第四章发酵工艺控制修改版
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发酵工艺流程控制
微生物受高温的伤害比低温的伤害大，即超过最高 温度，微生物很快死亡；
低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马 上死亡。这就是菌种保藏的原理。
二、温度的影响与控制 （一）温度对发酵的影响 1、温度影响反应速率 发酵过程的反应速率实际是酶反应速率，酶反应有一 个最适温度。从阿累尼乌斯方程式可以看到
发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有 必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。 如四环素生长阶段28℃，合成期26℃后期再升温； 黑曲霉生长37℃，产糖化酶32～34℃。 但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产 生菌生长30～32℃，产酸34～37℃。 最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。
菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈， 菌体也较多，所以产生的热量多；
培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内 的酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不 大，且逐渐减弱。 如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢， 发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈，有可能 染菌。此外培养基营养越丰富，生物热也越大。
什么是液晶状态？ 液晶状态是指某些有机物在发生固相到液相转变时的过渡 状态称为液晶态。 由固态转变为液晶态的温度称为熔点，以T1表示； 由液晶态转变为液态的温度称为清亮点，以T2表示。 T1与T2之间的温度称为液晶温度范围。 为什么不同微生物对温度的要求不同呢？根据细胞膜脂质成 分分析表明，不同最适温度生长的微生物，其膜内磷脂组成 有很大区别。嗜热菌只含饱和脂肪酸，而嗜冷菌含有较高的 不饱和脂肪酸。
思考题
7.16 根据微生物对温度的依赖可分类成哪几类微生物？ 7.17 微生物对温度要求不同的原理是什么？ 7.18 发酵过程的温度会不会变化？为什么？ 7.19 发酵热的定义 7.20 生物热的大小与哪些因素有关？
第4章氨基酸发酵生产工艺
• ⑵酶法转化工艺
利用酶的离体专一性反应，催化底物生产有活性 的氨基酸。
D-氨基酸和DL-氨基酸的手性拆分 工艺简便、转化率高、副产物少、容易精制。 占总量的10%左右
• ⑶全化学合成生产工艺
不受氨基酸品种的限制，理论上可生产天然氨基 酸和非天然氨基酸。
产物是DL-型外消旋体，必须拆分才得单一对映 体。
• 组成蛋白质的氨基酸有20种，多数为L-型，也是 人体能吸收利用的活性形式
• 初级代谢产物 • 根据R基团的化学结构不同，分为：15种脂肪族的， 2种芳香族的，2种杂环的，以及1种亚基氨基酸。 • 根据R基团的极性，分为：12种极性与8种非极性 • 根据酸碱性，分为：2种酸性的，3种碱性的，以及 15种中性氨基酸。 • 根据人体生理生化过程能否合成，分为：(8+2)种必 需和10种非必需氨基酸 • 应用：药品、食品、饲料、化工等
4.1.2 氨基酸的理化性质
• 无色晶体，熔点200~300℃，一般溶于水、稀酸 稀碱，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，常用乙醇 沉淀氨基酸。 • 除甘氨酸外，有旋光性，测定比旋度可鉴定氨基 酸的纯度。 • 芳香族氨基酸在紫外有吸收峰，可用于鉴别、合 成、定性和定量分析中。
• 氨基酸是弱的两性电解质，在酸性环境，带正电荷； 碱性环境，带负电荷；净电荷为0时的pH值为等电 点pI。由于静电作用，等电点时，溶解度最小，容 易沉定，可用于氨基酸的制备。
氨基酸
分子量
甘氨酸
75.07
丙氨酸
89.10
缬氨酸
117.15
亮氨酸
131.18
异亮氨酸
131.18
丝氨酸
105.09
苏氨酸
119.12
半胱氨酸
发酵工艺流程控制
2、根据培养条件选择 温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。
通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些， 溶氧浓度也可髙些。 培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用 快，会使菌过早自溶。
3、根据菌生长情况 菌生长快，维持在较高温度时间要短些； 菌生长慢，维持较高温度时间可长些。 培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前 期温度可高些，以利于菌的生长。 总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条 件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。
菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈， 菌体也较多，所以产生的热量多；
培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内 的酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不 大，且逐渐减弱。 如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢， 发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈，有可能 染菌。此外培养基营养越丰富，生物热也越大。
1、生物热Q生物 在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质， 将其分解氧化而产生的能量，其中一部分用于合成高 能化合物（如ATP）提供细胞合成和代谢产物合成需 要的能量，其余一部分以热的形式散发出来，散发出 来的热就叫生物热。
微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。
培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。 生物热的大小与呼吸作用强弱有关。 在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用 缓慢，产生热量较少。
四环素产生菌金色链霉菌同时产生金霉素和四环 素，当温度低于30℃时，这种菌合成金霉素能力 较强； 温度提高，合成四环素的比例也提高，温度达到35 ℃时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。
（二）最适温度的选择 1、根据菌种及生长阶段选择 微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所 要求的温度范围也不同。 如黑曲霉生长温度为370C， 谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30～320C， 青霉菌生长温度为300C。
教学培训PPT发酵过程工艺控制
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三、CO2浓度的控制
二氧化碳浓度的控制根据它对发酵的影响而定。 通气搅拌控制二氧化碳浓度 ； 二氧化碳的产生与补料控制有密切关系
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第五节 流加补料的控制
优点：
1.可以解除底物抑制、产物的反馈抑制和分解代谢物 阻遏作用；
2.避免因一次性投料过多造成细胞大量生长，耗氧过
多而造成波谷现象；
3.可用作控制细胞质量的手段； 4.可作为理论研究的手段，为自动控制和最优化控制
➢ ➢ 单独使用效果差，常与分散剂（微晶二氧化硅）一起使用
23
（5）消泡剂的应用和增效
A 消泡剂加载体增效 B 消泡剂并用增效 C 消泡剂乳化增效。
24
2 机械消泡
靠机械力引起强烈振动或者压力变化， 促使泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的 液体加以分离回收。
25
理想的机械消泡装置： 动力小 结构简单 坚固耐用 清洗、杀菌容易 维修保养费用少
生产阶段：pH趋于稳定 自溶阶段：pH上升
12
引起pH下降的因素：
（凡是导致酸性物质生成或释放及碱性物质消耗的发 酵，其pH都会下降）
1）培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过 量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大 量积累而pH下降。 2）消泡油加得过多 3）生理酸性物质的存在，氨被利用，pH下降
13
引起pH上升的因素：
（凡是导致碱性物质生成或释放，酸性物质消耗 的发酵，其pH都会上升） 1）培养基中碳氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放， 使pH上升。 2）生理碱性物质存在 3）中间补料中氨水或尿素等碱性物质的加入过多使pH 上升。
14
三、 发酵过程中 pH的调节与控制 1添加碳酸钙法； 2氨水流加法； 3尿素流加法
三、CO2浓度的控制
二氧化碳浓度的控制根据它对发酵的影响而定。 通气搅拌控制二氧化碳浓度 ； 二氧化碳的产生与补料控制有密切关系
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第五节 流加补料的控制
优点：
1.可以解除底物抑制、产物的反馈抑制和分解代谢物 阻遏作用；
2.避免因一次性投料过多造成细胞大量生长，耗氧过
多而造成波谷现象；
3.可用作控制细胞质量的手段； 4.可作为理论研究的手段，为自动控制和最优化控制
➢ ➢ 单独使用效果差，常与分散剂（微晶二氧化硅）一起使用
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（5）消泡剂的应用和增效
A 消泡剂加载体增效 B 消泡剂并用增效 C 消泡剂乳化增效。
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2 机械消泡
靠机械力引起强烈振动或者压力变化， 促使泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的 液体加以分离回收。
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理想的机械消泡装置： 动力小 结构简单 坚固耐用 清洗、杀菌容易 维修保养费用少
生产阶段：pH趋于稳定 自溶阶段：pH上升
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引起pH下降的因素：
（凡是导致酸性物质生成或释放及碱性物质消耗的发 酵，其pH都会下降）
1）培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过 量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大 量积累而pH下降。 2）消泡油加得过多 3）生理酸性物质的存在，氨被利用，pH下降
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引起pH上升的因素：
（凡是导致碱性物质生成或释放，酸性物质消耗 的发酵，其pH都会上升） 1）培养基中碳氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放， 使pH上升。 2）生理碱性物质存在 3）中间补料中氨水或尿素等碱性物质的加入过多使pH 上升。
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三、 发酵过程中 pH的调节与控制 1添加碳酸钙法； 2氨水流加法； 3尿素流加法