食品生物技術-發(fā)酵工程.ppt

1、第五章 發(fā)酵工程與食品工程 第一節(jié) 發(fā)酵工程概述 第二節(jié) 發(fā)酵設備與基本工藝過程 第三節(jié) 發(fā)酵過程控制 第四節(jié) 發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應用,第一節(jié) 發(fā)酵工程概述 發(fā)酵已經(jīng)從過去簡單的生產(chǎn)酒精類飲料、生產(chǎn)醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物工程的一個極其重要的分支，成為一個包括了微生物學、化學工程、基因工程、細胞工程、機械工程和計算機軟硬件工程的一個多學科工程?，F(xiàn)代發(fā)酵工程不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產(chǎn)天然殺蟲劑、細菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料，在化學工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細胞蛋白等。,一、發(fā)酵

2、工程主要內(nèi)容 發(fā)酵工程是指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的技術。 發(fā)酵工程由于涉及到生物催化劑，因而與化學反應有關。由于生物技術的最終目標是建立工業(yè)生產(chǎn)過程為社會服務，因而該生產(chǎn)過程可稱為生物反應過程（亦稱為生化反應過程）。 在發(fā)酵技術中一般包括微生物細胞或動植物細胞的懸浮培養(yǎng)，或利用固定化酶、固定化細胞所做的反應器加工底物（即有生化催化劑參加），以及培養(yǎng)加工后產(chǎn)物大規(guī)模的分離提取等工藝。主要是在生物反應過程中提供各種所需的最適環(huán)境條件，如酸堿度、濕度、底物濃度、通氣量以及保證無菌狀態(tài)等研究內(nèi)容。,二、發(fā)酵工程的發(fā)展歷史 1000多年（甚至4000多年）以前酒類的釀造；

3、19世紀利用酵母進行大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)。大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)品有乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白酶等初級代謝產(chǎn)物； 19世紀中葉，發(fā)明巴斯德滅菌法，找到了乳酸桿菌的生物體 ； 20世紀初，發(fā)現(xiàn)某些梭菌能夠引起丙酮丁醇的發(fā)酵。它是第一個進行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)酵過程，也是工業(yè)生產(chǎn)中首次采用大量純培養(yǎng)技術的； 1929年Flemming爵士發(fā)現(xiàn)了青霉素，但無法提取精制 ； 1942年終于正式實現(xiàn)了青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，這是生物工程第一次劃時代的飛躍，生物技術核心的發(fā)酵技術已從昔日的以厭氧發(fā)酵為主的工藝躍入深層通風發(fā)酵為主的工藝 ；,20世紀40年代，以獲取細菌的次生代謝產(chǎn)物抗生素為主要特征的抗生素工業(yè)成為

4、生物發(fā)酵工業(yè)技術的支柱產(chǎn)業(yè)； 20世紀50年代，氨基酸發(fā)酵工業(yè)又成為生物技術產(chǎn)業(yè)的又一個成員。實現(xiàn)了對微生物的的代謝進行人工調(diào)節(jié)，這又使生物技術進了一步； 20世紀60年代，生物技術產(chǎn)業(yè)又增加了酶制劑工業(yè)這一成員； 70年代，為了解決由于人口迅速增長而帶來的糧食短缺問題，進行了非碳水化合物代替碳水化合物的發(fā)酵，如利用石油化工原料進行發(fā)酵生產(chǎn)，培養(yǎng)單細胞蛋白，進行污水處理，能源開發(fā)等； 80年代以來，隨著重組DNA技術的發(fā)展，可以按人類社會的需要，定向培養(yǎng)出有用的菌株，這為發(fā)酵工程技術引入了遺傳工程的技術，使生物技術進入了一個新的階段。,三、發(fā)酵工程的特點 在研究用微生物（生物催化劑）進行某種物

5、質(zhì)生產(chǎn)時，大體上有兩種研究方式： 一種是各種酶水平上研究微生物細胞內(nèi)（外）的生物化學反應，如大量搖瓶在實驗室里觀察限制反應速率的因素和最適的培養(yǎng)方法，這可以認為是一種小規(guī)模的研究形式； 另一種是大規(guī)模的研究形式，即過程放大。利用小型和中型反應器（培養(yǎng)罐）進行培養(yǎng)試驗，并進一步在工業(yè)規(guī)模上研究生產(chǎn)物的分離和精制方法，以確定在細胞水平上的綜合的最適培養(yǎng)條件。 發(fā)酵工程的一個基本特點：發(fā)酵技術的放大方面，則需要由小試放大到中試逐步進行探討。實驗室進行的小規(guī)模發(fā)酵所獲得的最適條件的各種參數(shù)，能否在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中也同樣保證其最適條件，那就是不是輕而易舉的事了。 總結(jié)：因此如何保證大規(guī)模發(fā)酵在最適條件下進

6、行，仍是一個值得研究的課題，它不僅涉及到發(fā)酵設備的工程問題，也與各類生物細胞的生理生化特性相關。,一般生物反應過程由四個部分組成： （1）材料的預處理 培養(yǎng)基的制備過程，包括其配制和滅菌等； （2）生物催化劑的制備 固定化技術來制備； （3）生物反應器及反應條件的選擇與監(jiān)控 生物反應器是進行生物反應的核心設備； （4）產(chǎn)品的分離純化 將含量較低的產(chǎn)物從反應液中提取出來（指胞外產(chǎn)物）或從細胞中（指胞內(nèi)產(chǎn)物）提取出來，并加以精制以達到規(guī)定的質(zhì)量要求。,生物反應過程主要有這樣一些特點： 采用可再生資源作為主要原料，因而原料來源豐實，價格低廉，過程中廢物的危害性較小，但由于原料的成分復雜，往往難以控制

7、會給產(chǎn)品質(zhì)量帶來一定的影響； 由于采用的是生物催化劑，反映過程一般在常溫常壓下進行。但生物催化劑易受環(huán)境的影響和雜菌的污染，因而很易失活，難以長期使用； 與一般化工產(chǎn)品相比，其生產(chǎn)設備比較簡單，能耗較低。但某些生物反應由于其特殊性質(zhì)而使反應基質(zhì)濃度和產(chǎn)物濃度均不能太高，這是因為微生物細胞或生物酶受底物濃度或產(chǎn)物濃度的抑制或不能耐高滲透壓所致，不僅使反應器體積增大，而且也加大了提取的困難，因而反應器生產(chǎn)效率較低； 盡管生物反應過程成本低，應用廣，但反應極為復雜，較難檢測與控制。反應液中雜質(zhì)多，給分離提純帶來了困難。,四. 生物反應過程的分類 1、酶催化反應過程 采用游離酶或固定化酶為催化劑時的反

8、應過程。生物體中所進行的反應幾乎都是在酶的催化下進行的。工業(yè)生產(chǎn)中所用的酶，或是經(jīng)提取分離得到的游離酶，或是固定在多種載體上的固定化酶 。 2、微生物反應過程 采用活細胞為催化劑時的反應過程。這既包括一般的微生物發(fā)酵反應過程，也包括固定化細胞反應過程和動植物細胞的培養(yǎng)過程。 3、廢水的生物處理過程 它是利用微生物本身的分解能力和凈化能力，除去廢水中污染物質(zhì)的過程。,五、生物化學工程的基本內(nèi)容 生化工程由三部分組成：上游工程，發(fā)酵過程和下游工程。 上游工程：包括優(yōu)良種株的選育，最適發(fā)酵條件（pH、溫度、溶氧和營養(yǎng)組成）的確定，營養(yǎng)物的準備等； 發(fā)酵過程（發(fā)酵工藝）：主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐

9、中大量培養(yǎng)細胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術； 下游工程：指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術：包括固液分離技術（離心分離，過濾分離，沉淀分離等工藝），細胞破壁技術（超聲、高壓剪切、滲透壓、表面活性劑和溶壁酶等），蛋白質(zhì)純化技術（沉淀法、色譜分離法和超濾法等），最后還有產(chǎn)品的包裝處理技術（真空干燥和冰凍干事燥等）。,上游加工技術： 在生物化學反應過程的上游加工中最重要的是生物催化劑（包括菌株、酶及其固定化）的制備，因此必須掌握生物催化劑的生理生化特性和培養(yǎng)特性，解決大規(guī)模種子培養(yǎng)或固定化生物催化劑的制備以及如何將其在無菌狀態(tài)下接入生物反應器中等問題。 上游加工中還包括原材料的物理和化學處理、培養(yǎng)基的配制

10、和滅菌等問題，這里包括有物料破碎、混合和輸送等多種化工單元操作以及熱量傳遞、滅菌動力學和設備等有關工程問題。,發(fā)酵工藝技術： 1、發(fā)酵要有嚴格的無菌生長環(huán)境：包括發(fā)酵開始前采用高溫高壓對發(fā)酵原料和發(fā)酵罐以及各種連接管道進行滅菌的技術；在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無菌空氣的空氣過濾技術； 2、發(fā)酵過程中根據(jù)細胞生長要求控制加料速度的計算機控制技術； 3、種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的不同的工藝技術。 發(fā)酵工藝的批量發(fā)酵： 1、一次投料發(fā)酵； 2、流加批量發(fā)酵：即在一次投料發(fā)酵的基礎上，流加一定量的營養(yǎng)，使細胞進一步的生長，或得到更多的代謝產(chǎn)物； 3、連續(xù)發(fā)酵：不斷地流加營養(yǎng)，并不斷地取出發(fā)酵液。,總

11、結(jié)發(fā)酵工藝過程： 在進行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實驗室規(guī)模的小發(fā)酵罐進行大量的實驗，得到產(chǎn)物形成的動力學模型，并根據(jù)這個模型設計中試的發(fā)酵要求，最后從中試數(shù)據(jù)再設計更大規(guī)模生產(chǎn)的動力學模型。由于生物反應的復雜性，在從實驗室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)許多問題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問題。,下游加工技術： 生物反應過程的下游是對目的產(chǎn)物的提取與精制。這一過程是比較困難的。這是因為一方面生物反應液中的目的產(chǎn)物的濃度是很低微的；另一方面因為反應液雜質(zhì)常與目的產(chǎn)物有相似的結(jié)構(gòu)，加上一些具有生物活性的產(chǎn)品對溫度、酸堿度都十分敏感，一些作為藥物或食品的產(chǎn)品對純度、有害物質(zhì)都有嚴格的要求。 總

12、之，下游加工過程步驟多，要求嚴，其生產(chǎn)費用往往占生產(chǎn)成本的一半以上。,總結(jié)： 生物技術研究的主要目標是最大限度地提高上游處理、發(fā)酵與轉(zhuǎn)化、下游處理這三個步驟的整體效率，同時尋找一些可以用來制備食品、食品添加劑和藥物的微生物。從20世紀6070年代起，生物技術的研究主要集中在上游處理過程、生物反應器的設計和下游的純化過程方面，這些研究使發(fā)酵過程的檢測、生物反應體系的檢測技術和有效的大量培養(yǎng)微生物的技術及相關儀器方面都有了很大的發(fā)展。 在利用微生物生產(chǎn)商品的整個過程中，生物轉(zhuǎn)化這個環(huán)節(jié)往往是最難優(yōu)化的。通常用于大規(guī)模生產(chǎn)的培養(yǎng)條件往往不是自然條件下微生物的最佳生長條件。因此，人們一般通過化學突變、

13、化學誘變或者紫外線照射來產(chǎn)生突變體，從而改良菌種、提高產(chǎn)量，傳統(tǒng)的誘導突變和選擇的方法在發(fā)酵生產(chǎn)中獲得了較大的成功。 但是通過傳統(tǒng)的方法提高產(chǎn)量的幅度是非常有限的，傳統(tǒng)的改良菌種的生物技術還僅僅局限在化學工程和微生物工程的領域內(nèi)。隨著DNA重組技術的出現(xiàn)和發(fā)展，這種情況發(fā)生了根本性的改變。,第二節(jié) 發(fā)酵設備與基本工藝過程,一個優(yōu)良的培養(yǎng)裝置應具有： 嚴密的結(jié)構(gòu) 良好的液體混合性能 高的傳質(zhì)和傳熱速率 靈敏的檢測和控制儀表,一、生物反應器,根據(jù)反應是否需要氧氣為基準 微生物反應器可分為: 需氧微生物反應器（通氣發(fā)酵罐） 厭氧微生物反應器（嫌氣發(fā)酵罐）,1、厭氣發(fā)酵設備1.1 酒精發(fā)酵罐,酵母將糖

14、轉(zhuǎn)化為酒精高轉(zhuǎn)化率條件 (1)滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件 (2)一定的生化反應時間 (3)及時移走在生化反應過程中將釋放的生物熱,酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)要求,滿足工藝要求，有利于發(fā)酵； 從結(jié)構(gòu)上有利于發(fā)酵液的排出； 有利于設備清洗、維修以及設備制造安裝方便等問題。,酒精發(fā)酵罐筒體結(jié)構(gòu),為圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形； 在酒精發(fā)酸過程中，為了回收二氧化碳氣體及其所帶出的部分酒精，發(fā)酵罐宜采用密閉式； 罐頂裝有人孔、視鏡及二氧化碳回收管、進料管、接種管、壓力表和測量儀表接口管等； 罐底裝有排料口和排污口； 罐身上下部裝有取樣口和溫度計接口，對于大型發(fā)酵耀，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有

15、人孔。,1.2 啤酒發(fā)酵設備,2.通氣發(fā)酵設備的結(jié)構(gòu),(1) 罐體 (2) 攪拌器和擋板 (3) 消泡器 (4) 聯(lián)軸器及軸承 (5) 變速裝置 (6) 空氣分布裝置 (7) 軸封 (8) 冷卻裝置,2.1 機械攪拌發(fā)酵罐（通用型） 攪拌的作用： 液體通風后進入的氣泡在攪拌中隨著液體旋轉(zhuǎn)使之所走路程延長，使發(fā)酵液中保持的空氣數(shù)量增加，實際上是增加了傳質(zhì)量； 通過攪拌，大氣泡被攪拌器打碎，增加比表面積； 攪拌速度越快，攪拌雷諾準數(shù)增加，增加了傳氧速率。,機械攪拌發(fā)酵罐的基本條件 發(fā)酵罐應具有適宜的高徑比（一般高度與直徑之比為1.74倍; 發(fā)酵罐能承受一定的壓力; 發(fā)酵罐的攪拌通風裝置能使氣液充分

16、混合，保證發(fā)酵液必須的溶解氧; 發(fā)酵罐應具有足夠的冷卻面積。這是因為微生物生長代謝過程放出大量的熱量必須通過冷卻來調(diào)節(jié)不同發(fā)酵階段所需的溫度; 發(fā)酵罐應盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能徹底; 攪拌器軸封應嚴密，盡量減少泄漏。,標準發(fā)酵罐的幾何尺寸 H/D=1.74 d/D=1/21/3 W/D=1/81/12 B/D=0.81.0 (s/d)2=1.52.5 (s/d)3=12,、2.2 自吸式發(fā)酵罐 自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機，而在攪拌過程中自吸入空氣的發(fā)酵罐。 應用： 醫(yī)藥工業(yè)、酵母工業(yè)、生產(chǎn)葡萄糖酸鈣、力復霉素、維生素C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成績。,自吸式發(fā)酵罐優(yōu)點：

17、節(jié)約空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機、冷卻器、油水分 離器、空氣貯罐、總過濾器設備，減少廠房占地面積。 減少工廠發(fā)酵設備投資約30左右。 設備便于自動化、連續(xù)化，降低老定強度，減少勞動 力。 設備結(jié)構(gòu)簡單，溶氧效率高，操作方便。 缺點：由于罐壓較低，對某些產(chǎn)品生產(chǎn)容易造成染菌。,2.3 氣升式發(fā)酵罐 氣升式罐特點： 結(jié)構(gòu)簡單，冷卻面積小； 無攪拌傳動設備，節(jié)約動了約50，節(jié)約鋼材； 操作無噪音； 料液可充滿達8090，而不需加消泡劑； 維修、操作及清洗簡便，減少雜菌感染。 缺點： 不能代替好氣量較小的發(fā)酵罐，對于粘度大的發(fā)酵液溶氧系數(shù)較低。,工業(yè)微生物菌種的擴大培養(yǎng) 培養(yǎng)基滅菌 空氣滅菌,二、發(fā)酵基

18、本工藝過程,菌種的擴大培養(yǎng),菌種細胞的生長活力強，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長，遲緩期短； 生理性狀穩(wěn)定； 菌體總量及濃度能滿足大容量發(fā)酵罐的要求； 無雜菌污染； 保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。,作為種子的準則是：,種 子 制 備 過 程,實驗室種子制備階段：瓊脂斜面至固體培養(yǎng)基擴大培養(yǎng)（如茄子瓶斜面培養(yǎng)等或液體搖瓶培養(yǎng) ); 生產(chǎn)車間種子制備階段：種子罐擴大培養(yǎng),種子質(zhì)量的判斷,由于菌種在種子罐中的培養(yǎng)時間較短，可供分析的參數(shù)較少，使種子的內(nèi)在質(zhì)量難以控制，為了保證各級種子移種前的質(zhì)量，除了保證規(guī)定的培養(yǎng)條件外，在過程中還要定期取樣測定一些參數(shù)以觀察基質(zhì)的代謝變化及菌絲形態(tài)是否正常。在生產(chǎn)中通常測定的參數(shù)

19、為： 1)pH； 2)培養(yǎng)基滅菌后磷、糖、氨基氮的含量； 3)菌絲形態(tài)、菌絲濃度和培養(yǎng)液外觀； 4)其他參數(shù)，如酶活力等。,種子質(zhì)量的控制措施,菌種穩(wěn)定性的檢查 雜菌檢查,培養(yǎng)基滅菌 雜菌的危害 1.使生物反應的基質(zhì)或產(chǎn)物，因雜菌的消耗而損失，造成生產(chǎn)能力的下降； 2.雜菌也會產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，這就使產(chǎn)物的提取更加困難，造成得率降低，產(chǎn)品質(zhì)量下降； 3. 有些雜菌會分解產(chǎn)物，使生產(chǎn)失敗。 4. 雜菌大量繁殖后，會改變反應液的pH值，使反應異常； 5. 如果發(fā)生噬菌體污染，生產(chǎn)菌細胞將被裂解，使生產(chǎn)失敗。,培養(yǎng)基的分批滅菌法-連續(xù)滅菌法,分批滅菌 A.分批滅菌的操作 分批滅菌在所用的發(fā)酵罐中進行 B

20、.分批滅菌的過程 a.升溫階段 b.冷卻階段 c.保溫階段,連續(xù)滅菌 將配制好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐輸送的同時加熱、保溫和冷卻，進行滅菌。培養(yǎng)基連續(xù)滅菌過程中，蒸汽用量平穩(wěn)，但蒸汽壓力一般要求高于 5l05Pa (表壓)。 其具體流程如下：,預熱 配制罐或預熱罐中進行 ，使培養(yǎng)基的溫度升到70左右； 加熱 在加熱器中，培養(yǎng)基與蒸汽混合，溫度迅速上升到 130140； 保溫 培養(yǎng)基被加熱到預定的滅菌溫度后，進入保溫設備(也稱維持設備)中，經(jīng)過一段時間的保溫，使培養(yǎng)基中所含微生物全部殺滅； 冷卻 利用噴淋冷卻器、真空冷卻器、板式冷卻器、螺旋板冷卻器、真空閃冷器等冷卻沒備降溫。,連續(xù)滅菌與分批滅菌比較具

21、有很多優(yōu)點: 高溫短時滅菌 ,營養(yǎng)成分破壞少，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)率 ; 發(fā)酵罐利用率高 ; 蒸汽負荷均衡 ; 可節(jié)約大量能量 ; 勞動強度小 .,空氣除菌,空氣除菌的方法 空氣過濾除菌流程 過濾介質(zhì)的選擇,空氣除菌的方法,加熱滅菌法 輻射殺菌 靜電除菌 介質(zhì)過濾除菌法,幾種較典型空氣過濾除菌流程,兩級冷卻、加熱除菌流程 p264 圖6-9,冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程,高效前置過濾空氣除菌流程,一次冷卻和析水的空氣過濾的流程,過濾介質(zhì)類型,按其孔隙大小可分為兩類： 孔隙小于細菌和孢子 當空氣通過時，微生物被阻留在介質(zhì)的一側(cè)，這種介質(zhì)稱為絕對過濾介質(zhì)。 孔隙大于微生物 為了達到所需的除菌效果，介

22、質(zhì)必須有一定的厚度，因此稱為深層過濾介質(zhì)。深層過濾介質(zhì)又分成兩類 : a. 如棉花纖維、玻璃纖維、合成纖維和顆粒狀活性炭等 ，中間的空隙大于50m。 b. 將過濾材料制成紙、板或管狀,發(fā)酵的中間控制,溫度的控制 pH值的控制 泡沫的控制 補料的控制 發(fā)酵終點的判斷,控制溫度的意義與發(fā)酵熱,控制溫度的意義： 在發(fā)酵過程中，菌的生長和產(chǎn)物的合成都是在各種酶的催化作用下進行的，溫度是保證酶活性的重要條件，因此必須在發(fā)酵系統(tǒng)中保持一個穩(wěn)定而合適的溫度條件。 發(fā)酵熱的概念： 發(fā)酵中的熱量形式主要包括:生物熱、攪拌熱、蒸發(fā)熱和輻射熱等。而發(fā)酵熱是指發(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)

23、-Q輻射,溫度對微生物生長及發(fā)酵的影響,溫度對微生物生長的影響 溫度對發(fā)酵的影響 最適溫度的控制,溫度對微生物生長的影響,在影響微生物生長繁殖的各種物理因素中，溫度起著最重要的作用。,溫度對微生物生長的影響表現(xiàn)在兩方面,溫度升高可增加微生物生長繁殖速度，縮短生長周期。 當環(huán)境溫度小于最適生長溫度時，每升高10，生長速率大致增長一倍。 由于溫度升高，導致微生物酶變性而殺死微生物。 而當溫度升高到最適溫度以上后，隨著溫度越升高生長速率下降，當溫度升到一定高度時微生物死亡。,溫度對發(fā)酵的影響,酶動力學 溫度升高，反應速率加大，生長代謝加快，生產(chǎn)期提前。但是因酶本身易因熱而失去活性，溫度越高，酶的失活

24、也越快，表現(xiàn)在菌體易于老化，發(fā)酵周期縮短，影響產(chǎn)物的最終產(chǎn)量。 改變發(fā)酵液的物理性質(zhì) 溫度會影響基質(zhì)和氧在發(fā)酵液中的溶氧和傳遞速率；菌對某些基質(zhì)的分解吸收等。從而間接的影響菌的生物合成。 影響生物合成方向 生產(chǎn)四環(huán)素的金色鏈霉菌同時能產(chǎn)生金霉素,當溫度低于30時,產(chǎn)金霉素能力較強,隨著溫度的提高,合成四環(huán)素的能力也提高,到達35時,則只產(chǎn)四環(huán)素而金霉素的合成幾乎停止 。,最適溫度的選擇和控制,最適溫度是一個相對概念，就是指在該溫度下最適于菌的生長和產(chǎn)物的合成。對于不同的菌種和培養(yǎng)條件以及不同的酶反應和生長階段，最適的溫度應有不同。 最適溫度的選擇 . 根據(jù)生產(chǎn)階段來選擇。 . 參照其他發(fā)酵條件

25、。 . 應考慮培養(yǎng)基的成分和濃度。,發(fā)酵中溫度的控制 . 一般來說，接種后應當適當提高培養(yǎng)溫度，以利于孢子的萌發(fā)或加快微生物的生長，繁殖，而且此時溫度大多數(shù)是下降的 . 待發(fā)酵液的溫度表現(xiàn)為上升時，應控制在微生物的最適生長溫度 . 到了發(fā)酵旺盛階段，溫度的控制可比最適生長溫度低些，即控制在微生物代謝產(chǎn)物合成的最適溫度 . 到發(fā)酵的后期，溫度出現(xiàn)下降的趨勢，直至發(fā)酵成熟即可放罐,pH值的控制,pH值對菌生長和代謝產(chǎn)物形成的影響 影響pH值變化的因素 發(fā)酵過程pH值的調(diào)節(jié)及控制,pH值對菌生長和代謝產(chǎn)物形成的影響,pH影響酶的活性，當pH抑制菌體中某些酶活性時，會使菌體的新陳代謝受阻； pH影響微

26、生物細胞膜所帶電荷的狀態(tài)，從而改變細胞膜的滲透性，影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收及代謝產(chǎn)物的排泄，因此影響代謝的正常進行； pH影響培養(yǎng)基某些組分的和中間代謝產(chǎn)物的解離，從而影響微生物對這些物質(zhì)的吸收，利用； pH不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的比例發(fā)生改變。 pH影響細胞壁的結(jié)構(gòu)和成分。,影響pH值變化的因素,引起發(fā)酵液中pH下降的因素有： .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氧不足，致使有機酸大量積累而pH下降。 .消沫油加的過多。 .生理酸性物質(zhì)的存在，氨被利用，pH下降。 引起發(fā)酵液中pH上升的因素有： .培養(yǎng)基中碳氮比例不當，氮源過多，

27、氨基氮釋放，使pH上升。 .生理堿性物質(zhì)存在。 .中間補料中氨水或尿素等的堿性物質(zhì)的加入過多使pH上升,發(fā)酵過程pH值的調(diào)節(jié)及控制,最適pH的選擇 初期階段的pH值要滿足微生物有較大比生長速率。在一定菌體濃度的基礎上,pH值應有利于代謝產(chǎn)物的形成。 pH的調(diào)節(jié)及控制 首先要在基礎培養(yǎng)基配方中考慮維持pH的需要，然后通過中間補料來控制pH。 .添加碳酸鈣法:當采用生理酸性物質(zhì)作氮源時,由于NH4+被利用,余下的酸根引起pH下降,在培養(yǎng)基中加入碳酸鈣可調(diào)節(jié)pH。 .補加氨水或尿素,一方面補充氮源,另外又可調(diào)pH。 .流加葡萄糖等碳源也可調(diào)pH值。 .直接加酸或堿來調(diào)節(jié)。,泡沫的控制,泡沫的性質(zhì) 按

28、發(fā)酵液的性質(zhì)不同，泡沫一般有兩種類型：一種是發(fā)酵液液面上的泡沫，氣相所占的比例特別大，與液體有較明顯的界面，在一些稀薄的種子液，前期發(fā)酵液中常見到；另一種是發(fā)酵液中泡沫，有稱流態(tài)泡沫，此類泡沫分散很細且均勻，比較穩(wěn)定，與液體之間無明顯的界面，氣體分散相所占的比例有下而上地逐漸增大。,泡沫的控制,發(fā)酵過程泡沫變化 發(fā)酵時認為氣泡有5種變化方式: .整個發(fā)酵過程中，泡沫保持恒定的水平； .發(fā)酵早期，氣泡會穩(wěn)定地下降，以后保持恒定； .發(fā)酵前期，泡沫稍微降低后又開始回升； .發(fā)酵開始時起泡能力低，以后上升； .以上類型的綜合方式。,泡沫的控制,泡沫的產(chǎn)生因素 .與通氣，攪拌的劇烈程度有關。 .泡沫的多寡與培養(yǎng)基的成分有關。 .培養(yǎng)基的滅菌方法，滅菌溫度和時間，也會改變培養(yǎng)基的性質(zhì)，從而影響培養(yǎng)基的起泡能力。 .在發(fā)酵過程中，培養(yǎng)液的性質(zhì)隨微生物的代謝活動而不斷變化，因此影響泡沫的消長。 泡沫對發(fā)酵的影響 可增加溶氧；降低裝料系數(shù)；增加菌體非均一性；增加了污染機會；導致產(chǎn)物損失；加消泡劑增加成本，給提取帶來麻煩。,泡沫的控制,機械消泡 原理: 利用機械力引起強烈振動或壓力變化，促使泡沫破裂; 罐內(nèi)消泡： 1耙式消泡槳的機械消泡； 2旋轉(zhuǎn)圓板式的機械消泡； 3流體吹入式消泡； 4氣體吹入管內(nèi)吸引消泡； 5沖擊反射板消泡； 6超聲波消泡； 7碟片式消泡器的機械消泡。 罐外