5发酵过程控制(pH)
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2、pH对发酵的影响
（1）影响菌体的生长
举例： 产黄曲霉的细胞壁的厚度就随pH值的增加而减 小：其菌丝直径在pH6.0时为2～3 μm； pH7.4时为2～18 μm，并呈膨胀酵母状； pH值下降后菌丝形态又会恢复正常。
不同种类微生物，对pH要求不同；
酵 细
母：pH 3.8－6.0 菌：pH 6.58
放线菌：pH 6.5－8.0
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同种微生物对pH变化的反映不同
如，石油代蜡酵母
pH 3.5－5.0 生长良好，不易染菌； pH >5.0时，易染细菌； pH <3.0时，生长受抑制，易自溶；
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克拉维酸
广谱β-内酰胺酶抑制剂 仅有微弱的抗菌活性 ，单独应用无效 可使不耐β—内酰胺酶的抗生素如青霉素G、 氨苄西林、阿莫西林或头孢菌素Ⅱ(头孢噻 吩)的抗茵谱增广，抗菌活性增强 金葡菌、大肠杆菌、肺炎杆菌、奇异变形杆 菌、普通变形杆菌、流感杆菌及脆弱杆菌等
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发酵用复合pH电极要求
能高温灭菌，过高的温度将对玻璃膜材质和参 比电极性质产生影响，造成不可逆转的破坏。
具有长时间的稳定性，应保证转换系数和不对 称电位能适应发酵周期长、中途不能更换和不能 标定的要求 要求一定的液络部流通，维持的液接界电位稳 定，防止使用过程中液络部被含硫物、蛋白质和 非水溶液污染，造成电极测量漂移 外加不锈钢护套或工程塑料护套后安装于罐内
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2、pH对发酵的影响
（6）影响产物稳定性
β-内酰胺抗生素噻纳霉素的发酵中，pH在 6.7～7.5之间时抗生素的产量相近，高于或 低于这个范围，合成受到抑制。在这个pH值 范围内，噻纳霉素的稳定性未受到严重影响； 但pH>7.5时，稳定性下降，半衰期缩短，发 酵单位也下降。青霉素在碱性条件下发酵单位 低，也与青霉素的稳定性有关。
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三、pH测量
1、取样罐外测量
试纸法 （精密级）
酸度计法 罐外取样测量不利于实现自动 化管理
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2、在线测量
发酵用复合pH电极 + pH显示仪表
pH测量原理图
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发酵用复合pH电极
4、当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH
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应急措施：
改变搅拌转速或通气量，以改变溶解氧浓度， 控制有机酸的积累量及其代谢速度； 改变温度，以控制微生物代谢速度；
改变罐压及通气量，降低CO2的溶解量；
改变加油或加糖量等，调节有机酸的积累量；
二、pH对发酵的影响
1、实例 例1 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，发酵液pH下降，待有机酸被生产菌（林可 链霉菌）利用，pH上升。（如下页图所示） 若不及时补糖、(NH4)2SO4或酸，发酵液pH可迅 速升到8.0以上，阻碍或抑制某些酶系，使林可霉素 增长缓慢，甚至停止。
菌株最适生长pH控制在6.8～7.0
36
×
生长期
产酸期
×
不同pH值对菌体的形态影响很大，当pH值高于7.5时，菌体易于老 化，呈现球状；当pH值低于6.5时菌体同样受抑制，易于老化。在6.9左 右时，菌体处于生长期，呈“八”字形状并占有绝对的优势；而在7.2 37 2013年8月7日星期三 长江大学生科院生物工程系 左右时，菌体是处于产酸期，呈现长的椭圆形。
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林可霉素（洁霉素）
对革兰阳性球菌有较好作用，特别对厌气菌、 金葡菌及肺炎球菌有高效。 作用机制：主要抑制细菌细胞蛋白质的合成 临床：主要用于敏感菌引起的各种感染，如 肺炎、脑膜炎、心内膜炎、蜂窝织炎、扁桃 体炎、丹毒、疖及泌尿系统感染等。 可进入骨组织中，和骨有特殊亲和力，故特 别适用于厌气菌引起的感染及金葡菌性骨髓 炎。
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pH显示仪表
应具有较高的输入阻抗（1011-1012 ） 并具有自动或手动的温度补偿功能
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四、pH的控制策略
1、调节好基础料的初始pH
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2、pH对发酵的影响
（2）pH影响酶的活性 当pH值抑制菌体某些酶 的活性时使菌的新陈代谢 受阻。 （3）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变 从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸 收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行。 （4）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离 从而影响微生物对这些物质的利用 。
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一、发酵过程引起pH变化的原因
2、产物形成
某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变
化。如
有机酸类产生使pH下降 红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使 pH上升。
3、菌体自溶，pH上升；发酵后期，pH上升。
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内容速览
一、发酵 过程pH变 化的原因 二、pH对 发酵的影响
三、pH测量
四、pH的 控制策略
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1、调节好基础料的初始pH 2、在基础料中加入维持pH的物质 3、通过补料调节pH 4、当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH 5、不同调pH方法的影响 6、发酵的不同阶段采取不同的pH值 3
问题的提出： CA产生菌棒状链霉菌在pH 低时生长受抑制，在pH高时克拉维酸要分解。 用2.5升罐进行的不控制pH的发酵发现，前期由
于微生物产生的酸性副产物和有机酸使pH降至6.5。
在达到最高细胞浓度后，pH开始从6.5升至8.3。产 量达最高水平时，pH不再升高。在发酵终止时，pH 再次升至8.5。随着pH升高，CA迅速分解。
发酵工程 课件
欢迎 Fermentation Engineering 光临
第五章 发酵过程控制(二)
主讲人：夏帆
第2节 发酵过程的pH控制(2学时)
教学目的：了解发酵过程pH变化的原因； 掌握pH对发酵的影响；掌握pH的控制策略。 教学重点、难点：pH对发酵的影响；pH的 控制策略，特别是如何分阶段控制pH。
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pH对林可霉素发酵的影响
pH
p H
7.0
不调pH
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t 调pH
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pH对林可霉素发酵的影响
对照罐发酵66小时pH达7.93，以后维持在8.0以上 至115小时，菌丝浓度降低，NH2-N升高，发酵不再 继续。
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4、最佳pH的确定
配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况
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pH对产海藻酸裂解酶的影响 长江大学生科院生物工程系
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pH对海藻糖水解酶产生的影响
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pH对谷氨酰胺转氨酶活力的影响
菌体干重(g/L)
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引起发酵液pH值变化的常见因素
(1)下降 ①培养基中C/N不当，有机酸积累；
②消沫油加得过多；
③生理酸性物质过多；
(2)上升
①C/N比例不当，N过多，氨基氮释放； ②生理碱性物质过多； ③中间补料时碱性物加入量过大；
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5、不同调pH方法的影响
分别在4种缓冲介质 中，于pH 6.50一9.50 测定天冬酰胺酶酶活力。 1 甘氨酸介质在pH8.0 时酶活力最高； 2 硼酸在pH8.50，酶 活力最高； 3 磷酸在pH 8.50，酶 活力最高； 4 Tris在pH 8.50，酶活 力最高； 酶活1＞2＞4＞3
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 ， 灭 菌 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。
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3、通过补料调节pH
pH6.9时，菌体生长旺盛，pH7.15时，对菌体的产酸 有利。采用阶段pH控制模式进行发酵，在发酵中前期控 制pH6.9，到48h后pH值为7.15，到80h后pH值为7.25。 38 产率22.27g/L，产酸率提高11.2５％。
例：克拉维酸(CA）发酵中pH变换控制
国外医药抗生素分册，2004年第1期
在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在 补料与调pH没有矛盾时采用补料调节pH。 如（1）调节补糖速率，调节空气流量来调节pH。 (2) 当NH2-N低，pH低时补氨水； 当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4。 通过补料调节pH值既调节了培养液的pH值，又 可补充营养，进一步提高发酵产率。
6.5发酵过程的pH控制(2)
试验两阶段的最适pH，见表
稳定期随着pH降低，糖耗速率增加，生物量增加， 但产物合成速率在pH5.6时达到最高。说明当pH 小于5.6以后微生物消耗的糖并非用于合成热凝胶， 而是合成菌体
pH6.9时，菌体生长旺盛，pH7.15时，对菌体的产酸有利。 因此，在发酵的产酸期产酸较高。 采用阶段pH控制模式进行发酵，在发酵中前期控制pH6.9， 到48h后pH值为7.15，到80h后pH值为7.25。产率 22.27g·/L，产酸率提高12.23％
例：克拉维酸发酵中pH变换控制 问题的提出：在pH低时菌体生长受抑制，在 高pH时克拉维酸要分解 用2.5升罐进行的不控制pH的发酵发现，前 期由于微生物产生的酸性副产物和有机酸使 pH降至6.5。在达到最高细胞浓度后，pH开 始从6.5升至8.3。CA产量达最高水平时， pH不再升高。在发酵终止时，pH再次升至 8.5。随着pH升高，CA迅速分解。
pH 7.0 pH
效价
t 不调pH 调pH
例2 培养基初始pH值对漆酶分泌的影响
pH在4～7 范围内产酶最高
2、pH对发酵影响的机 理 （1）pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某 些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻
（2）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改
变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对 营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响 新陈代谢的进行
控制体系溶氧状态，使菌体产能代谢受阻， 初步研究表明NJ402菌体产ADI能力与菌体 产能代谢受阻无明显相关性。
小
发酵过程pH会发生变化
发酵过程的影响因素与调控方法
发酵过程的影响因素与调控方法发酵过程是一种将有机物质转化成发酵产物的过程。
在发酵过程中，微生物通过各种代谢途径将有机物质分解成气体、酒精、醋酸和有机酸等产物。
发酵过程的影响因素有很多，如温度、pH值、氧气、营养物质等，这些因素对发酵产物的种类和数量有着重要的影响。
为了调控发酵过程，提高发酵产物的产率和质量，人们采取了一系列调控方法。
首先，温度是影响发酵过程的重要因素之一。
温度的升高可以促进微生物的代谢活动，从而加快发酵速度。
一般来说，每增加10℃，微生物的代谢速率就会增加一倍。
但是，过高的温度会使微生物遭受热破坏，影响发酵过程。
因此，在控制发酵过程中，要根据具体的微生物种类选择合适的发酵温度。
其次，pH值也是影响发酵过程的关键因素之一。
不同的微生物对pH值有不同的适应范围。
对于大多数微生物来说，酸性条件（pH<6）是最适宜的发酵环境。
微生物的代谢活动会产生一些有机酸，导致环境的酸化。
酸性环境对微生物的生长有抑制作用，从而调节微生物种群结构，影响发酵产物的种类和数量。
因此，在发酵过程中，要根据微生物种类和发酵产物的要求调节pH值。
此外，氧气的存在也会影响发酵过程。
氧气是微生物呼吸和代谢的必需物质之一，但在一些发酵过程中，过多的氧气会削弱或抑制微生物的代谢活动，从而影响发酵效果。
因此，在一些发酵过程中，需要通过控制发酵容器的通气速率或使用无氧条件来调节氧气的浓度，以达到最佳的发酵效果。
最后，营养物质也是影响发酵过程的关键因素。
微生物的生长和代谢活动需要各种营养物质，如糖类、氨基酸、维生素等。
不同的发酵产物对营养物质的需求有所不同，因此，在发酵过程中，要根据不同的微生物和发酵目标选择适宜的营养物质组成和浓度。
为了调控发酵过程，提高发酵产物的产率和质量，人们采取了一系列的调控方法。
首先，可以通过控制发酵温度和pH值来调节微生物的生长和代谢活动，从而影响发酵产物的种类和数量。
其次，可以通过调节发酵容器的通气速率或使用无氧条件来控制氧气的浓度，以调节微生物的代谢途径和产物生成途径。
09.2 发酵过程pH控制
7
5）pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响 pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响
X
生长 合 成
四 环 素
பைடு நூலகம்
pH
pH对菌体生长影响比产物合成影响小 对菌体生长影响比产物合成影响小
放线菌金色链丛菌
8
3、发酵过程pH变化及其原因 发酵过程pH变化及其原因 pH 3.1发酵过程中pH值的变化一般规律 3.1发酵过程中pH值的变化一般规律 发酵过程中pH 1.在微生物细胞的生长阶段: 1.在微生物细胞的生长阶段: 在微生物细胞的生长阶段 初期:接种后到孢子萌发, 初期:接种后到孢子萌发,因碳氮源代谢水平比较低 , pH一般可维持不变,或者由于添加了CaCO3而略有上升 pH一般可维持不变,或者由于添加了CaCO 一般可维持不变 。 快速生长期：pH值变化较大，因菌种及培养基不同 快速生长期：pH值变化较大， 值变化较大 而上升或下降 2.在生产阶段，一般发酵液的pH值趋于稳定，维持在适 2.在生产阶段，一般发酵液的pH值趋于稳定， 在生产阶段 pH值趋于稳定 合产物形成的pH范围。 pH范围 合产物形成的pH范围。 3.在微生物细胞自溶阶段,养分的耗尽，菌体蛋白酶的 3.在微生物细胞自溶阶段,养分的耗尽， 在微生物细胞自溶阶段 9 活跃，培养液中氨基氮增加，致使pH又上升。 pH又上升 活跃，培养液中氨基氮增加，致使pH又上升。
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在生产上，主要的过程控制方法有： 在生产上，主要的过程控制方法有： ①添加CaCO3：当用NH4+盐作为氮源时，可在培养 添加CaCO3 当用NH4+盐作为氮源时， CaCO3： NH4+盐作为氮源时 基中加入CaCO3 用于中和NH4+被吸收后剩余的酸. CaCO3， NH4+被吸收后剩余的酸 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 氨水流加法：氨水可以中和发酵中产生的酸， NH4+可作为氮源 供给菌体营养. 可作为氮源， 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) 20％ 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， 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， 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。 生影响，故需避免使用铜制的通氨设备。
微生物工程第5章发酵过程及控制
（三）、pH在发酵过程中的变化规律
在发酵前期，菌体生长缓慢，糖分解的少， 铵离子利用的也少，所以pH变化缓慢。
随菌的生长，菌分解了含氮有机物，释放出 铵，培养基的pH会缓慢上升。
当菌转入对数生长期，由于菌体大量繁殖， 大量利用糖和铵离子，培养基的pH逐渐下降。
在生长后期，由于菌体自溶，释放出铵，pH 又回升。
二、发酵过程中的代谢变化及规律
与代谢有关的参数： 1、物理参数 ⑴、温度 ⑵、罐压 ⑶、搅拌速度 ⑷、空气流量 ⑸、表观粘度 ⑹、发酵液重量
与代谢有关的参数： 2、化学参数 ⑴、基质浓度 ⑵、pH ⑶、产物浓度 ⑷、DNA量 ⑸、关键酶 ⑹、溶解氧 ⑺、排气中的氧含量 ⑻、排气中的CO2含量
与代谢有关的参数： 3、生物参数 ⑴、菌丝形态 ⑵、菌丝干重或湿重 ⑶、菌体比生长速率 ⑷、氧的比消耗速率 ⑸、糖的比消耗速率 ⑹、氮的比消耗速率 ⑺、产物的比生产速率
一、种子制备工艺及质量控制
菌种是发酵的关键，从一个保存的菌 种，到生产上使用的种子，如果按几 十～几百吨的发酵规模，10％的种子量 （接种量）计，需要几吨～几十吨的种 子。
（一）、作为种子的要求： 1、细胞的生活力强，移种至发酵罐后能迅速生长 2、菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求 3、无杂菌污染 4、生理形状稳定、保持稳定的生产能力
• 泡沫的控制除了添加消泡剂外，改进培养基成分 也是相辅相成的一个重要方面。
化学消泡剂应具备以下特点：
• 必须是表面活性剂，具有较低的表面张力，消泡 作用迅速有效；
• 具有一定的亲水性，使消泡剂对气－液界面的分 散系数足够大，从而迅速发挥消泡活性；
• 在水中的溶解度必须小，以保持持久地消泡或抑 泡性能；
缓慢利用的氮源物质：有利于延长产物的合 成期。
发酵工艺控制pH值参数
发酵工艺控制(pH值参数)发酵工艺控制——pH对发酵的影响及控制录入时间:2010-8-13 9:19:45 来源：青岛海博《微生物工程》发酵过程中培养液的pH值是微生物在一定环境条件下代谢活动的综合指标，是一项重要的发酵参数。
它对菌体的生长和产品的积累有很大的影响。
因此，必须掌握发酵过程中pH的变化规律，及时监测并加以控制，使它处于最佳的状态。
尽管多数微生物能在3～4个pH单位的pH范围内生长，但是在发酵工艺中，为了达到高生长速率和最佳产物形成，必须使pH在很窄的范围内保持恒定。
一、PH对发酵的影响微生物生长和生物合成都有其最适和能够耐受的pH范围，大多数细菌生长的最适pH范围在6.3～7.5，霉菌和酵母生长的最适pH范围在3～6，放线菌生长的最适pH范围在7～8。
有的微生物生长繁殖阶段的最适pH范围与产物形成阶段的最适pH范围是一致的，但也有许多是不一致的。
表7-1列举了几种生长最适pH范围与产物形成最适pH范围不一致的例子。
pH还会影响菌体的形态。
例如，产黄青霉细胞壁的厚度随pH的增加而减小；当pH低于6时，菌丝的长度缩短，直径为2～3μm，当pH=7或>7时，直径为2～18μm，酵母状膨胀菌丝的数目增加。
pH下降后，菌丝形态又恢复正常。
pH 还影响细胞膜的电荷状态，引起膜的渗透性发生改变，进而影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的形成。
对产物的稳定性同样有影响。
除此之外，pH对某些生物合成途径有显著影响。
例如，丙酮丁醇发酵中，细菌增殖的pH范围是5.5～7.0为好，发酵后期pH=4.3～5.3时积累丙酮丁醇，pH升高则丙酮丁醇产量减少，而丁酸、乙酸含量增加。
又如，黑曲霉在pH=2～3时产生柠檬酸，pH近中性时，积累草酸和葡萄糖酸。
谷氨酸发酵中，pH=7或微碱时形成谷氨酸，pH酸性时产生N—乙酰谷酰胺。
从以上看出，为要更有效地控制生产过程，必须充分了解微生物生长和产物形成的最适pH范围。
第四篇 第三章发酵过程的pH控制
发酵过程的pH控制pH是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，所以是十分重要的参数。
发酵过程中pH是不断变化的，通过观察pH变化规律可以了解发酵的正常与否一、发酵过程pH变化的原因1、基质代谢（1）糖代谢特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。
糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一（2）氮代谢当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH 上升。
（3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降2、产物形成某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。
如有机酸类产生使pH下降，洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。
3、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。
二、pH对发酵的影响1、pH对发酵的影响（1）pH影响酶的活性（2）pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行（3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用（4）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。
2、pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响pH对菌体生长影响比产物合成影响小例青霉素：菌体生长最适pH3.5~6.0,产物合成最适pH7.2~7.4 四环素：菌体生长最适pH6.0~6.8，产物合成最适pH5.8~6.03、最佳pH的确定配制不同初始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热凝胶产生不同阶段pH的考察试验两阶段的最适pH，见表稳定期随着pH降低，糖耗速率增加，生物量增加，但产物合成速率在pH5.6时达到最高。
说明当pH小于5.6以后微生物消耗的糖并非用于合成热凝胶，而是合成菌体。
三、pH的控制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。
若要控制消后pH在6.0，消前pH往往要调到6.5~6.82、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在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。
发酵工艺控制(pH值参数)
一、PH对发酵的影响
微生物生长和生物合成都有其最适和能够耐受的pH范围，大多数细菌生长的最适pH范围在6.3～7.5，霉菌和酵母生长的最适pH范围在3～6，放线菌生长的最适pH范围在7～8。有的微生物生长繁殖阶段的最适pH范围与产物形成阶段的最适pH范围是一致的，但也有许多是不一致的。表7-1列举了几种生长最适pH范围与产物形成最适pH范围不一致的例子。
微生物生长最适pH与产物形成最适pH相互关系的四种情况。第一种情况是菌体的比生长速率(μ)和产物的比生产速率(Qp)都有一个相似的并且较宽的最适pH范围；第二种是Qp(或μ)的最适pH范围很窄，而μ(或Qp)的范围较宽；第三种是μ和Qp有相同的最适pH范围，但范围很窄，即对pH值的变化敏感；第四种，μ和Qp都有各自的最适pH范围。属于第一种情况的发酵过程比较易于控制，第二、三模式的发酵pH须要严格控制，最后一种情况应该分别严格控制各自的最适pH。 பைடு நூலகம்
在测定了发酵过程中不同阶段的最适pH要求后，便可采用各种方法来控制。在工业生产中，调节pH的方法并不是仅仅采用酸碱中和，因为酸碱中和虽然可以中和培养基中当时存在的过量碱，但是却不能阻止代谢过程中连续不断发生的酸碱变化。即使连续不断地进行测定和调节，也是徒劳无益的，因为这没有根本改善代谢状况。因为发酵过程中引起pH变化的根本原因是因微生物代谢营养物质的结果，所以调节控制pH的根本措施主要应该考虑培养基中生理酸性物质与生理碱性物质的配比，然后是通过中间补料进一步加以控制。
除此之外，pH对某些生物合成途径有显著影响。例如，丙酮丁醇发酵中，细菌增殖的pH范围是5.5～7.0为好，发酵后期pH=4.3～5.3时积累丙酮丁醇，pH升高则丙酮丁醇产量减少，而丁酸、乙酸含量增加。又如，黑曲霉在pH=2～3时产生柠檬酸，pH近中性时，积累草酸和葡萄糖酸。谷氨酸发酵中，pH=7或微碱时形成谷氨酸，pH酸性时产生N—乙酰谷酰胺。从以上看出，为要更有效地控制生产过程，必须充分了解微生物生长和产物形成的最适pH范围。
第五章-发酵过程控制ppt课件(全)
第一节 发酵方式
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇 等的分解代谢过程。
广义发酵：微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过 特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养：亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺 不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。两者在工艺过 程上大体相同，主要工艺过程为： 斜面菌种培养～菌体或孢子悬浮液制备～种子扩大培养～ 发酵培养～发酵产物与发酵基质分离～提纯与精制～成品。
分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方 式。
分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期 或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；
也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静 止期和死亡（衰亡）期
分批培养中的微生物的典型生长曲线
停滞期（Ⅰ）
停滞期（Ⅰ）： 刚接种后的一段时间内，细胞不生长，细胞 数目和菌量基本不变。
第五章 发酵过程及控制
学习目标
知识目标 能陈述发酵过程的影响因素（温度、溶氧、pH等）； 能陈述不同发酵方式的理论及异同及优劣； 掌握发酵动力学的有关原理、发酵器的分类及发展趋势。 能力目标 能够找出发酵最适宜条件，并采取相应控制措施； 能够进行发酵终点判断； 能够进行发酵过程重要检测；
三、产物形成动力学
产物形成与生长的关系 细胞生长与代谢产物形成之间的动力学关系决定
于细胞代谢中间产物所起的作用。描述这种关系的 模式有三种，即生长联系型模式、非生长联系型模 式和复合型模式。 （1）生长联系型模式 （2）非生长联系型模式 （3）复合模式
四、生长得率与产物得率
1.生长得率和产物得率的定义 生长得率：消耗每单位数量的基质所得到的菌体，
发酵技术中的PH控制
发酵技术中的PH控制1 pH值对菌体生长和代谢产物形成的影响pH表示溶液氢离子浓度的负对数，纯水的[H+]浓度是10-7mol/L，因此pH为7，pH ＞7呈碱性，pH＜7呈酸性，pH值差1时，其[H+]浓度就相差10倍。
最高、最适、最低三基点，主要是影响微生物活动环境的离子强度、细胞膜的透性及膜上的带电性和氧化-还原电位、酶活性。
❖不同种类微生物，对pH要求不同；❖酵母：pH 3.8－6.0❖细菌：pH 6.5－7.5❖霉菌：pH 4.0－5.8❖放线菌：pH 6.5－8.0同种微生物对pH变化的反映不同。
如，石油代蜡酵母pH 3.5－5.0 生长良好，不易染菌；pH >5.0时，易染细菌；pH <3.0时，生长受抑制，易自溶；❖pH不同，微生物代谢产物不同。
❖❖pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响❖❖微生物生长和发酵的最适宜pH可能不同。
❖❖影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢；❖影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸收和代谢产物的排泄；❖影响培养基中某些组分的解离，进而微生物对这些成分的吸收；❖pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。
❖影响氧的溶解和氧化还原电势的高低；❖pH值影响孢子发芽；举例：❖影响菌体的生长：产黄曲霉的细胞壁的厚度就随pH值的增加而减小：其菌丝直径在pH6.0时为2～3 μm；pH7.4时为2～18 μm，并呈膨胀酵母状；pH值下降后菌丝形态又会恢复正常。
❖影响产物合成：合成青霉素的最适pH值范围为6.5～6.8。
❖影响产物稳定性：β-内酰胺抗生素沙纳霉素的发酵中，pH在6.7～7.5之间时抗生素的产量相近，高于或低于这个范围，合成受到抑制。
在这个pH值范围内，沙纳霉素的稳定性未受到严重影响；但pH>7.5时，稳定性下降，半衰期缩短，发酵单位也下降。
生化工艺 第五章发酵过程及控制 第四节发酵过程检测和自控
第四节 发酵过程检测和自控
2．尾气分析 尾气分析能在线、即时反映生产菌的生长情况。通 风发酵尾气中pH的减少和CO2的增加是培养基中营养物质 好氧代谢的结果。这两种气体（CO2 、O2）的在线分析所 获得的耗氧率（ OUR）和CO2释放率（CER）是目前有效 的微生物代谢活性指示值。目前主要有红外CO2分析仪 (IR)、热导式气相色谱法（GC）、CO2电极法、质谱仪等。 IR和电极法较为常用。O2分析仪有顺磁氧分析仪、极谱 氧电极和质谱仪。
第四节 发酵过程检测和自控
3．发酵液成分分析 发酵液成分的分析对于认识和控制发酵过程也是十分 重要的。高效液相层析(HPLC)具有分辨率高、灵敏度好、 测量范围广、快速及系统特异性等优点。目前已成为实验 室分析的主导方法。但进行分析前必须选择适当的层析柱、 操作温度、溶剂系统、梯度等，而且样品要经过亚微米级 过滤处理。与适当的自动取样系统连接，HPLC可对发酵液 进行在线分析。
第四节 发酵过程检测和自控
由生物化学性质可得到呼吸活动及糖代谢等信息， 这对了解发酵的代谢途径是很重要的。通过计算机可确 定碳平衡的变化，运用寄存数据可得细胞产量。采用不 同的底物并将计算得到的细胞产率和有机能量产率加以 比较，可能反映出有机化合物的分解代谢机制。这些变 量之间的关系将有助于阐明发酵过程的主要代谢途径以 及发酵生产的效率。
第四节 发酵过程检测和自控
③最优控制 最优控制是指根据生产情况，随时改变某些参数给定 值，以达到生产过程的最优化控制。最优控制常用观察指 标：最高产量、最优质量、最佳经济效益等。最优化控制 时，根据生产过程的变化情况，改变其中某些参数给定值， 使产量达到最大。 使用计算机对发酵过程中的有关参数进行数据分析， 可深入了解发酵过程的物理、化学、生理和生化条件，指 导生产，调整操作参数，获取新的信息。否则这些条件或 者无从了解或者由于测定或计算费事、费时而只能在事后 才能加以测定。