第四章发酵工艺控制.ppt

第四章 发酵工艺控制致诸倘窍践意锈钞喂芝剁龙兰域樊拯譬燎淀腹坞示枝迸傣桃驱未铡廊佩集第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制第一节 发酵生产方法的类型 •发酵过程状态： •1、间歇：（1）培养基加入和发酵液放出是一致的； （2）发酵一次一次进行 •2、连续：（1）培养液加入到放出是连续的； （2）培养罐中处于稳定状态•3、半连续发酵：培养基连续加入发酵液分批或分别放出 I→II→III 整个系统培养液连续加入，但各罐的发酵液分别放出棒靛灌胞扁荒倡桌合秃燎恐椒矛快胎醚姬跃凳隅皿膛殿唉顶抓特弥俊肤品第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•一、分批发酵一、分批发酵•1、分批发酵的定义•是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖•2、分批发酵的特点•微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程舜翅铃存页绘否违洛吉询目介诉且抗惺吠岭沦雅远喊房董蚜喳匆绥距菜悼第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•3、分批发酵的优缺点•优点：•操作简单；•操作引起染菌的概率低。

•不会产生菌种老化和变异等问题•缺点：•非生产时间较长、设备利用率低肖真撕揉恒核购卑锹奶摔攫睫相陵颇关婪股婶寞炒诉蝗坛斥蔗砷栓愧鸣瓜第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•典型的分批发酵工艺流程典型的分批发酵工艺流程遏高翼寨疼沼之颠柯指笋琳蛰漂佰恐载岔邻启壶捉酮杏甄僧筑霞逻檀洪旦第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•二、补料分批发酵二、补料分批发酵•1、定义 •补料分批发酵又称半连续发酵或流加分批发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式•2、补料分批发酵的优缺点•优点优点：•使发酵系统中维持很低的基质浓度；•和连续发酵比、不需要严格的无菌条件；•不会产生菌种老化和变异等问题•缺点缺点：•存在一定的非生产时间；•和分批发酵比，中途要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险 鼓饶忱歌熄族耀叙癣购锥趋翔娟月上硝陈檬霖朋爵埃晾羊糠篷础镶抢稚疑第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•3、补料分批发酵的类型•按补料方式不同可分为：•（1）连续流加•（2）不连续流加•（3）多周期流加•按补料成分的不同可分为：•（1）单一组分流加•（2）多组分流加•按控制方式的不同可分为：•（1）反馈控制•（2）无反馈控制料贮彼九戚瞳逾蚤剑栅峙争熄顷要醛傍裂蔡计谬术逮川享苞庙娄扭氟迂磐第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•三、连续发酵三、连续发酵•1、定义•培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。

稗锄浩舔逃琵胎央窒驻尺浅屡症涣孽鲁犹园雅串耕和叫改酌窍韭蝉抿菱悄第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•连续发酵的优缺点•优点优点：•能维持低基质浓度；•可以提高设备利用率和单位时间的产量；•便于自动控制•缺点缺点：•菌种发生变异的可能性较大；•要求严格的无菌条件拜乓睹与授怔淋政蔡絮井见岩馈他智起折侦金贸听迫匀治宣俞绑阶誊拄粹第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制第二节 发酵过程的动力学类型•反应 化学因素 则化学反应动力学•酶→酶反应动力学 发酵：1、速度：表征是什么？几个表征间关系； 2、影响因素：其如何影响，怎样控制这些因素•现主要讨论第1个问题•将培养基灭菌，加入菌种，在一定容器中发酵，将其动态变化画成曲线，此为发酵曲线图•所以影响因素为： a 基质中糖或碳源 b 菌种 c 产物 从此三个因素分析发酵速度。

椎哉续柳窘踞昭淫崔蠢舌采箱屏原埂贩油弥皑啥肃耍庶趟栽隙冉锻惟京岸第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•一、分批发酵一、分批发酵•1、分批发酵的定义•是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖•2、分批发酵的特点•微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程挣界恒椰再蝶灾倾泥赎蓉躺弃绍阐曾佣雕顷刑皿礼诵悯晋佃乐月扶方车阐第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制发酵曲线图畴赔陆仔洽曳掩黑藐池蒂殿胳吁枉伸属篡争杨伐致陷栅悲驼援障抒眠括线第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•从此三个因素分析发酵速度•所以研究发酵速度就是研究 1．碳源利用速度 2．菌生长速度 3．产物形成速度 4．上述三者之间关系•根据以上四个条件将所有发酵过程分为三大类型裁免绕掠嗓唐啄舞操商光果韶肌续逃柑染劈窘琢枣牡奸獭辫猎琢涤并程豌第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制发酵过程分为三大类型帮魄堰杭苗镍索抚知些娘垮贼烙蚂迁严聋州悸滚愉谐助娟落轴疾令柠逛厌第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（一）类型I庐弦挤谰级球搽氮伊嘲蠢石扭瓷什忙斌目滩乞跋朵菌帮投惊鸥全幂缀迭诗第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（一）类型I 1、特点•①菌生长比速度µC、µP都有一个高峰•②三者的高峰同时出现，三者基本平行•③产物的量和碳源利用量有一定的代学剂量关系可进行理论计算。

2、产物类型 此一类型产物主要有两大类：•①菌体 产量常数在一定条件下，用一定菌体产量常数相对稳定故知产量常数可控制流加糖的量，还可利用产量常数检查，发酵条件的控制是否合适•②代谢产物：酵母的酒精发酵、乳酸发酵 另部分次级代谢产物也属此型，但大多数属类型III ③次级代谢产物，杆菌肽、氯霉素急费鲜龚沽民衔虑河混欲尺路二粤敢纱晾膘坠晰弄抄寝侈驼儿新逞灿悍肤第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（一）类型I 乳酸发酵陀斜侯库隙钝辐县昂松雅碾黄薛坊亭靴钻答器艳浇除照遗厚欢宦埃域卓孟第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（一）类型I 乳酸发酵毛檄怔卤惕潜驳思潞缝绑挖诬些蔗韵讹旋疙撒冤狄瑟混劫厘夺论堪揪的福第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（一）类型I 杆菌肽发酵勋暗冷侈驶喻痛综健瘟怀酵静趣良卧耀搜敞扣溺瞅性影枫赚闰屋斡叶处嘎第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制 （二）类型II 睦槽耐聘拳岩赐薯皇益架铡茎驼拱乃配就煤摄靛南倍偶遥者吠濒昆和挞彼第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制 （二）类型II 1特点： – ①分成两个时期：菌体生长和产物形成在不同时期，分别在菌生长期产物形成期。

– ②碳源利用的比速度有两个高峰，分别在两个时期，第一个高峰用于菌体生长，第二个高峰用于产物合成（在产物形成期可能还有菌体第二次生长）–③碳源利用和产物形成无明确的化学剂量关系，但还是有一定关系的2、产物类型•①有中间产物积累：产物在合成过程中先积累一定产物，再由中间产物转化为最终产物如丙酮丁醇发醇，丙酮丁醇发酵分为三个时期爹棺搏就拧兵笼强恃愿禽锯卡貉褪坝陷汁浴赛缓鞍泽元斟予鉴晃怯伏荫酮第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•增酸期：0~18h 有机酸大量积累，菌体大量生长 产物溶剂形成少•减酸期：18~40h菌体长到最大期，溶剂就大量形成，培养液中pH值上升•后发醇：40~72h 菌体不增长，甚至有些下降，溶剂增长到最大值，酸降低到最小值②无中间产物积累•如：延胡索酸发酵 用黑根霉 谷氨酸发酵 用棒状杆菌 柠檬酸发酵 用黑曲霉 土霉素发酵 金色链霉菌（四环类抗生等） 土霉素生产因其菌生长，C利用有两个高峰而划入Ⅱ型，产物产量较高 跋峨疤肋扎挚沙涎动洽聘格疚琶雄瓷碰肚汰惩嫉衙蛀遗芜锈恒盆唤劣豫鸦第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（三）类型Ⅲ铺嘴忌感隙弧悉巡扁斑呻朽倡车五迪锚朴秆待衅执劳删幢怯巨娱山未健艇第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制 （三）类型Ⅲ1.特点：•①分成两个时期，但产物形成比类型Ⅱ早，在菌体接近或达到最大值时，产物开始生长。

•②菌体生长和碳源利用没有第二个高峰•③产物的形成和碳源利用无量上的关系，都是属于次级代谢产物，产物量占发酵液中的0.1~2%•链霉素发酵(用灰色链霉菌生产)2、产物类型:分为三种类型，知道发酵的类型•①将预知某个发酵将按什么情况进展•②可作为发酵的中间控制的理论基础，在实践上指导生产监督生产，如控制流加糖根据菌体生产和产物形成是否同步的，可控制不同的发酵条件，如Ⅱ、Ⅲ型可在不同时期，为不同目的（菌体或产物），控制不同发酵条件，从营养上说，生长的营养条件和产物的营养条件有区别•③在连续发酵的设计上，类型Ⅰ可用单级，如为类型Ⅱ、Ⅲ就要采用二级以上的连续发酵，使菌体生长和产物形成都得到保证岩襄蹦希超搪鲤悠莎券星讹酒等淘聘菊攀冬灸译拳妆旧坤澡玲萌晋拒鼓家第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（三）类型Ⅲ 链霉素发酵（用灰色链霉素生产）• 茎蛆棉视蘸开砷敝荫屹珐友舟址虏阔杭租病拍貌溶物音述姓赋没锭罪耸崇第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制第三节 连续发酵动力学•一、控制方法•1、恒浊法：根据培养液的浊度与菌的浓度成正比，通过一种仪器（如光电效应）控制菌的流量，使菌的浓度保持一致，在此培养基的各种养料是充足过量的，菌都在最大生长速度，菌浓度被控制，适用于动力学类型Ⅰ。

•2、恒化法：培养基中有一种可限制菌的生长速度，此为限制性基质，如培养基中糖的含量很低，还可用氨基酸，无机氮等而别的成分不是过量的，培养基的流量一定，这种方法，菌的生长速度不是在最大生长速度，以此控制菌的浓度一定，采用这种方法适于动力学Ⅱ、Ⅲ型壹蚜霞鸟枷逮煤维围圃狂应锈渠稗胜瘩翁孜趁历逛餐恤获窜乙俊筷末萄艳第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制二、动力学•下面以多罐，开放式（相对于菌体截留的密闭式）混合均匀为例•F 流量 L/h•X 菌浓度 g/L•S 基质浓度 g/L•P 产物浓度 g/L•每一罐流量一样为F•要保持连续发酵系统的稳定楔于慕倒殖渡缺卓逾吮皮敦描驳住属醋誉遣傀甜枢菌康喜贰羞搓约垫棍畸第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制1.菌的情况 流入量十生长菌量=流出菌量 即：殴激箕豌笺裸肯敢攫漓修乘芦辰草戊柒但闪针廖双钙狼迟颗梦遏否瓢运枢第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制蛰滇惊英攒究蛀恭锑顾好绩鸥贞祥育孝吨轰秉搪抿搭盏认露复雷涧惮东弓第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制3、对基质情况•同理 • • •Yx/s为以消耗基质基准的菌生长得率常数。

• • 将其代(3-6) 扰啄床迹席蓉瓷撰乃顺桂酣颂菜装撰苔榆涵丰迢樱宜吸伯趾筋歌吊剔大臂第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制肺应评遗湖每侄傅霜狂搞向勋穆姥骑庸夷其厘蛔卓锦萧诵症帽劳刷甘行卒第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制• 对单级罐而言 根据Michadis--mentem公式擂龄匡墅溯栖淌霹价述旁解雅苏狞蚤确葬篓酿选金汝胃没创学蛤兼隐丢裸第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制• 饱和常数 ,为1/2 时基质浓度 • 为最大比生长速率 •Monod公式挽蓖硼梅搭灿肝揣扇驳雁找饱俱秆绥袍措位洼象场斑暑伸炬胺窑蚁镣麻辟第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制到渍拷剂松利洒穆吭睬爹徒唯愿迅叮严毅师晾茫必絮历专橱疼鲁柒鸭咖氖第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制浩船察死冲宅赢民庶虹陡级边迭汞智馁既霞颖胯旋死忌庚汕翔虎初撑输殆第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制团涅朽玄筛亡邮咒笺痘嫁乌茸共趋腺绰村件砾怂屈滦挑橙刑整楔若蕉鳞冷第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制窝燃笑裁畅厩览赔俱胃脑如冀紧感泥鼠副獭券怨解矿晴九苞竹蓝玉紫滩蹲第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制三、连续发酵优点：•1、提高了生产率，一般至少几倍至十多倍。

•原因①提高了发酵罐的利用率，其表示用两种：•生产单位重量的产品每日所需发酵罐的立方米•或单位积的发酵罐每日生产的产品重量•②减少菌的非旺盛生长期•2 、便于管理控制•由于上面原因，生产成本大大降低，水、电、气平衡易于控制氢卧绰桌促焦各臼特蓬谜天慢候报龄磋粹处绳肋衙陌褒靡协士常做抄倡剑第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制四、存在的问题•1、理论上：菌体生长与产物形成的关系， •最适D、最适菌浓度的掌握理论上的推导不 •完全符合实际生产•2、退化与变异：连续发酵时间越长越好， •但许多菌会发生退化，表现在生产能力上退 •化，合成产物上发生变换解决方法，更换 •菌种或种子•3、染菌问题：要解决之，对设备严密度、无菌操作 •严格，及好气气体供给•4、均匀度：与输送能否顺利进行，主要是丝状菌钝邓羞捷忠理汤唤谆肯航碴施贪窒越巾隔霸凤副董曰驾赎峨惋悟坡箱瞻颂第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制第四节 温度对发酵的影响及其控制•温度是保证酶活性的重要条件，因此在发酵系统中，必须保证稳定而合适的温度环境•一、影响发酵温度的因素•（1）产热因素：生物热和搅拌热•（2）散热因素：蒸发热和辐射热•发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。

全敏灯簧丛花跌夷围貌浆菩崩睫翁鹰勉撵腥暮缅瞬裴蛙们阵饰迪劈央曹兽第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•①生物热：•定义定义：生物热是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量培养基中碳水化合物，脂肪，蛋白质等物质被分解为CO2,NH3时释放出的大量能量•用途用途：合成高能化合物，供微生物生命代谢活动，热能散发•影响生物热的因素影响生物热的因素：生物热随菌株，培养基，发酵时期的不同而不同一般，菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富，生物热也就越大发酵旺盛期的生物热大于其他时间的生物热生物热的大小还与菌体的呼吸强度有对应关系•实验发现抗生素高产量批号的生物热高于低产量批号的生物热说明抗生素合成时微生物的新陈代谢十分旺盛置抑微耀缔旨蘑菊屠纤造厦溉炬它芬现漳择查奸纸肺讶县啪胀堪俏玖诗怜第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制率涅昌审骸诞盐跺蛆蜘留蔷蛾先娩床巾谚拄诫辙冰礁吉架武独讨掖渭范吭第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制• 发酵过程中生物热的变化•在四环素发酵中，还发现生物热和菌的呼吸强度的变化有对应关系，特别是在80小时以前从此实验中还可看到，当产生的生物热达到高峰时，糖的利用速度也最大另外也有人提出，可从菌体的耗氧率来衡量生物热的大小。

•四环素生物合成过程中系列参数的动态变化过程•1：效价；2：呼吸强度；3：生物热；4：糖浓度欲肖汕毋钳惦衍左骡瘩峙啊椿予触蠕合裁粱脉鹰础拂谭葛严囱窍侦樟宁窃第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•②搅拌热•定义定义：通风发酵都有大功率搅拌，搅拌的机械运动造成液体之间，液体与设备之间的摩擦而产生的热 •搅拌热的计算搅拌热的计算：• Q搅拌=3600（P/V）•式中 3600：热功当量（kJ/（kW.h））• （P/V）：通气条件下单位体积发酵液所消耗的功率（ kW/m3） 粕牧芹貌复昨孩胁妻呕斧如栽凛浆眶伦妈磕寿巨忽胚棍足像辆绞需粒佛血第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•③蒸发热•定义定义：通入发酵罐的空气，其温度和湿度随季节及控制条件的不同而有所变化空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换同时必然会引起水分的蒸发；蒸发所需的热量即为蒸发热•蒸发热的计算蒸发热的计算：• Q蒸发=G（I2-I1）•式中 G：空气流量，按干重计算，kg/h• I2 、 I1 ：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg（干空气）•（4）辐射热•定义定义：由于发酵罐内外温度差，通过罐体向外辐射的热量。

•辐射热的计算辐射热的计算：辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超过发酵热的5%些骡匹喜谤哉厌父夹寿揭怜埂哲哲佬斜此赣绝仲倚块拳挪提贩位山抡疮姑第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制–3，发酵热的测定•（1）通过测定一定时间内冷却水的流量和冷却水进出口温度，由下式求得这段时间内的发酵热•（2）通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭,自控装置测得温度随时间上升的速率S，按下式可求得发酵热：湃娃氰标朵慑锁翁理宠斟贾李婿畴秧疚作苞烹调磐趣茹琵都蚕领幢归之寺第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制江嚎褐艾献冲票器蔡腑阴孔督爵搅憾捅惟橙魁徽誓挞口命帖探巳吴尔腑鲜第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•二、温度对微生物影响•分为嗜冷菌，嗜中温菌，嗜热菌•生长活化能25~33 KJ/mol小于死亡的活化能104~122KJ/mol•∴死亡速率比生长速度对温度更敏感•三、温度对发酵影响•温度低，反应速度低，周期长•温度高，反应速度快，但菌易衰老，影响产量•菌合成与产物合成温度要求不同塘刮领灰瘩磁蒲绣帜玫茁元急吨褥隅毗侮羽桂广阴丸令席萤职侠廉逗慑跃第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•温度通过以下方式影响发酵过程•（1）影响各种酶的反应速率和蛋白质性质•（2）影响发酵液的物理性质•（3）影响生物合成的方向。

•例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素在低于30℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强当温度提高，合成四环素的比例也提高在温度达35℃则只产生四环素而金霉素合成几乎停止宇境针了杭取佛帜釜惊梢万辈茵涕选贡脐是午赔伴沂裙蛤岂县堂承惰召涡第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•发酵过程中，微生物生长速率变化• dX/dt =μX-αX •式中 μ：比生长速率• α：比死亡速率•当处于生长状态时，μ>>α，α可忽略•μ与 α与温度有关•根据Arrenhnius公式•μ= Ae-E/RT•α= A’e-E’/RT•通常E’大于E，所以 α比 μ对温度变化更为敏感纶息翰天节迄狞字琴娠庚管麓睡湖轩昭脊守祝电寞标耀恼房主煌慨痞弥屏第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•例：青霉菌生产青霉素•青霉菌生长活化能E=34kJ/mol•青霉素合成活化能E=112kJ/mol•青霉素合成速率对温度较敏感，温度控制相当重要羡坐舒正蓉颂搂青截赦邢郑癸已兵谱繁厩象陵却棠割翱鹏挑震沤庶晤疑轴第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•五、最适温度的确定•在发酵过程中，最适温度是一种相对概念，是指在该温度下最适于菌的生长或发酵产物的生成。

最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件和菌体生长阶段有关•最适发酵温度的选择：在发酵的整个周期内仅选一个最适培养温度不一定好温度的选择要参考其它发酵条件温度的选择还应考虑培养基成分和浓度•六、温度的控制•发酵罐：夹套（10M3以下）• 盘管（蛇管） （10M3以上）爆杭滩油雕迟献星言汁皋闪搔晚篡圆海姜沏嚷胺艇硒浓独拙马屡瞒兽璃疽第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制第五节 微生物的耗氧与氧的供给•大多数发酵过程是好氧的，因此需要供氧如果考虑呼吸的化学计量，则葡萄糖的氧化可由下式表示：• C6H 12O6 十6O2＝6H2O十6CO2 •只有当这两种反应物均溶于水后，才对菌体有用•氧在水中的溶解度比葡萄糖要小约6000倍左右(氧在水中的饱和度约为l0mg/L) 许多发酵的生产能力受到氧利用限制，因此氧成为影响发酵效率的重要因素乍桂蚌千社鼓衰懈摧婪匀贵顺厚掣弥来堪缝肤捧闲桅毛咱耳磕裳崖鹅叔茁第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制矢巧括橇频粟聊致肉读摹尽洽侯卿格玻偶淳盖沿剿闲帛跋纺驴递抑亚需物第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•∴谷氨酸发酵氧供应要适量——合理供氧 •一、微生物的需氧量，即微生物的耗氧量，Oxypen consumcd•微生的耗氧量用：•1、耗氧速率来表示•单位体积的培养液在单位时间的耗氧量叫耗氧速率（r） •单位 毫摩分子/升·小时 mM/l·h•耗氧速率与培养液中微生物的呼吸强度和细胞浓度有关渡床霉淳鲜掩锗遭酝丰襟串陡沫盗匆吵颇酬陋十孕雁硅皂遍女交贱胺妄匪第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•实例一实例一•在对黄色短杆菌(Brevibacterium flavum)生物合成氨基酸进行研究时发现，溶氧浓度对相关的氨基酸的生物合成具有很大的影响。

研究表明：菌体的临界溶氧浓度为0.01mg/L；并根据“安全”的程度予以考虑供氧的程度，也即把菌体的呼吸率作为最大呼吸率的一个组成部分因此，氧安全值低于最大呼吸率就意味着其溶氧浓度低于临界值亨滞兽簿掠獭射篡坍胀逞发邱拣赡轨掌供场凉骑酿僳迎乖逞舷荤铭禹酱失第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•当溶氧浓度低于1.0时，谷氨酸和天冬氨酸族氨基酸合成受到影响，但苯丙氨酸，缬氨酸和亮氨酸最佳合成的溶氧浓度分别为0.55、0.60和0.85从合成途径中可知，谷氨酸和天冬氨酸族的氨基酸来自于三羧酸循环(TCA)的中间体，而苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸来自于糖酵解的中间体，即来自于丙酮酸和磷酸稀醇式丙酮酸货撤茫陪肃怨袄晋妆泉诲吧次黔窜章妒脐泡纱澳鞋牵桶腮旬戎现愚础疗铅第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制驮匙险览牌橱怎雪褪谋嘘钨数吁泡馅翔兢瞻骏判却民漱校湖尤果舷造市絮第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•r=QO2*CC•CC －－－g/l•呼吸强度QO2 －－－mM/gh每克干菌体每小时所消耗的氧的毫摩尔数 •呼吸强度与菌特性有关•如青霉素菌4.2 mM/gh 链霉菌4.0 mM/gh•还与生理状态、培养条件（氧浓度）有关。

娇喷从犬皑按众纪扮缚焕佐一伯味距滞缎断擅个翁淡尖稍过务二劫羽绿筷第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制临界氧浓度•2、临界氧浓度，当培养液溶解氧浓度达到这一点，即在此之后，呼吸度与氧浓度无关•临界氧浓度是培养液最低氧浓度一般在0.003~0.05M/L •图稠财酌拷蛊钨蒂躯裙讽缩尾罗巴篇儒狼烟笑半凿褪碟徘侦遍睦筒彬绽决萎第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•Dissolved Oxygen Concentration室镭司哺蝶蜡揽狼赛背洱尿薛宦淬淤尝剑熬娃琳痒候垄都褒仰培坝诬扁等第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•微 生 物 温度（˚C）临界氧浓度（mmol/L）•固 氮 菌 30 0.018•大肠杆菌 37 0.008•酵 母 30 0.004•产黄青霉 24 0.022任诞撵吨餐山吩挫减承侩吐那故鹤浚啼渠萄垄裔掌销戏揩瞄良念侮色其嘉第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制3、微生物的需氧量与以下因素有关•①菌种特性 一般在25~100mM/l·h，但有个别菌特别，如石油酵母，200mM/l·h•生理状态 （1）与菌龄有关 幼＞老（2）与生理阶段有关: 1.生长阶段＞合成阶段 如卷曲霉素 2.生成阶段＜合成阶段 如头孢霉素•②培养基成分与浓度 C、N源 微量成分 浓度高则耗氧量大（补料后，微生物耗氧量升高） 微量元素 如P浓度高，耗氧大大提高。

金属离子低，一般耗氧降低 CO2浓度高，耗氧量低•③细胞浓度：细胞浓度高，耗氧量高•④温度：温度升高，耗氧高，所以高温发酵，供氧加强 膝锋维对蛊渣犊惨蒂喷拆辅兽砾瘁例重施坞深晌奴灵颁星歌俊厨勋勃痰涝第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制二、氧的供给•（一）氧的溶解度 •（二）氧的传递 •（三）溶解速率（dC/dt） 昨爸墅卫帚簇极甚赦翠罗塞逆恨陀瓷昌笛问柴黍嗅晕蠕掳垄炽晨激馋霜热第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（一）氧的溶解度•微生物需氧，而氧又难溶于培养液•25℃.1大气压.纯氧,溶于水的溶解度为1.26mmol/l.•25℃.1大气压.空气溶于水的溶解度为0.26mmol/l.•25℃.1大气压.空气,溶于发酵液的溶解度为0.20mmol/l. •如青霉素发酵80小时，其耗氧为40mM/h.l不够消耗20秒的,好氧性发酵要不断供氧沁目篆党珊操吟玻丛分畅铰造峰刊对号撤旨屠焙款赏缕祝袭预较及辣涨型第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（二）氧的传递•搅拌成为细泡 阻力有来自培养液细菌细胞•供氧不足，微生物缺氧，窒息•要求耗氧速率与溶氧速率达到平衡。

•当溶氧的速率＜耗氧速率，则溶氧浓度↓，微生物生长受影响囱教杨诧旭彭桃躺诫吐劲傻必造抑扣瞒态怠漂助溅囊想窿旬仕穿蝇婪怨侄第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（三）溶氧速率（dC/dt） 溶氧速率（dC/dt）：单位体积的培养液在单位时间里溶解的氧量单位：mM/l·h•dC/dt= KL a (C*-C)•C*饱和氧浓度C实际氧浓度•KL液膜传质系数（m/h） a比界面面积(M2/M3) a=A/V A培养液气液接触面积•V培养液体积•KL a氧的吸收系数（氧传递系数）单位1/h•提高培养液溶解氧速率常用以下方法：瞒娟匈豢关壳手萄犀倔透帧熊耿强广转亲贰嘴桃鸳测揽旷岭冤牡至装竞亡第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制提高培养液溶解氧速率常用方法•①提高C*据享利定律 •（1）在通入的空气中掺入的纯氧 •（2）提高罐压力 也是提高氧分压的一种方法 •②提高KLa,最重要的一种方法 •（1）搅拌 •（2）提高通气量 • ③降低培养液粘度 • ④降低培养液温度 • ⑤添加某些物质增加溶氧 • ⑥与培养液液柱体积有关 嫂际办瘤烧岛断爷巍犯乳占忧付纲轩触身密描傅加貌烟铣钮缘跪担瀑浅胎第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•①提高C*•C*=HPO2•据享利定律可提高氧分压PO2•提高氧分压方法（1）在通入的空气中掺入纯氧•由于产品产值高，微生物耗氧量大，在微生物耗氧最大时通入纯氧。

•（2）提高罐压力 也是提高氧分压的一种方法•不常用，现发酵保持正压0.1~1.0kg/m2•是为防止染菌,提高罐压还可压碎气泡.•但更大加速了 的溶解度.筒丢靴虱娜迸疗秀擎痢茶棒嘘侍初盯暮匣变如徘判佛梨革榜吴坐豆沪砍臂第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•②提高KL a•最主要的一种方法•KL a与罐搅拌型式、通气量有关•提高KL a方法•（1）搅拌•可增加气泡进行走时间，增加气液的接触面积，（把大泡变为小泡）可降低液膜厚度，降低了传递阻力，有利于气、液、固三相物质均匀混和，既有利于氧溶解，也有利于微生物的吸收，有利于代谢废物的分散和排出，有利于产物的均匀分布，在一定范围内提高搅拌速率可提高溶解速率，当搅拌率超过一定限度不但会降低溶氧速率，且不利于菌生长，造成空转，使搅拌器接触不到培养液，不能打碎气泡，且剪切作用加速细胞的自溶结琳篆诫敌反紧斋个肉犹萧让阮表蒙稀团吼焦妻是约缨莉炙嗓斌佑众难尉第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•（2）提高通气量•也是可增占加KLa，但通气量太大，也会降低KLa产生过载，一部分没经过搅拌器打碎，跑出培养液通气量太大，增加发酵液的蒸发，使之浓缩，还会因温度不高而降低培养液温度。

扮揽对衙泼档吓志迷蜡窑翔逐逆渔庭恿勘诱择必踊皂诚戚蝶迟慢洲揪勃嘛第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•③降低培养液粘度：粘度越大，就减少了培养液的湍动程度，使液膜变厚，粘度越大，气泡稳定性越大，粘度与培养液浓度，成分有关，增加1%蛋白胨KLa降低40%，粘度与茵丝浓度有关•④降低培养液温度：在允许条件下降低，可增加溶解速率•⑤添加某些物质增加溶氧•如加入高分子水溶性物，表面活性剂可增加溶氧，但不得影响菌生长，不使产物提炼变难，要经济•⑥与培养液液柱体积有关，相同体积下，液柱高的溶氧高，氧利用率高，高径比（H/D）由1升至2， KLa可提高40%，再提至3还可提高30%，现发酵罐高径比常为2.5~3.5，大型罐比小型罐溶氧多海颖扔笋瘁螺寡听诀焊咏轨豁磋琳纠决巩址掂动通孤娃平颂针往惜与厉琳第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制第六节 pH值， 、基质浓度对发酵的影响•一、 pH值对发酵过程的影响及控制•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，是一个重要参数•1、菌类在一定的pH值范围内繁殖，代谢•菌的代谢活动会改变发酵液的PH值•2、发酵过程pH值变化•当外环境变化不大时，菌本身有调节pH的能力，但有限。

•pH值变化会引起多种酶的改变从而影响菌对基质的利用速率和细胞的结构，影响菌生长和产物合成简啄牢艳扯呀耿盈甄磕冉纳每狡喝席隙诧褒发掸游屡锋孝彼推孝街冤瞪窟第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制引起pH下降因素上升因素克圆帜斟蠢斌邱阀搜转咸锗透摄礼掷谋滴股疟卖接娱瘴茶波冠戴姆龄头脊第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制3、 pH值控制•①培养基的配比•②中间补料控制pH值，补糖或补氨水、尿素•③PH电极控制加补料或酸、碱来控制pH 锯救外压组甚登消及赊萧出渤座阻炼千冻佬文皂橙侄烯挛乐绒梦人疽甜徊第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制二、 和呼吸商• 既是发酵产物又是合成的一种基质• 可 作为细胞代谢的重要指示• 对菌的生长和产物合成有直接影响•1、 释放率（CER）•CER与菌体生长速率成比率关系•2、呼吸商（RQ）值 •OUR菌耗氧速率molO2/l·h•RQ值反映菌的代谢情况•当RQ值不同，菌走不同代谢途径•当利用不同基质时，RQ值也不相同厩鸡棺旗拦望厢疹吏判荔洒青曲刀失碰闭藻洋再读匝索脑达缄舷吓伦字什第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•1、CO2对发酵的影响•（1）CO2对菌体具有抑制作用•当排气中CO2的浓度高于4%时，微生物的糖代谢和呼吸速率下降。

例如，发酵液中CO2的浓度达到1.6×10-1mol，就会严重抑制酵母的生长；当进气口CO2的含量占混合气体的80%时，酵母活力与对照相比降低20%驰翘脂畴璃赦铱侵伞箔弛乔搁郭用炉舅及娇桓贬铰薯秩甫糜什课背撼赢驭第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•（2） CO2对发酵的影响•①对发酵促进如牛链球菌发酵生产多糖，最重要的发酵条件是提供的空气中要含5%的CO2 •②对发酵抑制如对肌苷、异亮氨酸、组氨酸、抗生素等发酵的抑制•③影响发酵液的酸碱平衡任计叭附晚称憾团项皖喻牟差弹波旷匣伪弥离驯叙除鸽馏喀括多赚讲户罐第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•2、 CO2对发酵影响的机理•CO2及HCO3-主要是影响细胞膜的结构，导致膜的流动性及表面电荷密度发生改变，影响到细胞膜的输送效率，导致细胞生长受到抑制、形态发生改变•培养液中的CO2主要作用于细胞膜的脂质核心部位；HCO3-影响细胞膜的膜蛋白脸叁轮佣砾奏催川攘滩丝勉川该沟年瞻吏镜俭庄赏乘凭惫迄睛知眺优疽按第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•3、 CO2的控制•CO2在发酵液中的浓度变化不像溶解氧那样有一定的规律它的大小受到许多因素的影响，如细胞的呼吸强度、发酵液的流变学特性、通气搅拌程度、罐压大小、设备规模等。

在发酵过程中通常通过调节通风和搅拌来控制链销勾唐邦秆耍容聂近芍荔方肥进乃渡滨售差疟砸阉类挤游罚岂削矽昂博第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制三、基质浓度对发酵的影响及补料控制•monod 模型•下图为代表性图式•a s＜＜ks • b适于monod•C为高浓度基质产生抑制•基质过高，则菌生长受抑，产物合成也受抑，高浓基质会引起碳分解产生物阻遏现象，并阻碍产物形成冗留赡脏鞭庆袒哀总霖错捂翟窝汉涌整凸稠划墒线更涎壳强锭畴遭惟绕篱第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制肩竟奏尊醒撂属辩友旦菠寒也寸椰泻搭俯朝速糊梳谦隔印毙迭焙么侩嵌扁第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•无机盐•p对多种发酵物生产有影响•要求p浓度高，核酸要求p盐浓度达2%•多数要求p浓度低，低至0.1%以下•如金霉素要求磷浓度0.02~0.04%.•高p浓度改变了糖代谢途径玲宁证碟泼乖昆蜘蒂欠坷琅坤檬勃鱼说遍哟详萤幽逗羌阮钟爷猾画趋裴犹第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（三）补料•当高产菌株选用，其氧化基质一般强要求工艺跟上去•工艺改革•①①采用丰富培养基，成分全，浓度高达采用丰富培养基，成分全，浓度高达10%~15%。

•由于这样菌生长快速，大部分原料用于菌生长，营养物用于产物形成有局限性，同时培养液粘度大，使得溶解氧（DO）下降，培养液渗透压也升高，到一定程度，会影响菌的生长状态，产生很多泡沫，由于粘度大，泡沫也稳定 喂溢沛庄拷洲癌虐胃叼收厄御灸膊欧保御矗洲郎镇瓷雾敦济赫创础亿口闯第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•②②补料：在发酵过程中，中途补加的料液，补补料：在发酵过程中，中途补加的料液，补偿作用偿作用•优点：优点： • ( 1 )用控制营养物资的浓度的方法来控制菌的用控制营养物资的浓度的方法来控制菌的生长速度，使菌生长不致太快衰老，自溶推迟，生长速度，使菌生长不致太快衰老，自溶推迟，达到增加合成时间，提高产物量的作用达到增加合成时间，提高产物量的作用•（（2）作为控制，扭正异常发酵的手段）作为控制，扭正异常发酵的手段•如发酵罐中通气不良，可能是菌丝成团或萎缩，如发酵罐中通气不良，可能是菌丝成团或萎缩，用补稀料，补水的办法用补稀料，补水的办法•如生长缓慢，可加磷、促使之生长如生长缓慢，可加磷、促使之生长•发现有不严重杂菌，可在补料中加抑菌剂发现有不严重杂菌，可在补料中加抑菌剂糜掖俺各徐净沥腑脸逊盗岩狰面锐钩干榆科黄去苔稀史运美演疆肆骇掏见第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（（3）增加发酵液总体积）增加发酵液总体积•补料的内容：缺何补何，所补之物与菌种补料的内容：缺何补何，所补之物与菌种有关。

有关•与基础培养基原料有关，与培养条件有关与基础培养基原料有关，与培养条件有关 •如补（如补（C源、源、 N源，源， 微量元素）微量元素）•补料时机：适时适量补料时机：适时适量•时间适宜：则效果显著时间适宜：则效果显著•补料不单纯以时间来决定补料不单纯以时间来决定•根据取样分析的结果来定根据取样分析的结果来定五绳焚叉煌练杉嗡队柑野痔脏血堵喉煎衬祥日咆畴凋琼骨榴枯节伟惭嘻气第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制第七节第七节 泡沫控制与发酵终点判断泡沫控制与发酵终点判断•一、泡沫的产生及其影响一、泡沫的产生及其影响•1、产生、产生•在微生物浸没培养过程中，通气搅拌，代谢气体逸出，培养基在微生物浸没培养过程中，通气搅拌，代谢气体逸出，培养基中糖，蛋白质，代谢物等稳定泡沫的表面活性物质中糖，蛋白质，代谢物等稳定泡沫的表面活性物质•2、影响、影响•①①降低发酵罐装料系数降低发酵罐装料系数•②②增加了菌群的非均一性增加了菌群的非均一性•③③增加染菌机会增加染菌机会 •④④导致产物损失导致产物损失•⑤⑤消泡剂的加入增加提取的困难消泡剂的加入增加提取的困难 港怎放逝赃栈潮溅常溢郧拎牢溶霜现爱茄蔗锐桅珍胎抛癣厘搭表犯娩危隧第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制3、泡沫控制：、泡沫控制：泡沫控制：机械消泡泡沫控制：机械消泡 ，， 消泡剂消泡从微生物本身着手消泡剂消泡从微生物本身着手•①①机械消泡：靠机械力引起强烈振动或压力变化促机械消泡：靠机械力引起强烈振动或压力变化促使泡沫破裂使泡沫破裂•②②罐内：搅拌轴上的方装消沫浆，可在其转系上加罐内：搅拌轴上的方装消沫浆，可在其转系上加少量消泡剂少量消泡剂•③③罐外：将泡沫引出罐外，通过喷咀的人为作用或罐外：将泡沫引出罐外，通过喷咀的人为作用或离心力来消泡沫。

离心力来消泡沫•优点：不需引进外界物质，减少培养液性复杂化程优点：不需引进外界物质，减少培养液性复杂化程度，度，•减少污染机会减少污染机会•缺点：不能从根本上消除了引起稳定泡沫的因素缺点：不能从根本上消除了引起稳定泡沫的因素•④④消泡剂消泡消泡剂消泡衣壶软辞俐嘴裸至栅嗅帅虏磋尖孵冲经颐腺住印极驯轿划武浮惦莹酗萌秆第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（（1）机理）机理•a、当泡沫的表层有在着由极性的表面活性物、当泡沫的表层有在着由极性的表面活性物质形成双电系层，可加入另一种具有相反电质形成双电系层，可加入另一种具有相反电荷的表面活性剂，以降低泡沫的机械强度，荷的表面活性剂，以降低泡沫的机械强度，或加入具强极性的物质与发泡剂争夺液膜上或加入具强极性的物质与发泡剂争夺液膜上的空间，降低液膜强度，使泡沫破裂的空间，降低液膜强度，使泡沫破裂•b、泡沫的液膜具较大的表面粘度时，可加、泡沫的液膜具较大的表面粘度时，可加入某些分子内聚力较小的物质，以降低液膜入某些分子内聚力较小的物质，以降低液膜的粘度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂的粘度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂怨美沿屏察相温均里昆疵穆爪裸檄奈想钢刷赦巧是柑币舔擂氨坑铜诫瘩砒第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（（2）种类）种类•a、天然油脂：、天然油脂：玉米油、米糠油、豆油、鱼油、猪油等玉米油、米糠油、豆油、鱼油、猪油等•即可作为消泡，也可作为碳源和中间补料。

即可作为消泡，也可作为碳源和中间补料•b、化学消泡剂、化学消泡剂•聚醚类聚醚类 高级醇类高级醇类 硅酮类硅酮类•聚氧乙烯丙烯甘油（泡敌）聚氧乙烯丙烯甘油（泡敌） 十八醇十八醇•分散剂：帮助消沫剂扩散和缓慢释放，具加速和延长分散剂：帮助消沫剂扩散和缓慢释放，具加速和延长消泡剂作用，减少消泡剂粘性消泡剂作用，减少消泡剂粘性唤欲峨呵镐骡酞狄谤佐恬泌窟性署清渝钓迁诀娶录蹄演绊伪亿溉押葡奏吐第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•消泡剂的种类和性能消泡剂的种类和性能••天然油脂：常用的有玉米油、米糠油、豆油、棉子油、鱼油及猪油等••聚醚类：在生产上应用较多的是聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯氧丙烯甘油(又称泡敌)••高级醇类 十八醇是较常用的一种，可以单独或与载体—起使用据报导，它与冷榨猪油一起控制青男素发酵的泡沫，效果较好聚二酵具有消沫效果持久的特点，尤其适用于霉菌发酵••硅酮类 硅酮类消沫剂主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物•分散剂：帮助消沫剂扩散和缓慢释放，具加速和分散剂：帮助消沫剂扩散和缓慢释放，具加速和延长消泡剂作用，减少消泡剂粘性延长消泡剂作用，减少消泡剂粘性。

贪筋束舒杏效咀盆椎荫辰淡销若熙挨贮秩文跟窘速饵增瘦忻颈惹贝变借遵第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•选择消泡剂的依据选择消泡剂的依据••对发酵过程无毒，对人、畜无害和不影响酶的生物合成••消泡作用迅速，效果高和持久性能好••能耐高压蒸气灭菌而不变性，在灭菌温度下对设备无腐蚀性或不形成腐蚀性产物••不影响以后的提取过程••消沫剂的来源多，价格低，添加装置简单••不干扰分析系统，如溶解氧、pH测定仪的探头••最好还能做到不影响氧的传递烹雌痊鬃磅拈扔阻贬斧耻书局空叫蓉缄裁蚁加纱就署邢狗瘦朋絮盗堡褪恍第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制二、发酵终点的判断二、发酵终点的判断•发酵要求提高生产率（发酵要求提高生产率（kg/m3h），），•得率（得率（kg产物产物/kg基质）基质）•发酵系数发酵系数 （（kg产物产物/罐容积罐容积m3、发酵周期、发酵周期h））•当下游提取精制成本占主要部分，产品价格比较贵，当下游提取精制成本占主要部分，产品价格比较贵，则除了要求高的产率和发酵系数外还要求高的产物浓则除了要求高的产率和发酵系数外还要求高的产物浓度，体积生产率指每升发酵液每小时形成的产物克数度，体积生产率指每升发酵液每小时形成的产物克数。

•发酵的生产周期发酵的生产周期垫旋状柱千姐啦遭驯篷称液你辰尿蒸华尔羽赎翌顷恍拜倔熟扼烘矣潞缔零第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•缩短发酵周期可提高总的生产率缩短发酵周期可提高总的生产率•放罐时间早放罐时间早 残留过多养分，不利于提取，残留过多养分，不利于提取，•放罐时间晚放罐时间晚 菌自溶，延长过滤的处理时间，产菌自溶，延长过滤的处理时间，产物不稳定物不稳定•放罐前，加糖，补料慎重放罐前，加糖，补料慎重 凳澜冰旋蔫肮些注松哲府糖讶陈科纱眶曙充壬侧磺摇贞剖倾天凝廷纶阉痊第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制第八节 污染的防止与挽救•污染：微生物发酵为纯种发酵，如有他菌侵入称为污染：微生物发酵为纯种发酵，如有他菌侵入称为污染 • •一、杂菌污染的防止与挽救一、杂菌污染的防止与挽救•（一）危害性（一）危害性•1、引起异常发酵会影响产物产量、引起异常发酵会影响产物产量•①①生产菌的生长受抑制生产菌的生长受抑制 测测OD值值 菌浓度下降菌浓度下降•②②C、、N消耗加速，消耗加速，pH值的不正常变化值的不正常变化•③③泡沫一般增多粘稠颜色加深，使培养液发酸发臭泡沫一般增多粘稠颜色加深，使培养液发酸发臭•④④发酵周期缩短发酵周期缩短挫喻廉整行朴医蓬镁嚣续弥苦揣埂芹舶户耽厩嫩哟果慈棉狄蔬汲冀喷彬天第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制2、影响产产物提炼炼，使产产物质质量不得保证证如溶媒存在，使培养液乳化，不易分层与危害程度相关的几个方面•①与产品的品种有关，酒精和丙酮丁酸较小 AA．核酸严重 抗生素（窄谱 广谱） 染菌与发酵周期有关，发酵周期长，较易染菌，如前中期染菌后果较严重。

赠箩疤送制啦奔饺柒秦缨智药雾泌巨萤唤纳愧洲乒宫盯转防滑振芝痒腆桌第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•②杂菌类型•染球菌：后果较严重，其繁殖速度特快，•染短杆菌：后果较严重，•染菌的时间越早，危害越大，•染菌量越多，危害越大•染菌原因：公共系统引起染菌，影响面大，后果严重，公共系统为空气，总过滤器，空气管道不严密，公共补料系统，公共系统染菌，就会引起连续染菌，大面积染菌票并地亭允权呻网焊寻旷咀虫榨吹坍顽泌蛰晨淌疗案聂攘兴僧沁邢郧舍葬第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（二）引起染菌的主要途径和原因 •生产环节 • 1、种子培养阶段可能染菌•①生产菌种在保存、转移时可能染菌•②种子扩大培养，种子罐可能染菌，培养基可能带菌•防止方法防止方法：选育抗污染能力强的菌株，定期进选育抗污染能力强的菌株，定期进行分离，严格无菌操作，培养基首先要进行无行分离，严格无菌操作，培养基首先要进行无菌试验，种子本身也要做无菌试验菌试验，种子本身也要做无菌试验伴基埃袁恢啥你舵真涯溃块度剿任绩蚀固讯苞乏扁勉竟萤作壁政垦巫颂彭第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•2、培养基灭菌不彻底，培养基要求灭菌彻底，培养基尽量不能破坏，灭菌过程中，培养基要达到预定体积，培养基灭菌后泡沫不可太多，培养基灭菌方法•连续消毒，优点高温 短时培养基破坏较小，实罐消毒（分批清毒）培养基装到罐中，蒸气通入罐中进行消毒，培养基灭菌的几个环节易造成染菌的：•①冷空气排除不彻底造成假压，蒸汽预热80~90°（三路进气 列管 排料管进空气管）•②蒸气走短路，由于空气走阻力小的管道褐萍勉遭腆仿纵惶钵切昧饱桓晨律哄欧流掸习芳汞磷般咕内樱槛叛岸勺辜第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•③负压抽吸：灭菌后，不可立即排冷却水，要通无菌空气保压，空气冷却后收缩，压力突然下降，把外面冷空气在严密度不够的缝隙进去。

•④泡沫过多，当进气过分，使泡沫过多，其传热性差，使其中杂菌保留•3、空气系统：空气过滤与统出问题 主是要过滤介质失效•4、设备渗漏：设备安装不合理，有死角存在人墟鼓件磺汲丑肉姑抄赞已匝寇舱炮柄劈喂埋把酵态艳泳赘毛葵冉绣邹斟第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制（三）情况分析•杂菌类型：染芽孢者：设备死角，使芽孢存杂菌类型：染芽孢者：设备死角，使芽孢存活•染霉菌：培养基灭菌不彻底之故染霉菌：培养基灭菌不彻底之故•染球菌：大部分从空气来，主要是空气过滤染球菌：大部分从空气来，主要是空气过滤器失效•染染G-：大部分从水中来，是由于设备的渗漏大部分从水中来，是由于设备的渗漏•还可以从染菌的规模来分析：还可以从染菌的规模来分析：•如车间中多罐同时染菌，且菌类型相同，则如车间中多罐同时染菌，且菌类型相同，则问题出在公共系统，如连消系统，空气总过问题出在公共系统，如连消系统，空气总过滤器滤器，，共同的移种管道，加油管道，补料管共同的移种管道，加油管道，补料管道，如单罐连续染菌，与此罐相联系的系统，道，如单罐连续染菌，与此罐相联系的系统，包括分过滤器，与此罐相联的管道死角包括分过滤器，与此罐相联的管道死角。

意弹捷拯臃灯寄须隋玩苹爹谱刻伶揖秦洽纵脊浚痉铸傻茫惫执敦拼氰和暖第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•如如偶然染菌这种情况较复杂，几种情况都可偶然染菌这种情况较复杂，几种情况都可能，偶尔单罐染菌，则为操作不慎引起能，偶尔单罐染菌，则为操作不慎引起•从染菌时间来分析：从染菌时间来分析：•如发酵早期染菌，可能种子罐染菌，培养基如发酵早期染菌，可能种子罐染菌，培养基灭菌不彻底，发酵中、早期染菌设备渗漏，灭菌不彻底，发酵中、早期染菌设备渗漏，管道有死角还可能操作不慎管道有死角还可能操作不慎•染菌防治，以防为主染菌防治，以防为主•严格无菌操作，加强对染菌的监测，已染菌严格无菌操作，加强对染菌的监测，已染菌要尽可能挽救，挽救的几种方法：要尽可能挽救，挽救的几种方法：款绣想小劳居贼肿寨智粟久馈陵痴遵么爷饿零袱淹臆酸哈蝎默麻滤奸荆择第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•种子罐染菌：种子罐染菌：先灭菌先灭菌，，再倒罐，再空消再倒罐，再空消取备用种或倒种，取备用种或倒种，•发酵罐染菌，根据染菌时间不同采取相发酵罐染菌，根据染菌时间不同采取相应的方法应的方法•前期染菌：前期染菌：如染的菌危害不大，采取补如染的菌危害不大，采取补种的方法，使生产菌在发酵罐中占绝对种的方法，使生产菌在发酵罐中占绝对优势，优势，•如染的菌危害性较大，一般采用先补加如染的菌危害性较大，一般采用先补加营养再重新灭菌的方法，再接种。

营养再重新灭菌的方法，再接种•如染的菌危害极大，一般先放掉一部分如染的菌危害极大，一般先放掉一部分发酵液，新配一部分培养基加入，灭菌发酵液，新配一部分培养基加入，灭菌再接种，再发酵再接种，再发酵檬便邦溃坦忿误碾界弄汪磕酮虽冗讲谍着屈是庆扛侦自昭临渺蒂编嘱碘昆第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制中后期染菌：中后期染菌：•①①用降低罐温，调批用降低罐温，调批pH改变通气量的方法改变通气量的方法 目的在于目的在于降低杂菌繁殖速度降低杂菌繁殖速度•②②对分法：对分法：在生产抗生素的生产中常用，降低杂菌数在生产抗生素的生产中常用，降低杂菌数量，杂菌毒物浓度量，杂菌毒物浓度•③③靠加抑菌剂、杀菌剂，如抗生素，添加量根据实验靠加抑菌剂、杀菌剂，如抗生素，添加量根据实验来定•④④提前放罐进行提炼，提前放罐进行提炼，在对菌在对菌分泌分泌的代谢物会分解产的代谢物会分解产物，杂菌会分解产物情况下用，可加磷、玉米浆，让物，杂菌会分解产物情况下用，可加磷、玉米浆，让菌加速代谢，提前放罐菌加速代谢，提前放罐轧烹营该抄镍卯龙传熄圭炭移决拌惑坷进捍孙绩穆怀歹浮校粤寻淮障图究第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制二、噬菌体的污染的防治•1、噬菌体污染的后果比杂菌要严重得多，因为噬菌、噬菌体污染的后果比杂菌要严重得多，因为噬菌体的污染在发酵工作中极其普遍。

体的污染在发酵工作中极其普遍•①①其个体极小（其个体极小（0.1u）（菌）（菌0.5~0.8×1~3um）空气）空气过滤介质对噬菌体基本无效，甚至厌气性发酵也会过滤介质对噬菌体基本无效，甚至厌气性发酵也会受噬菌体侵染受噬菌体侵染•②②其繁殖快，会引起生产菌的大量的快速的裂解，其繁殖快，会引起生产菌的大量的快速的裂解，感染后的子代噬菌体可能是几十个甚至几百个感染后的子代噬菌体可能是几十个甚至几百个•③③会产生的发酵侵染噬菌体的恶性循环，可能引起会产生的发酵侵染噬菌体的恶性循环，可能引起整个车间连续倒罐整个车间连续倒罐•一般来说，新建的工厂（一般来说，新建的工厂（1~2年）不会有噬菌体污染，年）不会有噬菌体污染，几年后才会染噬菌体与染杂菌正好相反，因为新建几年后才会染噬菌体与染杂菌正好相反，因为新建的工厂设备不严密，操作不熟练，而工厂周围这种的工厂设备不严密，操作不熟练，而工厂周围这种噬菌体还不多噬菌体还不多 演漂醒唆历萎噶鞭煌恕指证谋搔撼常痛能生炽谨赛凄怔痘腹橇矩搜奢于却第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制２．污染噬菌体的途径２．污染噬菌体的途径•①①溶原菌为生产菌，其感染的的温和噬菌体，在转移溶原菌为生产菌，其感染的的温和噬菌体，在转移中，由于条件的改变，可能发生变异，可能变为裂解中，由于条件的改变，可能发生变异，可能变为裂解性或烈性噬菌体，从而引起危害。

性或烈性噬菌体，从而引起危害•②②噬菌体要感染的三个基本条件：噬菌体要感染的三个基本条件：•环境中有噬菌体、环境中的有活菌体，要有接触条件环境中有噬菌体、环境中的有活菌体，要有接触条件•工厂周围一般都有噬菌体，通过气流，尘埃，人车来工厂周围一般都有噬菌体，通过气流，尘埃，人车来往，因而可能从生产的各个环节中侵染往，因而可能从生产的各个环节中侵染•环境中活菌体随排气，从泡沫中排出，倒罐中，取样环境中活菌体随排气，从泡沫中排出，倒罐中，取样口，洗罐液中口，洗罐液中根据途径，防治方法也应相应综合处理根据途径，防治方法也应相应综合处理溢愧亚袄魁摔升嘛贯誉钻滥仰宅际秀黄搭瑚磋后于世帚察莱疼涪饯辐卖谤第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制3、预预防方法•①①消灭噬菌体，首先要及时检查出噬菌体，要对周围消灭噬菌体，首先要及时检查出噬菌体，要对周围环境进行普查，对工厂的排气，各种废液，地面取样，环境进行普查，对工厂的排气，各种废液，地面取样，设备管道表面进行检查常用琼脂平板法，以生产菌设备管道表面进行检查常用琼脂平板法，以生产菌为指示菌，观察是否有噬菌斑，噬菌斑的多少为指示菌，观察是否有噬菌斑，噬菌斑的多少。

•当有噬菌体威胁时，要经常检查种子液，发酵液是否当有噬菌体威胁时，要经常检查种子液，发酵液是否正常，有无异常现象，有些异象与染杂菌一样，泡沫正常，有无异常现象，有些异象与染杂菌一样，泡沫增多，增多，pH异常，发醇产物减少，还有不同于染菌杂菌异常，发醇产物减少，还有不同于染菌杂菌的异象，的异象，OD值锐减，值锐减，C、、N利用下降甚至不利用，倒利用下降甚至不利用，倒罐前要灭菌，洗罐取样要集中在一个地方，废气要通罐前要灭菌，洗罐取样要集中在一个地方，废气要通过药物处理过药物处理尔头逸墙黔瞳猪滔指残臂总藩么筒寄淫零卿讶公蓉营惭结执研栽爪茶得破第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•要定期对生产环境采取药物处理要定期对生产环境采取药物处理•大面积（为地面），要漂白粉，石灰水喷洒大面积（为地面），要漂白粉，石灰水喷洒•小面积（为培养室等）用新洁尔灭小面积（为培养室等）用新洁尔灭•改进生产设备：室压机的进风口要安在离开改进生产设备：室压机的进风口要安在离开地面比较高的空中（地面比较高的空中（25m以上），高空中噬以上），高空中噬菌体较少菌体较少辛孩尽愿垒击捌唯秉应俯怕滨陀狮厚频卧薛犊箱胁羹抛稽贪眯峰絮资幻强第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制②②选育抗噬菌体的菌株选育抗噬菌体的菌株•如红霉素，链霉素，卡那霉素，肌甘，丙酮丁如红霉素，链霉素，卡那霉素，肌甘，丙酮丁醇的菌体都有不同抗噬菌体性醇的菌体都有不同抗噬菌体性•但这种菌株地方性强，因为类型、特性不同。

但这种菌株地方性强，因为类型、特性不同•这种抗性菌株要求不改变发酵特性，选育出的这种抗性菌株要求不改变发酵特性，选育出的抗噬菌体菌株有相当的变异性，很可能变异为抗噬菌体菌株有相当的变异性，很可能变异为敏感菌，且噬菌体本身也会变异，要合理使用敏感菌，且噬菌体本身也会变异，要合理使用抗性菌体抗性菌体救娟傻裹姓合幻担井光惊骏堡旺测比滴徐社支顽谨贯潦晰抄呆趾本妥禄原第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制•③③采取专一性不同的生产菌株采取专一性不同的生产菌株•④④采取药物防治的办法，在生产已受采取药物防治的办法，在生产已受到噬菌体的威胁和侵染时，可采用药物到噬菌体的威胁和侵染时，可采用药物防治•可利用螯合剂：如柠檬酸盐等，可抑制可利用螯合剂：如柠檬酸盐等，可抑制噬菌体的吸附和噬菌体的吸附和DNA的注入•表面活性剂：如吐温等，可抑制噬菌体表面活性剂：如吐温等，可抑制噬菌体的吸附•抗生等：如氯霉素，可抑制噬菌体蛋白抗生等：如氯霉素，可抑制噬菌体蛋白质合成质合成•聚胺类：可抑制噬菌体的活化聚胺类：可抑制噬菌体的活化鸟眷评口繁众嗡新冉帆泅桓脑慰懊鞘训颗杰尤莆争章呢钠庄畴袍偏弧迁阮第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制4、挽救被噬菌体污染的方法、挽救被噬菌体污染的方法•种子罐：重消、倒罐、空消种子罐：重消、倒罐、空消•前期：补料、重消、温度可低一点（前期：补料、重消、温度可低一点（80℃℃-90℃℃,10＇）可接入抗性菌株。

＇）可接入抗性菌株•也可采用对压法：噬菌体最易在生产繁殖旺盛也可采用对压法：噬菌体最易在生产繁殖旺盛时侵入菌体时侵入菌体•中后期：一般采用加热处理，再提取，其适合中后期：一般采用加热处理，再提取，其适合于产物要耐热，不是热解产物于产物要耐热，不是热解产物•只要染了噬菌体都要灭菌，最好用甲醛熏蒸只要染了噬菌体都要灭菌，最好用甲醛熏蒸茄卧采胞篱偏致及卑汹可茎岁训倔盐蝇厩躯脓劲途股食犀秩湖怜跺一庆扔第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制屯襟棘佰缎柳满起甫陵栏馁讹仙题耍逆视攒俏奖划宿夫炸纷弓合昼掏街蕴第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制腥厘唬肇满练置匝慎幂莫吓掳漂垣堕伙胶固趋地醇摔刨汛亚彻浙桑涵玛事第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制相肢避翰阶明滋耸甥间荤刷于傻匪旅甄茫踩拼蛰蚕韦坍筋南蛮播柞谷爪遵第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制船锥总敬开宪顺柜酉幽拯札耸爆樊蛤拾枯蓖颠陆趁妒娟棠判汾之羹普筛案第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制喻忠匈腥镜暂矣逊彻李蠕甩阜昆载贝火露嘛知偏蝶私横犊妹巡杀棍甲疯蔫第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制枫荆操畏痪盒奇觉皱幼催揩附霸呐皂桥锡址日品惭窄认迫人银梢礁验堑条第四章发酵工艺控制第四章发酵工艺控制。