第六章第二节 发酵条件及过程控制
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第二节_发酵过程影响因素及过程控制
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22
2.固体发酵
当发酵温度不足时可通入蒸汽保温或水浴保温， 也可用堆积的办法保温，一般采用通入蒸汽保 温较为简单 当发酵温度过高时，采用风机连续通风，可达 到冷却降温的目的
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23
（二）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
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43
根据和氧的关系分为： 专性好氧微生物 好氧微生物 （必需有氧） 微好氧微生物 兼性好氧微生物 耐氧微生物 厌氧微生物
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（可有可无）
（不需） 严格厌氧微生物
温度太低：使原生质膜处于凝固状态，不能正常进行营养物质的 运输或形成质子梯度。 温度太高：蛋白质、核酸和细胞的其他组成发生不可逆的变形作 用。
微生物对低温的适应性又比高温强，在低温往往停 止生长发育，而在高温下易死亡。
4
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5
小结：
1.嗜冷微生物能够在低温条件下生长的原因是：其所含 的酶在低温能有效地催化生化反应；在低温下主动运输 仍能正常进行，有效的吸收必须的营养物质，是其原生 质膜中含有较多的不饱和脂肪酸，在低温下仍可维持膜 的流动性。 2.嗜高温微生物在高温条件下生长的原因是：其酶和其 他蛋白质在高温时更稳定；其蛋白质合成机构和细胞 质膜（富含饱和脂肪酸等）等结构成分是热稳定。
第三，PH的改变往往引起某些酶的激活或抑制，使生物合成途 径发生改变，代谢产物发生变化。
二、pH对发酵的影响
1、实例
例
pH对林可霉素发酵的影响
林可霉素发酵开始，葡萄糖转化为有机酸类中间产物，发
发酵条件及工艺控制
量以最高罐批经验量为参考。 每小时 前期0~40h 中期40~90h 后期90h以后 加糖量 0.08%-0.15% 0.15% - 0.18% 0.15% -0.18%
补糖量的控制： 动力学方法
依据μ、 qP 、 qC等动力学参数 之间的关系，计算加糖量
以次级代谢产物为例：
控制原则：
μ、
qP
、 qC之间的关系：
Growth
2-3 pH units
pH
影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解，从而影响微
生物对这些物质的利用
二、影响发酵pH变化的因素：
pH的变化决定于所用的生产菌：
培养基中营养物质的代谢引起pH的变化： 培养基pH在发酵过程中能被菌体代谢所改变。若阴离子
氮源被利用后产生NH3 ，则pH上升；有机酸的积累，使 pH下降。 一般来说，高碳源培养基倾向于向酸性pH转移，高氮源 培养基倾向于向碱性pH转移，这都跟碳氮比直接有关。 生理酸性物质和生理碱性物质的消耗
确定基础培养基的适当配比，防止培养 基过于丰富或过于稀薄。
通过调节中间补料的速度和量来控制。
第二节 温度的影响及控制
一、温度对发酵的影响：
酶活
影响各种酶促反应的速度
发改酵变温发度酵升高液，的生物长理代性谢质加快：，生
产期提前。
温度
发温改酵度变温影菌度响体太基高代质，和谢菌氧产体的物容吸的易收合衰速老成度，方发向
三、最适pH的选择
选择原则：有利于菌体生长和产物的合成。一 般根据试验结果确定。 根据不同菌种的生理特性，确定不同的最适pH
同一菌种根据不同阶段，生长期采用最适生长的 pH，在产物采用最适产物合成的pH。
最适pH与微生物生长，产物形成之间相互关系有四种类型：
补糖量的控制： 动力学方法
依据μ、 qP 、 qC等动力学参数 之间的关系，计算加糖量
以次级代谢产物为例：
控制原则：
μ、
qP
、 qC之间的关系：
Growth
2-3 pH units
pH
影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解，从而影响微
生物对这些物质的利用
二、影响发酵pH变化的因素：
pH的变化决定于所用的生产菌：
培养基中营养物质的代谢引起pH的变化： 培养基pH在发酵过程中能被菌体代谢所改变。若阴离子
氮源被利用后产生NH3 ，则pH上升；有机酸的积累，使 pH下降。 一般来说，高碳源培养基倾向于向酸性pH转移，高氮源 培养基倾向于向碱性pH转移，这都跟碳氮比直接有关。 生理酸性物质和生理碱性物质的消耗
确定基础培养基的适当配比，防止培养 基过于丰富或过于稀薄。
通过调节中间补料的速度和量来控制。
第二节 温度的影响及控制
一、温度对发酵的影响：
酶活
影响各种酶促反应的速度
发改酵变温发度酵升高液，的生物长理代性谢质加快：，生
产期提前。
温度
发温改酵度变温影菌度响体太基高代质，和谢菌氧产体的物容吸的易收合衰速老成度，方发向
三、最适pH的选择
选择原则：有利于菌体生长和产物的合成。一 般根据试验结果确定。 根据不同菌种的生理特性，确定不同的最适pH
同一菌种根据不同阶段，生长期采用最适生长的 pH，在产物采用最适产物合成的pH。
最适pH与微生物生长，产物形成之间相互关系有四种类型：
[工学]第六章发酵食品生产工艺
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6.1.3 发酵条件与过程控制
⑴ 培养基 在生产上是为满足微生物生长繁殖及代谢的需要。
成分是否合适，直接影响微生物的生长与发酵产品的 质量。一般分为:
斜面培养基:提供菌种繁殖扩大之用，要使菌体长得 快、健壮。浓度不宜高，碳氮含量不宜过多。
种子培养基：使菌种纯净、健壮、活力旺盛并有足 够的数量。浓度不宜太高，控制碳氮比。
特点：是酱醪稀薄，便于保温、搅拌和输送适 合于机械化生产，而且酱油滋味鲜美，酱香和酯 香醇厚，色泽较淡。但生产周期长，设备利用率 低，压榨工序繁杂，劳动强度高。
⑵ 固稀发酵 即先固态后稀醪，二者分阶段性结合起来，而且
蛋白质原料与淀粉质原料分开制曲，高低温分开制 醅及制醪发酵。一般固态发酵温度保持在40 ～ 50℃，然后再加入一定数量的盐水，进行稀醪发 酵温度保持在30～40℃。
⑹染菌与控制 发酵过程染菌是很严重的问题，主要的原
因有菌种带菌，设备渗漏，空气系统带菌等。 原因多种不尽相同。
要注意环境卫生；车间设计要合理；消毒方 法要适当；利用发酵条件控制杂菌生长。
6.2 酱油生产技术
6.2.1 概述
酱油是一种营养价值丰富、以粮食作物为原料加 工制成的发酵调味品。
每l00mL酱油中含可溶性蛋白质、多肽、氨基酸 达7.5～10g，含糖分2g以上，此外，还含有较丰富
﹡适合的菌种 ﹡适合的代谢条件 ﹡适合的生化反应器 ﹡适合的分离方法与设备
6.1.2 发酵基本过程
⑴ 发酵食品的形成
在原有酶及微生物产生的酶的共同作用下，原料有机物产生大分子 降解，如淀粉降解、蛋白质降解、脂肪降解、纤维素降解等ห้องสมุดไป่ตู้这个过程 也称为原料的液化阶段。
原料降解时产生了各种各样的代谢产物，决定了发酵产物的最终取向 。
第六章_发酵乳制品
一般2～7℃下把酸温乳度的降贮至藏5℃期，为贮7～存14d。
凝固型酸乳加工
（二） 质量控制
1．凝固不良或不凝固 2．乳清析出 3．风味不良
4．表面霉菌生长
1．凝固不良或不凝固
①乳②③④中原发加含料酵糖有乳温剂量抗度活质菌与 力量素时、间防腐剂，会抑制乳酸
菌凝质都•会酸成•了能加低发生固含会使 乳 酸 乳 很糖于酵长性量造乳凝酸好量剂乳，差降成酸固凝菌凝过活酸影；低酸菌性固的固大力菌响原；乳凝降性生。，发减正料掺凝乳低差长产酵弱常乳碱固能。繁生的或发掺中不力殖高最接酵水和好降，渗适种，，发。低也透温量从使酵，会压度太而乳所从使，与少导的产而酸抑时会致总的导乳制间造酸干酸致不，乳物，
4 接种
为使乳酸菌体从凝乳块中分散出来，应在接种前将发酵 剂进行充分搅拌，达到完全破坏凝乳的程度。接种量可按 培养时的温度和时间，以及发酵剂的产酸能力灵活处理。 一般接种量为2%～3%。制作酸乳常用的发酵剂为保加利 亚杆菌和嗜热链球菌的混合菌种，其比例通常为1∶1。也 可用保加利亚乳杆菌与乳酸链球菌1：4搭配，由于菌种生 产单位不同，其杆菌与球菌的活力也不同，在使用时其搭 配比应灵活掌握；混合发酵剂发酵过程中能产生共生作用， 促进发酵。
四、酸乳的质量标准
酸牛乳的感官指标
项目
纯酸牛乳
调味酸牛乳、果料酸牛乳
呈均匀一致的乳 呈均匀一致的乳白色，
色泽
白色或微黄色
或调味乳、果料乳应有的
影响蛋白质水解活性的因素
四、发酵剂的制备
1．培养基的热处理 90～95℃ 30～45min
2．冷却以培至2养接.5种注基%温意：～度：脱3接%脂种的奶量接，、种或培量特和级
345． ． ．加 培 冷入养却2球适最脱 干 代发～菌接适脂物 。酵培130p和种剂养养在保奶质～hH杆和的时2温所持4粉制0菌培.间培℃5度有不按成。一养1养和阶变:再9般1温时%培段！为制的度间养都～3脱比为～，时必1率4脂22要间须03%，h奶达℃。的最到替。
凝固型酸乳加工
（二） 质量控制
1．凝固不良或不凝固 2．乳清析出 3．风味不良
4．表面霉菌生长
1．凝固不良或不凝固
①乳②③④中原发加含料酵糖有乳温剂量抗度活质菌与 力量素时、间防腐剂，会抑制乳酸
菌凝质都•会酸成•了能加低发生固含会使 乳 酸 乳 很糖于酵长性量造乳凝酸好量剂乳，差降成酸固凝菌凝过活酸影；低酸菌性固的固大力菌响原；乳凝降性生。，发减正料掺凝乳低差长产酵弱常乳碱固能。繁生的或发掺中不力殖高最接酵水和好降，渗适种，，发。低也透温量从使酵，会压度太而乳所从使，与少导的产而酸抑时会致总的导乳制间造酸干酸致不，乳物，
4 接种
为使乳酸菌体从凝乳块中分散出来，应在接种前将发酵 剂进行充分搅拌，达到完全破坏凝乳的程度。接种量可按 培养时的温度和时间，以及发酵剂的产酸能力灵活处理。 一般接种量为2%～3%。制作酸乳常用的发酵剂为保加利 亚杆菌和嗜热链球菌的混合菌种，其比例通常为1∶1。也 可用保加利亚乳杆菌与乳酸链球菌1：4搭配，由于菌种生 产单位不同，其杆菌与球菌的活力也不同，在使用时其搭 配比应灵活掌握；混合发酵剂发酵过程中能产生共生作用， 促进发酵。
四、酸乳的质量标准
酸牛乳的感官指标
项目
纯酸牛乳
调味酸牛乳、果料酸牛乳
呈均匀一致的乳 呈均匀一致的乳白色，
色泽
白色或微黄色
或调味乳、果料乳应有的
影响蛋白质水解活性的因素
四、发酵剂的制备
1．培养基的热处理 90～95℃ 30～45min
2．冷却以培至2养接.5种注基%温意：～度：脱3接%脂种的奶量接，、种或培量特和级
345． ． ．加 培 冷入养却2球适最脱 干 代发～菌接适脂物 。酵培130p和种剂养养在保奶质～hH杆和的时2温所持4粉制0菌培.间培℃5度有不按成。一养1养和阶变:再9般1温时%培段！为制的度间养都～3脱比为～，时必1率4脂22要间须03%，h奶达℃。的最到替。
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
l 开始补糖时间：根据代谢变化的情况来确定。
l 补糖数量：以控制菌体浓度略增或不增为原则，使 产生菌的代谢活动有利于抗生素的合成。
l 补糖方式：连续滴加补入、少量多次间歇补入、大 量少次补入等。
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
l 2、动力学模型控制法： l 根据菌体比生长速率、糖比消耗速率以及抗生
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
第一节 发酵过程的主要控制参数
（一）物理参数 （二）化学参数 （三）生物参数
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
一、发酵过程的主要控制参数
l （一）物理参数
l 1．温度（℃） l 发酵整个过程或不同阶段中所维持的温度。 l 酶反应速率、氧在培养液中的溶解度与传递速
率、菌体生长速率和产物合成速率
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
发酵过程控制
微生物发酵的生产水平取决于：1）生产菌种 本身的特性；2）合适的环境条件，使它的 生产能力充分表达出来。
这些环境条件包括培养基、培养温度、pH、 氧的需求等。
为了掌握菌种在代谢过程中的代谢变化规律， 需要监测一些参数，这些参数包括菌体浓度 、糖、N消耗及产物浓度，培养温度、pH、 溶氧等。
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
l （发酵液的菌体量和单位时间的菌浓、溶氧浓度、 糖浓度、氮浓度和产物浓度等的变化值）
l 计算
（菌体的比生长速率、氧比消耗速率、糖比消耗速 率、氮比消耗速率和产物比生产速率）
（控制产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺条件）
研究
发酵动力学
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
第二节、发酵过程中的代谢变化
l 1．菌体生长阶段（菌体生长期或发酵前期 ） l 菌体进行合成代谢：菌浓明显增加、摄氧率不
l 补糖数量：以控制菌体浓度略增或不增为原则，使 产生菌的代谢活动有利于抗生素的合成。
l 补糖方式：连续滴加补入、少量多次间歇补入、大 量少次补入等。
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
l 2、动力学模型控制法： l 根据菌体比生长速率、糖比消耗速率以及抗生
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
第一节 发酵过程的主要控制参数
（一）物理参数 （二）化学参数 （三）生物参数
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
一、发酵过程的主要控制参数
l （一）物理参数
l 1．温度（℃） l 发酵整个过程或不同阶段中所维持的温度。 l 酶反应速率、氧在培养液中的溶解度与传递速
率、菌体生长速率和产物合成速率
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
发酵过程控制
微生物发酵的生产水平取决于：1）生产菌种 本身的特性；2）合适的环境条件，使它的 生产能力充分表达出来。
这些环境条件包括培养基、培养温度、pH、 氧的需求等。
为了掌握菌种在代谢过程中的代谢变化规律， 需要监测一些参数，这些参数包括菌体浓度 、糖、N消耗及产物浓度，培养温度、pH、 溶氧等。
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
l （发酵液的菌体量和单位时间的菌浓、溶氧浓度、 糖浓度、氮浓度和产物浓度等的变化值）
l 计算
（菌体的比生长速率、氧比消耗速率、糖比消耗速 率、氮比消耗速率和产物比生产速率）
（控制产生菌的代谢、决定补料和供氧工艺条件）
研究
发酵动力学
抗生素工艺学第六章发酵过程的控制
第二节、发酵过程中的代谢变化
l 1．菌体生长阶段（菌体生长期或发酵前期 ） l 菌体进行合成代谢：菌浓明显增加、摄氧率不
发酵生产的过程及控制
死亡期
2、补料分批培养
在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致 的发酵过早结束的缺点。 在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，所以发酵结束 时发酵液体积比发酵开始时有所增加。在工厂的实际生产中 采用这种方法很多。
简单的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出， 除了空气的通入和排气。整个过程中菌的浓度、营养成分的浓 度和产物浓度等参数都随时间变化。
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 缺点： 产率低，不适于测定动力学数据
分批培养中微生物的生长
迟滞期 对数生长期
稳 定期
发酵级数确定的依据
级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响。
级数大，难控制、易染菌、易变异，管理困难，一 般2-4级。
在发酵产品的放大中，反应级数的确定是非常重要 的一个方面。
3、接种量的确定
移入种子的体积 接种量＝ —————————
接种后培养液的体积
过大过小都不好，最终以实践定，如大多数抗生素为7-15%。 但是一般认为大一点好。
7 种子的质量标准
• 菌丝形态、菌体浓度和培养基外观（色素、颗粒等）； • pH； • 糖氮代谢速度； • 其它参数,如接种前的抗生素含量、某种酶活等。
8 影响种子质量的因素：
1）原材料的质量:
一般选择一些有利于孢子发芽和菌丝生长的培养基，在营养 上容易被菌体直接吸收利用，营养成分要适当地丰富和完全， 氮源和维生素含量较高，这样可以使菌丝粗壮，并且具有较 强的活力。
另一方面，种子培养基中的营养成分要尽可能和发酵培养基 接近以适合发酵的需要，这样的种子移入发酵罐后能比较容 易适应发酵罐的培养条件如微量元素Mg、Ca、Ba能刺激孢子 的生长。 2）、培养温度：过低？过高？
代谢控制发酵-第六章 代谢控制发酵实例
型突变株 思考：这样做有什么不足？ห้องสมุดไป่ตู้
(2) 选育渗漏缺陷型突变株 苯丙氨酸和酪氨酸双营养缺陷(或预苯酸缺陷)使得菌株生长
缓慢，因此可选育预苯酸渗漏缺陷型突变株 渗漏缺陷型是一种不完全营养缺陷型，它不会产生过量的末
端产物，因而可以避开反馈调节 但它又能合成微量的末端产物，用来进行生物合成 在培养这种突变体时，可不必在培养基中添加相应的物质，
弱化子
p 解除反馈调节，增强色氨酸合成途径代谢流(通) 解除色氨酸抑制作用：
(1) 选育色氨酸结构类似物(5-氟色氨酸、5-甲基色氨酸) 抗性突变株
变构，失活
酶
色氨酸
问题：诱变后存活的微生物 包括正向突变(想要的)、负 向突变(不想要的)，怎么把 正向突变的筛选出来？
5-氟色氨酸 5-甲基色氨酸
四、青霉素发酵
生物合成途径
四、青霉素发酵
代谢调节
碳分解代谢产物的影响
Ø 青霉素的生物合成受碳分解代谢产物阻遏，如ACV合成 酶，IPN合成酶，酰基转移酶就被阻遏
Ø 葡萄糖可以刺激菌体生长，使作为赖氨酸和青霉素合 成中间体的α-氨基己二酸转向合成赖氨酸，抑制青霉 素的合成
Ø 葡萄糖降低青霉素生物合成的速率和得率还由于葡萄 糖与6-APA之间形成复合物，从而减少了可用于合成青 霉素的中间产物。
Ø 选育单氟乙酸、三氟乙酸敏感突变株 抑制乌头酸梅和异柠檬酸脱氢酶活性。若菌体对药品 敏感，说明该突变株的乌头酸酶和异柠檬酸酶活力低或 含量少
Ø 选育强化CO2固定反应的突变株 氟丙酮酸敏感、天冬氨酸缺陷、羧化酶基因克隆
Ø 强化柠檬合成酶
一、柠檬酸发酵
发酵控制
Ø 控制Mn2+和NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的抑制，使EMP 畅通无阻
(2) 选育渗漏缺陷型突变株 苯丙氨酸和酪氨酸双营养缺陷(或预苯酸缺陷)使得菌株生长
缓慢，因此可选育预苯酸渗漏缺陷型突变株 渗漏缺陷型是一种不完全营养缺陷型，它不会产生过量的末
端产物，因而可以避开反馈调节 但它又能合成微量的末端产物，用来进行生物合成 在培养这种突变体时，可不必在培养基中添加相应的物质，
弱化子
p 解除反馈调节，增强色氨酸合成途径代谢流(通) 解除色氨酸抑制作用：
(1) 选育色氨酸结构类似物(5-氟色氨酸、5-甲基色氨酸) 抗性突变株
变构，失活
酶
色氨酸
问题：诱变后存活的微生物 包括正向突变(想要的)、负 向突变(不想要的)，怎么把 正向突变的筛选出来？
5-氟色氨酸 5-甲基色氨酸
四、青霉素发酵
生物合成途径
四、青霉素发酵
代谢调节
碳分解代谢产物的影响
Ø 青霉素的生物合成受碳分解代谢产物阻遏，如ACV合成 酶，IPN合成酶，酰基转移酶就被阻遏
Ø 葡萄糖可以刺激菌体生长，使作为赖氨酸和青霉素合 成中间体的α-氨基己二酸转向合成赖氨酸，抑制青霉 素的合成
Ø 葡萄糖降低青霉素生物合成的速率和得率还由于葡萄 糖与6-APA之间形成复合物，从而减少了可用于合成青 霉素的中间产物。
Ø 选育单氟乙酸、三氟乙酸敏感突变株 抑制乌头酸梅和异柠檬酸脱氢酶活性。若菌体对药品 敏感，说明该突变株的乌头酸酶和异柠檬酸酶活力低或 含量少
Ø 选育强化CO2固定反应的突变株 氟丙酮酸敏感、天冬氨酸缺陷、羧化酶基因克隆
Ø 强化柠檬合成酶
一、柠檬酸发酵
发酵控制
Ø 控制Mn2+和NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的抑制，使EMP 畅通无阻
发酵工程第六章 发酵条件及过程控制
3、菌体浓度对产物的影响
♦ 在适当的比生长速率下，发酵产物的产率与菌浓成正比 关系,即
式中， P ——发酵产物的产率(产物最大生成速率或生率),g/(L· h); QPm ——产物最大比生成速率,h-1; ♦初级代谢产物的产率与菌体浓度成正比； c(X) ——菌体浓度,g/L.
P=QPmc(X)
♦次级代谢产物的生产中，控制菌体的比生长速率μ比μ临略高 一点的水平，即c(X) ≤c(X)临时，菌体浓度越大，产物的产量 才越大。 ♦c(X)过高，摄氧率增加，溶氧成为限制因素，使产量降低。
（三）磷酸盐浓度的影响及控制
☺ 磷是构成蛋白质、核酸和ATP的必要元素，是微生物 生长繁殖所必需的成分，合成产物所必需的营养。 控制方式： ☺ 在基础培养基中采用适量的浓度给予控制，以保证菌 体的正常生长所需；
代谢缓慢：补加磷酸盐。举例：在四环素发酵中,间歇,微量添加磷
酸二氢钾,有利于提高四环素的产量。
（二）氮源
2、不同种类氮源对发酵的影响及控制 ☺ 培养基中某些氮源的添加有利于该发酵过程中产物的积累， 这些主要是培养基中的有机氮源作为菌体生长繁殖的营养 外，还有作为产物的前体。 如：缬氨酸、半胱氨酸和ɑ-氨基己二酸等是合成青霉素和头 孢霉素的主要前体。
☺ 无机氮源利用会快于有机氮源，但是常会引pH值的变化， 这必须注意随时调整。如：
（三）磷酸盐浓度的影响及控制
☺ 微生物生长良好时，所允许的磷酸盐浓度为0.32～ 300mmol/L，但次级代谢产物合成良好时所允许的磷 酸盐最高水平浓度仅为1mmol/L。 ☺ 因此，在许多抗生素，如链霉素、新霉素、四环素、 土霉素、金霉素和万古霉素等的合成中要以亚适量添 加。
举例：四环素发酵：菌体生长最适的磷浓度为65～70
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检验学院
③尿素流加法：味精厂多用，尿素首先被菌体尿酶分解成氨， 氨进入发酵液，使pH上升，当NH4+被菌体作为氮源消耗并 形成有机酸时，发酵液pH下降，这时随着尿素的补加，氨 进入发酵液，又使发酵液pH上升及补充氮源，如此循环， 致至发酵液中碳源耗尽，完成发酵。
检验学院
pH的控制方法
常用方法
① 调节好基础料的 pH 。基础料中若含有玉米浆， pH 呈酸性，必须调节 pH 。若要控制灭菌后 pH 在 6.0，消前pH往往要调到6.5-6.8 ② 在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ，或 具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等 ③ 通过补料调节pH
液体的表面性质：表面张力、表观粘度； 蛋白质及微生物菌体具稳定泡沫作用；
培养液的温度、酸碱度、浓度及泡沫表面积对
泡沫稳定性也有一定影响。
检验学院
2、泡沫对发酵的影响
降低了发酵罐的装料系数；
增加了菌群的非均一性；
增加了染菌的机会；
引起“逃液”，导致产物的损失；
影响通气搅拌的正常进行，造成发酵异常，导致 产物产量下降； 菌体提前自溶，使更多泡沫生成； 消泡剂的加入给提取工序带来困难。
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二、发酵过程中泡沫的变化
泡沫随通气、搅拌速度的增加而增加，搅拌引起 初期，泡沫的高稳定性与高的表观粘度和低 的泡沫比通气来得大； 表面张力有关； 泡沫多少与培养基所用原材料性质有关； 同一浓度下：玉米浆＞花生饼粉＞黄豆饼粉 随着微生物对碳、氮源的利用，粘度降低， 培养基的灭菌方法、温度、时间会改变培养基性 质，从而影响泡沫的产生； 表面张力上升，泡沫减少； 发酵过程中，培养液的性质随微生物的代谢活动 发酵后期，菌体自溶，可溶性蛋白质浓度增 而不断变化，影响泡沫的消长。 加，泡沫上升。
待发酵液的温度表现为上升时，发酵液温度应控 制在菌体最适生长温度。 主发酵旺盛阶段，温度应控制在代谢产物合成的 最适温度。
发酵后期，温度出现下降趋势，直至发酵成熟即 可放罐。
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第三节 pH的影响及其控制
一、 pH值对发酵过程的影响
二、发酵对pH的影响
三、最适pH的选择
四、发酵过程中pH的调节与控制
检验学院 《发酵工程》
第六章 发酵条件及过程控制
一、pH对发酵的影响
影响菌体原生质膜电荷的改变，引起膜对离子
的渗透作用，影响了营养物的吸收和代谢产物的
分泌。
影响菌体生长代谢的酶活性
影响代谢产物的合成方向
Growth 2-3 pH units
pH
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引起发酵液中pH下降的常见因素 （ 1 ） C/N 过高，或中间补糖过多，溶氧不足，致 使有机酸积累，pH下降； （2）消泡剂加得过多：脂肪酸增加； （3）生理酸性盐的利用； （4）酸性产物形成：如有机酸发酵。
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一、营养基质的影响及控制
碳、氮、无机盐、前体、生长因子
种类的控制 浓度的控制
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1.种类的控制
工业中发酵培养基常采用含迅速利用和缓慢利用 的混合氮源和混合碳源。
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补料内容
① 能源和碳源； ② 氮源； ③ 微量元素； ④ 诱导物；
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补料控制方法
反馈控制
无反馈控制
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第六章 发酵条件及过程控制
吉林医药学院
董 媛
检验学院 《发酵工程》
第六章 发酵条件及过程控制
控制方式
一般检控系统包括3个部分。
1．测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH计 直接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信号。 2．控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各 种参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指 令执行元件进行调整控制。 3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关 闭有关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数 达到预定位置。
补料速度较慢，供氧充足时：糖完全转化为 污染杂菌
酵母、CO2和水。
补料速度提高，培养液DO跌至临界值以下：
中间补料 糖不完全氧化，生成乙醇，酵母产量减少。
作为控制代谢方向的指标
有些操作故障或事故引起发酵异常
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一、泡沫的产生及其对发酵的影响 1、泡沫产生的原因
外界引进的气流被机械地分散而形成。 发酵过程产生的气体聚结生产的发酵泡沫。 培养基的物理化学性质。
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1、引起溶解氧异常下降的原因
污染好氧性杂菌；
菌体代谢发生异常，需氧要求增加；
某些设备或工艺控制发生障碍或变化。
搅拌功率变小或搅拌速度变慢。
消泡剂过量。
搅拌停止。
闷罐。
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2、引起溶解氧异常上升的原因
污染烈性噬菌体； 菌体代谢异常，耗氧能力下降。
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五、溶氧作为发酵异常的指示
影响发酵温度变化的因素
温度对微生物生长和发酵的影响 最适温度的选择和温度的控制
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发酵热 =
生物热 + 搅拌热 - 蒸发热± 辐射热
温度控制措施：
大罐：在夹套或蛇管内通入冷却水。 小罐：控制冷却水水温。
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2、温度对发酵的影响
影响各种酶反应的速率和蛋白质的性质；
通过改变发酵液的物理性质，间接影响微生物的 生物合成； 会影响生物合成方向； 对同一微生物，细胞生长和产物合成的最适温度 往往不同。
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金色链霉菌：可同时产生金霉素和四环素。 低于30℃：金霉素合成能力强； 温度升高：四环素合成比例提高； 高于35℃：只产生四环素。 青霉素产生菌：
生长最适温度：30 ℃ ；
青霉素合成最适温度：25 ℃ 。
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温度的控制——变温培养
接种后培养温度应适当提高，以利孢子萌发或加 快菌体生长、繁殖。
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三、泡沫的消除和控制
机械消泡：依靠物理学原理，即靠机械力引起强 烈振动或压力变化，促使泡沫破裂。 化学消泡：使用化学消泡剂消沫。
优点：不需要引入外来物质，可节省原材料， 减少杂菌污染的机会，减少培养液性质的变 优点：消泡剂来源广泛，消泡效率高，作用 化，对提取工艺无任何副作用。 迅速。 缺点：效率不高，不能从根本上消除引起泡 沫稳定的因素，需要一定的设备，消耗一定 的动力。
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2、化学消泡
化学消泡剂的种类 化学消泡剂的应用
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（1）化学消泡剂的种类
天然油脂：玉米油、菜油、豆油、猪油等。
高级醇类：十八醇、聚二醇。
聚醚类：聚氧丙烯甘油（GP）、泡敌（聚氧乙烯 氧丙烯甘油，GPE）。 硅酮类：聚二甲基硅氧烷及其衍生物、羟基聚二 甲基硅氧烷。 氧化烷烃
添加缓冲物质：碳酸钙和磷酸盐
在发酵过程中直接补加酸或碱
过去流加硫酸或氢氧化钠，
现采用补加氨水、尿素、硫酸铵， 在发酵过程中调节补糖速度控制pH
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解释： ①添加CaCO3：当用NH4+盐作为氮源时，可在培养基 中加入CaCO3，用于中和NH4+被吸收后剩余的酸.
②氨水流加法：氨水可以中和发酵中产生的酸，且 NH4+可作为氮源，供给菌体营养.通氨一般是使压缩 氨气或工业用氨水(浓度20％左右)，采用少量间歇 添加或连续自动流加，可避免一次加入过多造成局 部偏碱。氨极易和铜反应产生毒性物质，对发酵产 生影响，故需避免使用铜制的通氨设备。
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补料时机
补糖时机
过早，刺激生长，加速糖利用；
过迟，所需能量跟不上。如谷氨酸发酵在对数生 长期的末期补料。
判断：培养基条件，菌种，发酵状况（残糖，pH， 菌形态等），在需要时加入；
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补料方式
一次性大量
少量多次 连续流加 快速流加 恒速流加
指数流加 变速流加
可与其他组分一起进行多组分补料。 以不引起发酵液成分剧烈波动为前提；
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青霉素发酵的补料控制
碳源 葡萄糖：根据发酵液残糖量、pH值，排气中 CO2及O2含量控制加糖。一般在残糖降至0.6% 左右、pH上升时开始加糖。 氮源 硫酸铵、氨水或尿素，使氨氮控制在0.05%。 前体 发酵的合适阶段添加，使其浓度维持在一定范 围。
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第二节 温度对发酵过程的影响
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引起发酵液中pH上升的常见因素
（1）C/N过低（N源过多），氨基氮（NH4＋）释放； （2）中间补料中氨水或尿素等碱性物质加入过多； （3）生理碱性盐的利用； （4）碱性产物形成。
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第六章 发酵条件及过程控制
四、pH的控制
采用合适的培养基配比
C：N合适
生理酸性物质和生理碱性物质比例合适
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放罐指标
产物浓 培养液外观和粘度
过滤速度