒化器比較，哪種更難控制？答：一般來說，恒濁器較難控制，目前，大多數(shù)研究者都是利用恒化器進行連續(xù)培養(yǎng)的研究。（三）補料分批發(fā)酵(半連續(xù)發(fā)酵、流加法)1、定義：在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補加新鮮培養(yǎng)基的發(fā)酵方式。

Fin

≠0；Fout＝0或Fout

≠02、優(yōu)缺點優(yōu)點：①使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質濃度；

②可以解除營養(yǎng)物抑制、產(chǎn)物反饋抑制等作用；

③有利于前體的補充;

④不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題。缺點：①存在一定的非生產(chǎn)時間；

②與分批發(fā)酵比，中途要流加新鮮培養(yǎng)基，增加了染菌的危險

3、補料分批發(fā)酵的類型：單一補料分批發(fā)酵：

Fin≠0；Fout＝0反復補料分批發(fā)酵：

Fin≠0；Fout≠0單一型Fin≠0Fout＝0反復型Fin≠0Fout≠0小結：三種發(fā)酵方式之比較分批發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵補料分批發(fā)酵代謝曲線特點封閉系統(tǒng)，操作簡單，運用廣泛開放系統(tǒng)，操作復雜，易染菌，研究領域兼有二者之優(yōu)點，有2種類型，運用廣泛定義Fin

＝Fout

＝0Fin

≠0；Fout＝0或Fout

≠0Fin

＝Fout

﹥0選擇題1細菌群體從開始生長到死亡的動態(tài)變化，可以分為四個主要時期。生產(chǎn)上，人們總結出一種連續(xù)培養(yǎng)的方法，可以大大提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，這種連續(xù)培養(yǎng)的方法可以延長的時期是（）

A．調(diào)整期 B．對數(shù)期

C．穩(wěn)定期 D．衰亡期C選擇題2工業(yè)生產(chǎn)用的菌種應選取微生物生長的時期及能大量產(chǎn)生抗生素的時期分別是（）①調(diào)整期②對數(shù)期③穩(wěn)定期④衰亡期

A．②③B．①③

C．①③D．②④A選擇題3下列對連續(xù)培養(yǎng)優(yōu)點的敘述中，不正確的是（）A.能及時補充微生物所需的營養(yǎng)物質，提高產(chǎn)量B.有利于微生物盡快將代謝產(chǎn)物釋放到培養(yǎng)基中C.能消除不利于微生物生長的某些環(huán)境因素D.提高了設備的利用率B思考題1．在分批發(fā)酵中，按細胞生長和產(chǎn)物生成的關系可分為哪幾種類型？舉例說明。2．何為補料分批發(fā)酵？有何優(yōu)點？該法主要適用在哪些場合？3．什么叫連續(xù)培養(yǎng)？有何缺點？適于培養(yǎng)哪類微生物？4．什么叫發(fā)酵周期？分批發(fā)酵的生長曲線在工業(yè)發(fā)酵上有何指導意義？5.繪出典型分批發(fā)酵的工藝流程并簡要說明之任務2發(fā)酵工藝參數(shù)及監(jiān)測方法一、控制參數(shù)的目的、研究方法和層次二、發(fā)酵控制參數(shù)的分類三、發(fā)酵過程主要分析的項目一、控制參數(shù)的目的、研究方法和層次控制目的：就是要為生產(chǎn)菌創(chuàng)造一個最適的環(huán)境，得到最大的比生產(chǎn)速率和最大的生產(chǎn)率控制難點：過程的不確定性和參數(shù)的非線性原因：●微生物代謝是一個復雜的系統(tǒng)，它的代謝呈網(wǎng)絡形式，環(huán)境條件的差異會引發(fā)代謝朝不同的方向進行●發(fā)酵過程受到多因素又相互交叉的影響，如菌本身的遺傳特性、物質運輸、能量平衡、工程因素、環(huán)境因素等等。因此發(fā)酵過程的控制具有不確定性和復雜性。糖代謝產(chǎn)生的中間產(chǎn)物——前體合成菌體副產(chǎn)物產(chǎn)物合成合成一、控制參數(shù)的目的、研究方法和層次

研究方法：單因子實驗數(shù)理統(tǒng)計學方法研究層次：初級層次的研究：在搖瓶規(guī)模進行試驗。代謝及工程參數(shù)層次研究：在小型反應器規(guī)模進行試驗。生產(chǎn)規(guī)模放大：在大型發(fā)酵罐規(guī)模進行試驗。往復式搖床小型反應器大型發(fā)酵罐二、發(fā)酵控制參數(shù)的分類（一）發(fā)酵過程的中間分析——生產(chǎn)控制的眼睛微生物個體極微小，肉眼無法看見，要了解它的代謝狀況，只能從分析一些參數(shù)來判斷，它顯示了發(fā)酵過程中微生物的主要代謝變化代謝參數(shù)（狀態(tài)參數(shù)）：能反映發(fā)酵過程中微生物的生理代謝狀況，如pH，溶氧，尾氣氧，尾氣二氧化碳，粘度，菌濃度等。（二）代謝參數(shù)的分類

1.按性質分可分三類：物理參數(shù)：溫度、攪拌轉速、攪拌功率、壓力、空氣流量、粘度、濁度、料液流量化學參數(shù)：基質濃度（包括糖、氮、磷）、溶解氧濃度、pH、產(chǎn)物濃度、排氣氧（二氧化碳）濃度、排氣二氧化碳濃度、核酸量等生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體比生長速率、呼吸強度、基質消耗速率、關鍵酶活力等（二）代謝參數(shù)的分類

2.按檢測手段分可分二類：直接參數(shù)：通過儀器或其它分析手段可以測得的參數(shù)，如溫度、pH、殘?zhí)堑乳g接參數(shù)：將直接參數(shù)經(jīng)過計算得到的參數(shù)，如攝氧率、KL·a（溶氧系數(shù)）等

直接參數(shù)又可分為在線檢測參數(shù)和離線檢測參數(shù)在線檢測參數(shù)指不經(jīng)取樣直接從發(fā)酵罐上安裝的儀表上得到的參數(shù)，如溫度、pH、攪拌轉速；優(yōu)點：即時、省力，便于計算機控制困難：傳感器①經(jīng)受高溫滅菌②使用性能③氣泡干擾④滅菌死角⑤成本昂貴，質量不理想離線檢測參數(shù)指取出樣后測定得到的參數(shù)，如殘?zhí)?、NH2-N、菌體濃度。傳感器的特殊要求：插入罐內(nèi)的傳感器必須能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌（材料、數(shù)據(jù)）傳感器結構不能存在滅菌不透的死角，以防染菌(密封性好)傳感器對測量參數(shù)要敏感，且能轉換成電信號(響應快、靈敏)傳感器性能穩(wěn)定，受氣泡影響小pH計DO計傳感器（電極或探頭）：在線檢測專用的、放入發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)的探測儀器，能將發(fā)酵的一些信息傳遞出來，為發(fā)酵控制提供依據(jù)。三、發(fā)酵過程主要監(jiān)測分析的參數(shù)菌體濃度和菌形態(tài)：直接反映菌生長的情況基質濃度：微生物生長代謝的物質基礎溶氧濃度：需氧微生物生長代謝的必要條件pH：與微生物的生命活動密切相關溫度：主要影響酶的反應速率和蛋白質性質CO2：細胞代謝的重要指標泡沫：對發(fā)酵產(chǎn)生不利影響任務3.發(fā)酵過程操作與工藝控制一、菌體濃度和菌體形態(tài)1.菌體濃度影響：①直接影響產(chǎn)物的產(chǎn)率，例如Ⅲ型②影響菌體攝氧率——臨界菌體濃度P93菌體攝氧速率＝環(huán)境供氧速率時的菌體濃度菌體濃度受種子質量、種齡、接種量等因素的影響菌體形態(tài)：在反映菌體生長正常與否，在不同發(fā)酵時期形態(tài)有較大差異2.監(jiān)測：取樣測干重、測光密度、鏡檢等3.控制：改變培養(yǎng)基濃度，中間補料發(fā)酵液供氧速率、攝氧速率與菌體濃度間關系速度菌體濃度臨界菌體濃度攝氧速度供氧速度起始培養(yǎng)時菌絲體培養(yǎng)18小時后的菌絲體圖示絲狀真菌的沉淀生長請設計監(jiān)測發(fā)酵中菌體濃度的方法取樣液（）ml；方法1——比濁法測OD值（細菌懸浮液）方法2——稱重法離心（單細胞微生物）

過濾（絲狀微生物）方法3——血球計數(shù)法；（個體較大的單細胞微生物）作圖：橫坐標？縱坐標？

100比濁法（測OD值）721型分光光度計練習：721型分光光度計的使用方法二、基質濃度（糖含量、氨基氮和氨氮、磷含量等）1.影響：①菌體生長：基質濃度上限（P94圖）②產(chǎn)物形成：基質濃度過大，不利于產(chǎn)物形成。一般在發(fā)酵中后期為保證產(chǎn)生次級代謝產(chǎn)物，有意使菌體處于半饑餓狀態(tài)，在營養(yǎng)限制的條件下，維持產(chǎn)生次級代謝產(chǎn)物的速率在較高水平。③發(fā)酵液特性：黏度（從而影響傳氧速率）2.監(jiān)測：取樣測定（糖含量、氨基氮和氨氮、磷含量等），如還原糖的斐林試劑法測定3.控制：中間補料（限制性基質）問題：什么是比生長速率？（g/g·h）【附】糖含量（發(fā)酵液中殘?zhí)呛浚┪⑸锷L和產(chǎn)物合成與糖代謝有密切關系。糖的消耗

反映產(chǎn)生菌的生長繁殖情況反映產(chǎn)物合成的活力菌體生長旺盛糖耗一定快，殘?zhí)且簿徒档偷每?。通過糖含量的測定，可以控制菌體生長速率，可控制補糖來調(diào)節(jié)pH，促進產(chǎn)物合成，不致于盲目補糖，造成發(fā)酵不正常。糖含量測定包括總糖和還原糖。

總糖：發(fā)酵液中殘留的各種糖的總量。如發(fā)酵中的淀粉、飴糖、單糖等各種糖

還原糖：含有自由醛基的單糖，通常指的是葡萄糖，常用斐林試劑法測定。請設計發(fā)酵液中還原糖的測定取樣液（）ml；樣液處理離心（單細胞微生物）

過濾（絲狀微生物）取上清液或濾液，適當稀釋或不稀釋，用斐林試劑法進行滴定。作圖：橫坐標？縱坐標？

100練習：斐林試劑法進行滴定。三、溶氧濃度與通氣攪拌（一）溶氧濃度的影響：1.影響微生物生長：針對需氧微生物微生物的吸氧量：呼吸強度和耗氧速率呼吸強度Qo2

：單位重量干菌體在單位時間內(nèi)所吸取的氧量，亦稱氧的比消耗速率，單位(mmolO2/g干菌體·h)

耗氧速率r

：單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)的吸氧量，單位(mmolO2/L·h)呼吸強度Qo2與耗氧速率r的關系：呼吸強度Qo2

：單位重量干菌體在單位時間內(nèi)所吸取的氧量，耗氧速率r：單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)的吸氧量，

r—微生物耗氧速率(mmolO2/L·h)QO2—菌體呼吸強度(

mmolO2/g干菌體·h)

X—發(fā)酵液中菌體濃度（g/L）臨界氧濃度(C臨界):各種微生物對發(fā)酵液中溶氧濃度的最低要求。當C溶氧﹤C臨界時，C溶氧——生長限制因子C溶氧C臨界Qo2菌體的新陳代謝與有氧呼吸有關，只有將發(fā)酵液中溶解氧濃度始終維持在各時期的最佳濃度或臨界濃度以上，才能使生長或產(chǎn)物生成速率最大。2、影響的產(chǎn)物合成：C溶氧過低——代謝異常，產(chǎn)量降低C溶氧過高——代謝異常，菌體提前自溶影響合成方向：如谷氨酸發(fā)酵例如：供氧對谷氨酸發(fā)酵的影響供氧不足供氧適中供氧過量谷氨酸產(chǎn)生菌

乳酸谷氨酸α-酮戊二酸谷氨酸發(fā)酵賴氨酸發(fā)酵亮氨酸發(fā)酵供氧充足產(chǎn)量最大產(chǎn)量最大合成抑制供氧不足合成抑制影響不大產(chǎn)量最大（二）溶氧濃度的控制——供、耗兩方面P96

1.從供氧方面控制：調(diào)節(jié)通風與攪拌問題：在深層培養(yǎng)中進行通氣供氧時，氧氣如何從氣泡傳遞至細胞內(nèi)？是否需要克服一系列阻力？2.從耗氧方面控制：限制基礎培養(yǎng)基的濃度

使發(fā)酵器內(nèi)的菌體濃度維持于適當水平；并以補料方式供給某些營養(yǎng)成分而控制菌體生長率和呼吸率，從而控制其對氧的需求量（見P97）氧的傳遞速率1.從供氧方面控制：氧的傳遞液膜液膜細胞氣泡氣液界面固液界面O2分子液相主體供氧耗氧細胞膜阻力：由于氧是難溶于水的氣體，所以主要阻力來自于從氣液界面?zhèn)鬟f到液膜的傳遞阻力；動力：氣相與細胞內(nèi)的氧分壓之差或濃度差。供氧方面的阻力需氧方面的阻力C*——溶氧濃度CL氧的飽和濃度在單位體積培養(yǎng)液中，氧的傳遞速率為：OTR——單位體積培養(yǎng)液的傳氧速率（mmolO2/m3·h）α——比表面積（單位體積溶液中所含有的氣液接觸面積

m2/m3）

KL——氧傳遞系數(shù)

(m/s)

KL·α——溶氧系數(shù)

(h-1)CL——發(fā)酵液中的溶氧濃度（mmol/m3）

C*——在罐內(nèi)氧分壓下培養(yǎng)基中氧的飽和濃度（mmol/m3）

問題1：如何才能提高供氧能力OTR？答：①提高氧傳遞的推動力ΔC

②液相體積氧傳遞系數(shù)KLα

問題2：提高方法有哪些？答：①改變與ΔC（ΔC=C*-

CL）有關的一些因素：如：提升罐壓、提高通入空氣中氧的濃度等，但是，此法有限，為什么？結論：在優(yōu)化了的工藝條件下，ΔC已很難改變

②改變與KLα有關的一些因素：如：增加攪拌、通氣、降低發(fā)酵液的粘度等。注意；在增加通風量的同時，需要增加攪拌的轉速和功率，為什么？問題問題1：攪拌速度是否越大越好？答：否，因為過度強烈的攪拌使產(chǎn)生的剪切作用過大，對細胞的損傷增加。尤其對絲狀菌的損傷更大,且浪費能源。問題2：擋板的作用是什么？答：流體受擋板阻礙，形成向上、向下兩部分，垂直方向流動，防止中央下陷產(chǎn)生旋渦，增強上下兩組漿葉漿液體的循環(huán)，從而延長氣泡運動路徑和停留時間，∴可以提高ORT值傳感器—DO計復膜氧電極基礎電極：pH電極和溶氧電極復合電極:將兩支電極都裝在一根玻璃管中，這種電極叫復合電極，工業(yè)上在線檢測大都使用這種電極。它結構緊湊，便于安裝.P98pH計DO計（三）監(jiān)測：在線檢測溶解氧監(jiān)測的意義——發(fā)酵異常的指標P97溶解氧異?！?，可能——請分析為什么？

①污染好氣性雜菌；②菌體代謝異常；③設備故障；溶解氧異?！?，可能——請分析為什么？

污染烈性噬菌體耗氧供氧供氧不變【小結】溶氧濃度與通氣攪拌影響控制監(jiān)測微生物生長：呼吸強度Qo2耗氧速率rC臨界：對氧濃度的最低要求從供氧方面控制：調(diào)節(jié)通風與攪拌提高ΔC；提高KLα；通氣、攪拌、擋板其他影響因素；傳感器—DO計(P98圖)復膜氧電極在線監(jiān)測產(chǎn)物的合成：影響產(chǎn)量（代謝）影響合成方向從耗氧方面控制：限制基礎培養(yǎng)基的濃度發(fā)酵異常的指標：溶解氧異常↑或↓選擇題1.發(fā)酵中出現(xiàn)溶氧異常下降，可能有下列哪些原因引起？A、污染好氣性雜菌

B、菌體代謝發(fā)生異?，F(xiàn)象

C、某些設備或工藝控制發(fā)生故障或變化

D、A+B+C2.發(fā)酵中出現(xiàn)溶氧異常升高，不可能有下列哪些原因引起？A、污染好氣性雜菌

B、菌體代謝發(fā)生異?，F(xiàn)象

C、某些設備或工藝控制發(fā)生故障或變化

D、污染烈性噬菌體判斷題：污染烈性噬菌體會引起溶氧異常下降。（）答案D答案A×3、在發(fā)酵中有關氧的利用正確的是（

）A、微生物可直接利用空氣中的氧

B、微生物只能利用發(fā)酵液中溶解氧

C、溫度升高，發(fā)酵液中溶解氧增多

D、需向發(fā)酵液中連續(xù)補充空氣并不斷地攪拌答案B四、pH值對發(fā)酵的影響及控制pH是微生物代謝的綜合反映，又影響代謝的進行，所以是十分重要的參數(shù)。發(fā)酵過程中pH是不斷變化的，通過觀察pH變化規(guī)律可以了解發(fā)酵的正常與否，還能推斷出正在發(fā)生的“故事”。（一）影響：P991.影響酶的活性：當pH值抑制菌體某些酶的活性時使菌的新陳代謝受阻，從而影響菌體生長和產(chǎn)物合成。如：酵母pH＝4.5～5.0時主要產(chǎn)物是酒精，pH＝8.0時產(chǎn)物有酒精、醋酸、甘油等2、引起微生物細胞膜所帶電荷的改變，從而改變細胞膜的透性，影響微生物對營養(yǎng)物質的吸收及代謝物的排泄，影響新陳代謝的進行3、影響培養(yǎng)基某些成分和中間代謝物的解離，從而影響微生物對這些物質的利用4、影響代謝方向：如：谷氨酸發(fā)酵，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺由于pH對菌體的生長和產(chǎn)物的合成能產(chǎn)生這些明顯的影響，所以在發(fā)酵中pH為關鍵因素之一（二）發(fā)酵過程中pH的變化規(guī)律1.生長階段：pH↑或↓2.生成階段：pH趨于穩(wěn)定3.自溶階段：pH↑引起pH下降的因素？（1）碳源過量，導致有機酸大量積累；（2）消泡油添加過量（3）生理酸性物質的存在引起pH上升的因素？（1）氮源過多，導致氨基氮大量釋放（2）中間補料，堿性物質（氨水等）添加過多（3）生理堿性物質的存在0123pH【回顧】生理酸性物質：無機氮源酸性物質，pH↓菌體代謝如：(NH4)2SO4＋H2SO4如：NaNO3作為氮源被利用生理堿性物質：無機氮源堿性物質，pH↑菌體代謝＋4H2＋NaOH＋2H2O作為氮源被利用2NH3NH3所以選擇合適的無機氮源有兩層意義：滿足菌體生長穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過程中的pH（三）最適pH的確定和監(jiān)測生長最適pH≠產(chǎn)物合成最適pH，所以應按發(fā)酵過程的不同階段分別控制不同的pH范圍。此外，最適pH還與菌株，培養(yǎng)基組成，發(fā)酵工藝有關。一般根據(jù)實驗結果確定。監(jiān)測：在位滅菌的復合pH電極進行在線監(jiān)測

P102（四）pH的調(diào)控關于pH值的幾個概念：消前pH：培養(yǎng)基配制完時測定的消后pH：滅菌冷卻后測定的（↓0.5～0.8）起始pH：接種前測定的（消后再調(diào)節(jié)的pH）

pH的調(diào)控1.調(diào)節(jié)基礎培養(yǎng)基的配方：基礎料中若含有玉米漿，pH呈酸性，必須調(diào)節(jié)pH。若要控制消后pH在6.0，消前pH往往要調(diào)到6.5~6.8；（滅菌后pH↓0.5～0.8）2.發(fā)酵的不同階段控制不同的pH值：

3.添加緩沖劑：如CaC03緩沖液，制成緩沖能力強、pH值改變不大的培養(yǎng)基。4.直接加酸加堿：當補料與調(diào)pH發(fā)生矛盾時當NH2-N低，pH低時補氨水；當NH2-N低，pH高時補(NH4)2SO4氨基酸發(fā)酵：用氨水流加法和尿素流加法調(diào)節(jié)pH5.補料控制pH值（補加碳源或氮源）：在補料與調(diào)pH沒有矛盾時采用，即可補充營養(yǎng)，又增加培養(yǎng)基的濃度和減少阻遏作用。【青霉素發(fā)酵的補料工藝】P101以pH為依據(jù)，采用控制葡萄糖的補加速率來控制pH，可以滿足菌體代謝需要，提高產(chǎn)量。生理酸堿物質【小結】pH值對發(fā)酵的影響及控制影響控制監(jiān)測酶的活性;細胞膜所帶電荷;培養(yǎng)基某些成分;代謝方向;配料時加入緩沖物質;通過補料調(diào)節(jié);加酸堿調(diào)pH（當補料與調(diào)pH發(fā)生矛盾）傳感器—pH計(P102圖)復合電極在位滅菌發(fā)酵過程中pH的變化規(guī)律及原因發(fā)酵不同階段采取不同的pH值在線監(jiān)測選擇題1、在發(fā)酵過程中添加CaCO3能起到（）作用A、消泡B、緩沖C、碳源D、微量元素2、常用的生理酸性物質（）不僅可以調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH值，還可以補充氮源。A、NaOHB、氨水C、（NH4）2SO4D、尿素3、常用的生理堿性物質（）不僅可以調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH值，還可以補充氮源。A、NaOHB、氨水C、尿素D、B+C4、發(fā)酵過程中，不會直接引起pH變化的是（

）A、營養(yǎng)物質的消耗

B、微生物呼出的CO２

C、微生物細胞數(shù)目的增加

D、次級代謝產(chǎn)物的積累答案B答案C答案D答案C5、引起發(fā)酵液中pH值下降的因素有：（）A、培養(yǎng)基中碳、氮比例不當，氮源過多，氨基氮釋放。B、生理堿性物質存在。C、中間補料中氨水或尿素等的堿性物質的加入過多。D、生理酸性物質的存在。判斷題1、pH值不同往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質量和比例發(fā)生改變。（）2、同一菌種，生長最適pH值只能與產(chǎn)物合成的最適pH值是一致的。（）答案D√×（一）溫度對發(fā)酵的影響1.微生物生長：通過影響各種酶的反應速率和蛋白質性質從而影響微生物生長2.產(chǎn)物合成：影響產(chǎn)物合成速度；影響產(chǎn)物合成方向；例如，四環(huán)素發(fā)酵3.影響發(fā)酵液的物理性質：黏度、氧溶解度、氧傳遞速率等金色鏈霉菌金霉素四環(huán)素四環(huán)素和金霉素低于30℃35℃30～35℃五、溫度對發(fā)酵的影響及控制P102（二）影響發(fā)酵溫度的因素（1）產(chǎn)熱因素：生物熱和攪拌熱。（2）散熱因素：蒸發(fā)熱和輻射熱。發(fā)酵熱：發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量

Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌－Q蒸發(fā)－Q輻射生物熱Q生物：生產(chǎn)菌在生長繁殖時產(chǎn)生的大量熱量。培養(yǎng)基中碳水化合物，脂肪，蛋白質等物質被分解為CO2，NH3時釋放出的大量能量。微生物進行有氧呼吸產(chǎn)生的熱比厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱多。（二）影響發(fā)酵溫度的因素攪拌熱Q攪拌：在機械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機械攪拌帶動發(fā)酵液作機械運動，造成液體之間，液體與攪拌器等設備之間的摩擦，產(chǎn)生可觀的熱量。攪拌熱與攪拌軸功率有關，可用公式計算蒸發(fā)熱Q蒸發(fā)：通氣時，引起發(fā)酵液的水分蒸發(fā)，水分蒸發(fā)所需的熱量叫蒸發(fā)熱。此外，排氣也會帶走部分熱量叫顯熱Q顯熱，一般可以忽略不計。輻射熱Q輻射：發(fā)酵罐內(nèi)溫度與環(huán)境溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過罐體向外輻射。輻射熱的大小取決于罐溫與環(huán)境的溫差。冬天大一些，夏天小一些，一般不超過發(fā)酵熱的5％。發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫度變化的原因。發(fā)酵過程中生物熱的產(chǎn)生的特點——強烈的時間性、呼吸量強弱與生物量的大小有關在發(fā)酵初期，菌體處于適應期，菌數(shù)少，呼吸作用緩慢，產(chǎn)生熱量較少。在對數(shù)生長期，菌體繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌體也較多，所以產(chǎn)生的熱量多，溫度上升快，必須注意控制溫度。在發(fā)酵后期，菌體已基本上停止繁殖，主要靠菌體內(nèi)的酶系進行代謝作用，產(chǎn)生熱量不多，溫度變化不大，且逐漸減弱。問題1；如果培養(yǎng)前期溫度上升緩慢，說明什么？說明菌體代謝緩慢，發(fā)酵不正常。問題2；如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，說明什么？說明有可能染菌。（三）溫度的監(jiān)測與控制1.監(jiān)測：溫度計在線監(jiān)測2.最適溫度的確定在發(fā)酵過程中，最適發(fā)酵溫度是一種相對概念，是指在該溫度下最適于菌的生長和發(fā)酵產(chǎn)物的生成。最適發(fā)酵溫度與菌種，培養(yǎng)基成分，培養(yǎng)條件和菌體生長階段有關。最適發(fā)酵溫度的選擇：在發(fā)酵的整個周期內(nèi)僅選一個最適培養(yǎng)溫度不一定好。溫度的選擇要參考其它發(fā)酵條件。溫度的選擇還應考慮培養(yǎng)基成分和濃度3.控制：人工或自動控制發(fā)酵罐上的控溫裝置夾套（5M3以下）盤管（蛇管）

（5M3以上）、列管等?！拘〗Y】溫度對發(fā)酵的影響及控制影響控制監(jiān)測微生物生長;產(chǎn)物合成;培養(yǎng)基物理性質;人工或自動控制發(fā)酵罐上的換熱裝置夾套蛇管列管傳感器—溫度計發(fā)酵過程中溫度的變化規(guī)律——初期平穩(wěn)生長期溫度快速↑后期逐漸↓Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌－Q蒸發(fā)－Q輻射在線監(jiān)測選擇題1、在菌體生長和發(fā)酵產(chǎn)物生成過程中，溫度的變化為（）A、先高后低B、先低后高C、一直不變D、一直升高2、生產(chǎn)菌在生長繁殖過程中產(chǎn)生的熱能，叫做（）A、輻射熱B、蒸發(fā)熱C、攪拌熱D、生物熱3、生物熱的大小與菌體的呼吸強度有對應關系，呼吸強度愈大，所產(chǎn)生的生物熱（）。A、愈小B不變C愈大D無規(guī)律判斷題1、微生物其最適生長溫度與最適發(fā)酵溫度是一致的。（

）2、最適發(fā)酵溫度是既適合菌體的生長、又適合代謝產(chǎn)物合成的溫度。（）3、發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過程溫度變化的主要原因。（）

答案A答案D答案C×

√√六、CO2對發(fā)酵的影響及控制P104CO2是微生物的代謝產(chǎn)物，同時也是某些合成代謝的基質。它是細胞代謝的重要指標。在發(fā)酵過程中，CO2有可能對發(fā)酵有促進作用，也有可能有抑制作用。（一）CO2對發(fā)酵的影響－－雙重作用1.影響微生物生長生長因子：如牛鏈球菌發(fā)酵生產(chǎn)多糖，最重要的發(fā)酵條件是提供的空氣中要含5%的CO2。抑制因子：當排氣中CO2的濃度高于4%時，微生物的糖代謝和呼吸速率下降。例如，發(fā)酵液中CO2的濃度達到1.6×10-2mol，就會嚴重抑制酵母的生長；2.影響產(chǎn)物的合成：也表現(xiàn)為雙重作用——抑制或促進3.影響發(fā)酵液的酸堿平衡：

如何影響？（二）CO2的控制：調(diào)節(jié)通風和攪拌CO2在發(fā)酵液中的濃度變化不像溶解氧那樣有一定的規(guī)律。它的大小受到許多因素的影響，如細胞的呼吸強度、發(fā)酵液的流變學特性、通氣攪拌程度、罐壓大小、設備規(guī)模等七、泡沫的影響及控制（一）泡沫的性質泡沫是氣體被分散在少量液體中的膠體體系。泡沫間被一層液膜隔開而彼此不相連通。液膜的穩(wěn)定性越高，則泡沫越多、越持久。（二）泡沫產(chǎn)生的原因由外界引進的氣流被機械地分散形成(通風.攪拌)發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體聚結生成（發(fā)泡性物質）（三）泡沫對發(fā)酵的不利影響降低生產(chǎn)能力（裝料系數(shù)）；引起原料浪費（逃液）；影響菌體的呼吸（通氣攪拌↓）；增加了染菌的機會（逃液）；導致產(chǎn)物的損失（逃液）；消泡劑會給后提取工序帶來困難。二、泡沫的消除方法(一)調(diào)整培養(yǎng)基的成分、改變工藝等，有限。(二)采用消泡方法：物理消泡和化學消泡1.物理消泡﹠原理：靠機械力引起強烈振動或者壓力變化，促使泡沫破裂，或借機械力將排出氣體中的液體加以分離回收.﹠方法：罐內(nèi)消沫法；罐外消沫法﹠優(yōu)點：不需要引進外界物質、節(jié)省原材料、減少污染機會﹠缺點：不能根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素罐內(nèi)機械消泡

罐外機械消泡

2.化學消泡——消泡劑﹠機理

由于消泡劑本身的表面張力低于發(fā)泡體系，當消泡劑接觸到氣泡表面時，使氣泡膜局部的表面張力降低，力的平衡受到破壞，此處為周圍表面張力較大的膜所牽引，最后導致氣泡破裂。2.化學消泡﹠消泡劑的選擇必須是表面活性劑，具有較低的表面張力；具有一定的親水性，以使消泡劑對氣—液界面的分散系數(shù)足夠大；消泡劑在水中的溶解度較小，以保持其持久的消泡或抑泡性能；對人、畜無害，對菌體生長和代謝無影響，不影響產(chǎn)品的提煉和產(chǎn)品質量；不影響氧在培養(yǎng)液中的溶解和傳遞；能耐高壓蒸氣滅菌而不變性來源方便，價格便宜。﹠消泡劑的使用消泡劑用量以達到消泡效果為準，多加消泡劑不但增加成本，而且可能產(chǎn)生毒性，影響菌體生長和產(chǎn)物生成，還會造成提煉困難?？赏ㄟ^機械分散、以及借助一些惰性液體作載體或分散劑增加消泡劑的擴散。消泡劑與乳化劑同時使用、幾種消泡劑并用增效。﹠消泡劑的種類和性能P107表7－2天然油脂：常用的有玉米油、米糠油、豆油、棉子油、魚油及豬油等。聚醚類：應用較多的是聚氧丙烯甘油（GP）和聚氧乙烯氧丙烯甘油(又稱泡敵)(GPE)。高級醇類：十八醇是較常用的一種，可以單獨或與載體—起使用。據(jù)報導，它與冷榨豬油一起控制青霉素發(fā)酵的泡沫，效果較好。聚二醇具有消沫效果持久的特點，尤其適用于霉菌發(fā)酵。硅酮類：聚二甲基硅氧烷及其衍生物，較適于微堿性細菌的發(fā)酵。

四、泡沫的監(jiān)測——泡沫傳感器消泡劑選擇題1、硅酮類消泡劑較適用于（）發(fā)酵。A、放線菌B微酸性的細菌C微堿性的細菌D霉菌2、泡敵是（）。A、GP型B、GPE型C、天然油脂類D、硅酮類3、當發(fā)酵（

）時，泡沫異常多。A、感染雜菌

B感染噬菌體

CA+B

D溫度過高判斷題1、當發(fā)酵感染雜菌和噬菌體時，泡沫異常多.2、消泡劑都是表面活性劑，具有較低的表面張力答案C答案B答案C√√【小結】發(fā)酵過程主要分析的項目影響監(jiān)測控制菌體濃度產(chǎn)率、供氧取樣分析改變培養(yǎng)基濃度基質濃度菌體生長.產(chǎn)物形成.發(fā)酵液特性取樣分析中間補料（限制性基質）溶氧濃度生長、產(chǎn)物合成DO傳感器通氣、攪拌pH酶的活性、細胞膜、代謝方向pH傳感器加酸加堿補料調(diào)節(jié)溫度生長、合成溫度傳感器夾套.盤管.列管CO2生長、合成發(fā)酵液酸堿平衡尾氣分析通氣、攪拌泡沫弊大于利泡沫傳感器機械消泡化學消泡[復習]發(fā)酵罐的自動控制裝置測定元件控制部分執(zhí)行元件1.溫度2.pH值3.泡沫4.罐壓5.空氣流量6.攪拌轉速監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控項目溫度計換熱裝置pH試紙、pH計流加酸堿系統(tǒng)視鏡、泡沫探頭消泡劑儲罐彈簧壓力表進氣、排氣系統(tǒng)轉子流量計進氣系統(tǒng)變速電動機變速電動機【注】工業(yè)規(guī)模發(fā)酵罐電動機多為轉速固定，在運行過程中無法調(diào)整轉速閥門、泵、開關等思考題1．何謂呼吸強度、耗氧速率和臨界氧濃度？發(fā)酵過程中為什么要控制溶解氧？2．影響氧傳遞速率的因素有哪些？為什么？3.在單位體積培養(yǎng)液中，氧的傳遞速率公式如何？如何提高氧的傳遞速率？？？？1、發(fā)酵過程中pH會不會發(fā)生變化，為什么？2、pH對發(fā)酵的影響表現(xiàn)在哪些方面？3、為了確定發(fā)酵的最佳pH,我們該如何實驗？4、發(fā)酵過程的pH控制可以采取哪些措施？思考題？？？1、根據(jù)微生物對溫度的依賴可分類成哪幾類微生物？2、微生物對溫度要求不同的原理是什么？3、發(fā)酵過程的溫度會不會變化？為什么4、發(fā)酵熱的定義。5、生物熱的大小與哪些因素有關？6、溫度對發(fā)酵有哪些影響？7、發(fā)酵過程溫度的選擇有什么依據(jù)？思考題？？？？？？思考題1.泡沫對發(fā)酵有哪些有益之處，哪些有害之處？2.發(fā)酵中泡沫形成的原因是什么？3.對消泡劑有哪些要求？4.常用的消泡劑有哪幾類？任務4.染菌及防治一、染菌的危害

二、染菌的檢查三、染菌的原因及其分析四、染菌的處理(挽救)五、染菌的防治一、染菌（雜菌污染）的危害（一）什么是染菌？感染了對正常發(fā)酵有影響的其他微生物或噬菌體，或稱“污染”。即除了正常生產(chǎn)菌之外，還有“不速之客”---雜菌。雜菌：是指在發(fā)酵基中侵入了有礙生產(chǎn)的其他微生物。范圍：實驗室種、種子罐、發(fā)酵罐。發(fā)酵的種類：固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)發(fā)酵。（二）染菌的危害發(fā)酵過程污染雜菌，會嚴重的影響生產(chǎn)，是發(fā)酵工業(yè)的致命傷。對發(fā)酵的影響→發(fā)酵異常；對產(chǎn)物的影響→提取、外觀、質量；對生產(chǎn)的影響→導致生產(chǎn)率↓或“倒罐”，染菌的危害——造成經(jīng)濟損失問題：有哪些經(jīng)濟損失？染菌的危害——造成經(jīng)濟損失

直接經(jīng)濟損失原材料損失、產(chǎn)率下降等

間接經(jīng)濟損失提取成本升高發(fā)酵染菌的廢液，生物需氧量（BOD）增高，對環(huán)境污染加大，增加三廢治理費用和時間。增加滅菌成本等。從四個方面進行：1）顯微鏡檢查2）無菌試驗3）生理生化指標的變化4）試劑盒檢測二、染菌的檢查方法染菌？在哪里？（一）雜菌的檢查方法P110（1）顯微鏡檢查：染色鏡檢無法發(fā)現(xiàn)染菌初期的雜菌，為什么？（2）無菌試驗取樣1次/8h；檢查1次/6h①平板劃線檢查（雙碟法）：倒平板空培養(yǎng)待測樣品劃線培養(yǎng)觀察②酚紅肉湯培養(yǎng)檢查：無菌肉湯培養(yǎng)基空培養(yǎng)接入樣品培養(yǎng)觀察（3）通過發(fā)酵的生理生化指標檢查（4）試劑盒檢驗法根據(jù)某些參數(shù)的異常變化來判斷是否染菌。降糖速度、溫度變化情況如果發(fā)酵前期溫度上升劇烈，說明什么？說明有可能染菌產(chǎn)酸速度（pH值）溶解氧（DO值），即O2的消耗情況光密度（OD值），即菌體濃度的變化排氣中CO2含量產(chǎn)物含量泡沫：當感染雜菌和噬菌體時，泡沫異常多（3）通過發(fā)酵的生理生化指標檢查選擇題1.發(fā)酵中出現(xiàn)溶氧異常下降，可能有下列哪些原因引起？A、污染好氣性雜菌

B、菌體代謝發(fā)生異?，F(xiàn)象

C、某些設備或工藝控制發(fā)生故障或變化

D、A+B+C2.發(fā)酵中出現(xiàn)溶氧異常升高，不可能有下列哪些原因引起？A、污染好氣性雜菌

B、菌體代謝發(fā)生異?，F(xiàn)象

C、某些設備或工藝控制發(fā)生故障或變化

D、污染烈性噬菌體判斷題：污染烈性噬菌體會引起溶氧異常下降。（）答案D答案A×（二）各種檢查方法的比較顯微鏡檢查方法簡便、快速，但由于鏡撿取樣少，視野的觀察面也小，因此不易檢出早期雜菌。平板劃線法和肉湯培養(yǎng)方法的缺點是需經(jīng)較長時間培養(yǎng)(一般要過夜)才能判斷結果，且操作較繁瑣，但它要比顯微鏡能檢出更少的雜菌，而且結果也更為準確。生理生化指標檢查可及早發(fā)現(xiàn)與預測染菌，但需建模。試劑盒檢驗法快速、高效、專一性強

檢查的一般時間或工序見下表三、雜菌檢查總的原則:每個工序或經(jīng)一定時間都應進行取樣檢查。P110（四）雜菌檢查中應注意的問題（原則）“實驗為主，鏡檢為輔”——即檢查結果應以平板劃線和肉湯培養(yǎng)結果為主要根據(jù)，平板劃線和肉湯培養(yǎng)應做三個平行樣；要定時取樣、定時觀察；取樣1次/8h；檢查1次/6h酚紅肉湯和平板劃線培養(yǎng)樣品應保存至放罐后12小時，確定為無菌時方可棄去要嚴格的無菌操作，取樣時防止外界雜菌混入的措施。五、染菌率的計算發(fā)酵染菌率：總染菌率：指一年內(nèi)發(fā)酵染菌的批次與總投料批次數(shù)之比乘以100得到的百分率：(這是習慣的計算方法，也是我國的統(tǒng)一計算方法。)“防重于治”首先必須消除人為因素：

造成染菌的因素很多，但總結幾十年的經(jīng)驗，對絕大部分罐批染菌的原因是比較清楚的，但在實際生產(chǎn)中發(fā)酵染菌率仍比較高，可以說產(chǎn)生這種現(xiàn)象大多數(shù)是由于工作中“明知故犯”“不負責任”和“僥幸心理”所造成的。例如，滅菌的蒸汽壓不足不能滅菌；設備有滲漏不能進罐等等都是眾所周知的，但因為有僥幸心理還是照樣滅菌，進罐，結果以污染雜菌而告終。技術管理不善：不能有僥幸心理而放松管理三、染菌的原因及其分析案例分析：討論雜菌侵入的途徑在工業(yè)上不外乎原料、菌種、空氣、設備、補料等五個方面1.原料方面：滅菌不徹底2.種子方面：種子帶菌3.無菌空氣：空氣帶菌4.設備方面：設備滲漏5.中間補料系統(tǒng)：補料或管路帶菌（一）染菌的主要途徑（原因）染菌具有延續(xù)性延續(xù)性和大規(guī)模性孤立事件延續(xù)性，危害大發(fā)酵罐種子罐搖瓶補料罐空氣總過濾器空氣分過濾器染菌的主要途徑（二）染菌原因分析——1.染菌的幅度原料滅菌不徹底種子帶菌空氣帶菌設備滲漏大批發(fā)酵罐同時染菌部分發(fā)酵罐前期染菌個別發(fā)酵罐連續(xù)染菌個別發(fā)酵罐偶然染菌部分發(fā)酵罐中后期染菌中間補料系統(tǒng)

1）發(fā)酵早期染菌：可能是

◆種子帶菌；

◆培養(yǎng)基滅菌不徹底，

◆設備有“死角”，清洗不干凈而染菌。

2）發(fā)酵中后期染菌：可能是

◆無菌空氣

◆中間補料帶入雜菌◆發(fā)酵設備滲漏

◆操作不合理逐漸侵入雜菌而造成的。（二）染菌原因分析——2.染菌的時間（二）染菌原因分析——3.染菌的類型雜菌類型染菌可能原因耐熱性芽孢桿菌原料中芽孢未能殺滅；有死角球菌、酵母蒸汽的冷凝水或空氣中帶菌；設備滲漏淺綠色菌落(G＋桿菌)冷卻管或夾套滲漏霉菌滅菌不徹底；無菌操作不嚴格噬菌體空氣系統(tǒng)四、染菌的處理（挽救）（一）對染菌的種子培養(yǎng)基處理：一般均應滅菌后堅決棄去，并對接觸過的設備，管道全部滅菌，加長滅菌時間等。（二）對染菌的發(fā)酵培養(yǎng)基處理：發(fā)酵前期染菌（最易染菌，且危害最大）應迅速再次滅菌，補充必要營養(yǎng)成分，重新接種；

發(fā)酵中期染菌（染菌機會較?。褐饕ㄟ^調(diào)節(jié)工藝條件來挽救，如降低發(fā)酵溫度；減少補料等。

發(fā)酵后期染菌（不易染菌）：應提前放罐，或者加入一些殺菌劑（如抗生素）來抑菌。（三）對染菌后的設備處理：用甲醛熏蒸、蒸汽消毒（四）污染噬菌體的處理噬菌體的感染力很強，傳播蔓延迅速，也較防治，故危害極大。污染噬菌體后，可使發(fā)酵產(chǎn)量大幅度下降，嚴重的造成斷種，被迫停產(chǎn)。1、污染噬菌體的原因生產(chǎn)和試驗過程中活菌體到環(huán)境中環(huán)境中的噬菌體噬菌體大量增殖傳播風沙、塵土、空氣生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)潛入尤其是通過空氣系統(tǒng)進入種子室、種子罐、發(fā)