
发酵工程8-4泡沫对发酵的影响与控制.ppt
18页8.4 基质浓度对发酵的影响 Ø培养基过于丰富,会使菌生长过盛,发酵液非常黏稠,传质状况很差,细胞不得不花费许多能量来维持其生存环境,即用于非生产的能量倍增,对产物的合成不利Ø养分贫瘠则菌体难于生产 1、碳源浓度 Ø基质的抑制作用,Crabtree效应Ø迅速利用的碳源(如葡萄糖)有利于菌体生长;Ø缓慢利用的碳源,有利于延长代谢产物的合成 ,特别有利于延长抗生素的分泌,如乳糖、蔗 糖、麦芽糖、玉米油等分别用于青霉素、头孢 菌素C、链霉素、核黄素发酵的最适碳源Ø控制碳源浓度可采用中间补料的方法,根据 不同代谢类型来确定补料时间、补料量和补 料方式 2、氮源浓度 Ø氮源有无机氮源和有机氮源两类,它们对菌 体代谢都能产生明显的影响Ø迅速利用的氮源(氨基酸等)促进菌体生长 ,但对某些产物(抗生素等)的合成产生调 节作用;Ø缓慢利用的氮源(黄豆饼粉、花生饼粉等) 对延长次生代谢产物的分泌期、提高产物的 产量有好处Ø发酵培养基一般选用含有快速和慢速利用的混合氮源Ø如链霉素发酵采用硫酸铵和黄豆饼粉3、磷酸盐浓度 Ø磷是微生物菌体生长繁殖的必需成分Ø微生物生长良好所允许的磷酸盐浓度为0.32- 300mmol/L,但对次生代谢产物合成良好所 允许的最高平均浓度仅为1.0mmol/L,如提 高到10mmol/L,就明显地抑制其合成。
Ø对于抗生素发酵,常常采用亚适量的磷酸盐 浓度 8.5 二氧化碳和呼吸商 vCO2是呼吸和分解代谢的终产物,几乎所有的发酵均产生大量的CO2CO2可作为一些物质合成的基质,如在精氨酸的合成过程中其前 体氨甲酰磷酸的合成需要CO2基质但绝大部分都将排至胞外培养液(直至罐外)Ø在好氧发酵中CO2对发酵有抑制作用中,大多数微生物适应低的CO2浓度(0.02-0.04%体积分数)ØCO2对细胞的作用是影响细胞膜的结构,溶 解CO2主要作用于细胞膜的脂肪酸核心部位 ,而HCO3-则影响磷脂亲水头部带电荷表面及细胞膜表面上的蛋白质当细胞膜的脂质 相中CO2浓度达到一临界值时,膜的流动性及表面电荷密度发生变化,导致膜对基质的 运输受阻,影响细胞膜的运输效率,使细胞 处于“麻醉”状态,生长受抑制,形态异常 8.6 泡沫对发酵的影响及其控制1、泡沫的产生及其影响Ø发酵过程中因通气搅拌、发酵产生的CO2以及发酵液中糖、蛋白质和代谢物等稳定泡沫物质 的存在,使发酵液含有一定量的泡沫,这是正 常现象,泡沫的存在可以增加气液接触表面, 有利于氧的传递泡沫给发酵带来的副反应:Ø1)降低了发酵罐的装料系数;Ø2)增加了菌群的非均一性;Ø3)增加了污染杂菌的几率,发酵液溅到轴封处容易染菌;Ø4)大量起泡,若控制不及时会引起逃液,招致产物的流失;Ø5)消泡剂的加入有时会影响发酵或给提炼工序带来麻烦。
Ø发酵液的理化性质对形成泡沫的表面现象起决定性的作用,Ø气体在纯水中鼓泡,生成的气泡只能维持瞬间,但发酵液中的玉米浆、皂苷、糖蜜所含的蛋白质,和细胞本身都具有稳定泡沫的作用Ø此外,发酵液的温度、pH、基质浓度以及泡沫的表面积对泡沫的稳定性也有一定的作用2、发酵过程中泡沫的消长规律Ø 发酵过程中泡沫的多寡与通气搅拌的剧烈程度和培养基的成分有关,玉米浆、蛋白胨、花生饼粉、黄豆饼粉、酵母粉、糖蜜等是发泡的主要因素Ø 随着发酵过程中蛋白酶、淀粉酶的增多及碳、氮源的利用,起稳定泡沫作用的蛋白质的降解,发酵液黏度的降低和表面张力的上升,泡沫在减少Ø 在发酵后期菌体自溶,可溶性蛋白增加,又促进泡沫的上升3、泡沫的控制 Ø泡沫的控制可分为:Ø机械消泡Ø消泡剂消泡1)机械消沫 Ø机械消沫是藉机械引力起剧烈振动或压力变 化起消沫作用Ø消沫装置可安装在罐内或罐外罐内可在搅 拌轴上方安装消沫桨,泡沫借旋风离心场作 用被压碎,也可将少量消泡剂加到消沫转子 上以增强消沫效果Ø罐外法是将泡沫引出罐外,通过喷嘴的加速 作用或离心力粉碎泡沫Ø机械消沫的优点是不需引进外界物质,从而减少染菌机会,节省原材料和不增加下游处理工艺的负担。
Ø缺点是不能从根本上消除泡沫成因• 2)消泡剂消沫Ø发酵工业常用的消泡剂分天然油脂类(玉米油、豆油等)、聚醚类(聚氧丙烯甘油)、高级醇类(十八醇、聚二醇)和硅树脂类(聚二甲基硅氧烷及其衍生物)Ø消泡剂的消泡作用取决于它在发酵液中的扩散能力Ø消沫剂的分散可借助于机械方法或某种分散 剂,如水,将消沫剂乳化成细小液滴Ø消沫作用的持久性除与本身的性能还与加入 量和时机有关Ø过量消沫剂通常会影响菌的呼吸活性和物质(包括氧)透过细胞壁的运输。












