食品生物技术导论第六剖析课件

2024/7/28第六章第六章 发酵工程发酵工程第一节第一节 发酵工程概述发酵工程概述第二节第二节 发酵培养基的制备与灭菌发酵培养基的制备与灭菌第三节第三节 发酵菌种及其扩大培养发酵菌种及其扩大培养第四节第四节 发酵设备发酵设备第五节第五节 发酵过程控制发酵过程控制第六节第六节 发酵动力学发酵动力学授课教师授课教师 郭春锋郭春锋1 什么是发酵什么是发酵发酵泛指微生物在无氧或有氧条件下，通过分解代谢、合成代谢或发酵泛指微生物在无氧或有氧条件下，通过分解代谢、合成代谢或次生代谢等微生物活动，大量积累人类所需的微生物体、微生物酶次生代谢等微生物活动，大量积累人类所需的微生物体、微生物酶或微生物代谢产物的过程。或微生物代谢产物的过程。2 什么是发酵工程什么是发酵工程发酵工程是指利用生物细胞或酶的某种特性，通过现代化工程技术发酵工程是指利用生物细胞或酶的某种特性，通过现代化工程技术手段进行工业规模化生产的技术。手段进行工业规模化生产的技术。第一节第一节 发酵工程概述发酵工程概述2024/7/283 发酵工程与其他四个生物工程主要技术体系的关系发酵工程与其他四个生物工程主要技术体系的关系4 现代发酵工程的研究内容现代发酵工程的研究内容4.1 上游工程上游工程物料的输送和原料的预处理物料的输送和原料的预处理发酵培养基的选择、制备和预处理发酵培养基的选择、制备和预处理菌种的选育、保藏、复壮和扩大培养菌种的选育、保藏、复壮和扩大培养发酵过程动力学发酵过程动力学发酵醪的特性发酵醪的特性氧的传递、溶解和吸收氧的传递、溶解和吸收发酵生产设备的设计、选型和计算发酵生产设备的设计、选型和计算发酵过程的工艺技术控制发酵过程的工艺技术控制4.2 下下游工程游工程发酵醪与菌体的分离发酵醪与菌体的分离发酵产物的提取发酵产物的提取发酵产物的精制发酵产物的精制4.3 辅助工程技术辅助工程技术空气净化除菌与调节系统空气净化除菌与调节系统水处理与供水系统水处理与供水系统加热和制冷系统加热和制冷系统2024/7/28-2024/7/28供制作面包用的酵母菌供制作面包用的酵母菌5 发酵工程产品的类型发酵工程产品的类型5.1 微生物菌体细胞微生物菌体细胞酵母菌为兼性厌氧菌；在氧酵母菌为兼性厌氧菌；在氧气缺乏的情况下，将糖类转气缺乏的情况下，将糖类转化为二氧化碳和乙醇；在氧化为二氧化碳和乙醇；在氧气充足的情况下，将糖类转气充足的情况下，将糖类转化为二氧化碳和水。化为二氧化碳和水。2024/7/28制作酸奶用的乳酸菌制作酸奶用的乳酸菌5 发酵工程产品的类型发酵工程产品的类型5.1 微生物菌体细胞微生物菌体细胞乳酸菌菌为兼性厌氧菌；酸乳酸菌菌为兼性厌氧菌；酸奶发酵剂的菌株通常为嗜热奶发酵剂的菌株通常为嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌；链球菌和保加利亚乳杆菌；发酵剂菌株可将乳中的糖类发酵剂菌株可将乳中的糖类转化为乳酸。转化为乳酸。2024/7/285 发酵工程产品的类型发酵工程产品的类型5.2 食品工业用酶制剂食品工业用酶制剂 淀粉酶淀粉酶 Description of the contents Description ofthe contents Description of the contents淀粉酶淀粉酶作用：淀粉液化；作用：淀粉液化；-淀粉淀粉酶（内切（内切酶）和）和-淀粉淀粉酶（外切（外切酶）。）。2024/7/28 淀粉酶淀粉酶 Description of the contents Description ofthe contents Description of the contents蛋白蛋白酶酶作用：作用：肉的嫩化、果汁澄清。肉的嫩化、果汁澄清。基于最适基于最适pH分分类：酸性蛋白酸性蛋白酶、中性蛋白、中性蛋白酶、碱性蛋白、碱性蛋白酶。基于基于对底物的水解方式分底物的水解方式分类：内：内肽酶和外和外肽酶。黑曲霉：酸性蛋白黑曲霉：酸性蛋白酶(pH2.5-4)；枯草芽枯草芽孢杆菌：中性蛋白杆菌：中性蛋白酶(pH6-8)和碱性蛋白和碱性蛋白酶(pH9-11)；2024/7/285 发酵工程产品的类型发酵工程产品的类型5.3 微生物的代谢产物微生物的代谢产物 淀粉酶淀粉酶 Description of the contents Description ofthe contents Description of the contents乙醇乙醇2024/7/285 发酵工程产品的类型发酵工程产品的类型5.3 微生物的代谢产物微生物的代谢产物 淀粉酶淀粉酶 Description of the contents Description ofthe contents谷氨酸谷氨酸(钠钠)1908年由日本池田菊苗教授发现。年由日本池田菊苗教授发现。谷氨酸棒杆菌和黄色短杆菌是发谷氨酸棒杆菌和黄色短杆菌是发酵法生产谷氨酸的主要菌种。酵法生产谷氨酸的主要菌种。2024/7/285 发酵工程产品的类型发酵工程产品的类型5.4 微生物的转化产物微生物的转化产物 淀粉酶淀粉酶 Description of the contents Description ofthe contents乙酸乙酸(醋酸醋酸)乙酸通过醋酸杆菌发酵生产；乙酸通过醋酸杆菌发酵生产；1863巴斯德发现了醋酸菌；巴斯德发现了醋酸菌；(1)CH3CH2OHCH3CHO(2)CH3CHOCH3COOH醋酸发酵历程醋酸发酵历程2024/7/286 发酵工业发展史发酵工业发展史1900年以前，自然发酵阶段。利用自然发酵酿酒和制醋；年以前，自然发酵阶段。利用自然发酵酿酒和制醋；淀粉酶淀粉酶 Description of the contents Description ofthe contents1900-1940，纯培养发酵阶段。生产甘油、有机酸和丙酮；，纯培养发酵阶段。生产甘油、有机酸和丙酮；1940-1957，深层通气发酵阶段。发酵生产青霉素和维生素；，深层通气发酵阶段。发酵生产青霉素和维生素；1957-1960，代谢调控发酵阶段。发酵生产氨基酸和核苷酸；，代谢调控发酵阶段。发酵生产氨基酸和核苷酸；1960-1979，全面发展阶段。发酵生产单细胞蛋白和新型抗生素；，全面发展阶段。发酵生产单细胞蛋白和新型抗生素；1979-，基因工程阶段。发酵生产胰岛素和干扰素；，基因工程阶段。发酵生产胰岛素和干扰素；2024/7/281 什么是发酵培养基什么是发酵培养基 淀粉酶淀粉酶 Description of the contents Description ofthe contents发酵培养基是人工制备的，适合不同发酵微生物生长繁殖及积累发酵培养基是人工制备的，适合不同发酵微生物生长繁殖及积累代谢产物的营养基源代谢产物的营养基源第二节第二节 发酵培养基的制备与灭菌发酵培养基的制备与灭菌2 发酵培养基制备的原则发酵培养基制备的原则消耗消耗单位位质量的底物量的底物产生最大的菌体或生最大的菌体或产物得率；物得率；获得最高的得最高的产物合成速率；物合成速率；最大限度降低副最大限度降低副产物的生成量；物的生成量；原料来源丰富，价格便宜。原料来源丰富，价格便宜。2024/7/283 工业发酵常用的培养基原料工业发酵常用的培养基原料3.1 碳源：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜，谷物淀粉等作为碳源；碳源：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜，谷物淀粉等作为碳源；淀粉酶淀粉酶 Description of the contents Description ofthe contents3.2 氮源：铵盐、尿素、硝酸盐、玉米浆氮源：铵盐、尿素、硝酸盐、玉米浆选择题选择题下列原料不属于工业发酵常用的碳源原料的是下列原料不属于工业发酵常用的碳源原料的是()A 甘蔗糖蜜甘蔗糖蜜 B 甜菜糖蜜甜菜糖蜜 C 谷物淀粉谷物淀粉 D 硝酸盐硝酸盐2024/7/284 培养基中添加的前体物质培养基中添加的前体物质4.1 案例案例1 淀粉酶淀粉酶 Description of the contents Description ofthe contents发酵法生产色氨酸时，向培养基中添加吲哚能增加色氨酸的产量。发酵法生产色氨酸时，向培养基中添加吲哚能增加色氨酸的产量。选择题：选择题：发酵法生产色氨酸时，向培养基中添加下列何种物质能增加色氨酸的产量（发酵法生产色氨酸时，向培养基中添加下列何种物质能增加色氨酸的产量（）A 吲哚吲哚 B 咪唑咪唑 C 嘌呤嘌呤 D 嘧啶嘧啶2024/7/284 培养基中添加的前体物质培养基中添加的前体物质4.2 案例案例2 Description of the contents Description ofthe contents发酵法生产青霉素发酵法生产青霉素G时，向培养苯乙酸能显著增加青霉素时，向培养苯乙酸能显著增加青霉素G的产量。的产量。选择题：选择题：发酵法生产青霉素发酵法生产青霉素G时，向培养基中添加下列何种物质能显著增加其产量（时，向培养基中添加下列何种物质能显著增加其产量（）A 苯磺酸苯磺酸 B 苯乙酸苯乙酸 C 丙酮丙酮 D 丙酮酸丙酮酸2024/7/285 培养基中添加的促进剂培养基中添加的促进剂5.1 诱导物诱导物 Description of the contents Description ofthe contents诱导物可增加诱导酶（如水解酶类）的产量，进而加速与该酶相关诱导物可增加诱导酶（如水解酶类）的产量，进而加速与该酶相关的一些化学反应的进程的一些化学反应的进程O-硝基半乳糖苷硝基半乳糖苷(ONPG)和异丙基巯基半乳糖苷和异丙基巯基半乳糖苷(IPTG)可诱导大肠可诱导大肠杆菌分泌乳糖酶。杆菌分泌乳糖酶。ONPGIPTG乳糖乳糖2024/7/285 培养基中添加的促进剂培养基中添加的促进剂5.2 表面活性剂表面活性剂增加膜的透性，促进细胞外物质进入细胞内被催化增加膜的透性，促进细胞外物质进入细胞内被催化(胞内酶胞内酶)增加膜的透性，促进细胞内部的酶向细胞外的转移增加膜的透性，促进细胞内部的酶向细胞外的转移(胞外酶胞外酶)影响酶和底物之间的相互作用影响酶和底物之间的相互作用5 培养基中添加的抑制剂培养基中添加的抑制剂添加抑制剂的主要目的：抑制副产物的产生和杂菌的繁殖。添加抑制剂的主要目的：抑制副产物的产生和杂菌的繁殖。2024/7/286 最佳培养基的确定最佳培养基的确定单因素试验：国外学者广泛采用单因素试验：国外学者广泛采用正交试验：由日本学者田口玄一发明正交试验：由日本学者田口玄一发明均匀设计：由我国学者方开泰发明均匀设计：由我国学者方开泰发明2024/7/287 培养基的灭菌培养基的灭菌在发酵工程领域，培养基的灭菌广泛采用加热灭菌法在发酵工程领域，培养基的灭菌广泛采用加热灭菌法灭菌温度通常要在达到灭菌温度通常要在达到121摄氏度或以上摄氏度或以上选择题选择题在发酵工程领域，最广泛采用的培养基灭菌方法是（在发酵工程领域，最广泛采用的培养基灭菌方法是（）A 机械法机械法 B 化学法化学法 C 生物法生物法 D 加热法加热法欲在欲在121摄氏度的温度下将培养基中的微生物全部杀死需要多少分钟（摄氏度的温度下将培养基中的微生物全部杀死需要多少分钟（）A 5 B 10 C 15 D 20判断题判断题达到相同的灭菌效果，提高灭菌温度可明显缩短灭菌时间（达到相同的灭菌效果，提高灭菌温度可明显缩短灭菌时间（）2024/7/28 Description ofthe contents发酵培养基灭菌的方法发酵培养基灭菌的方法1 分批式灭菌方法分批式灭菌方法实消实消该方法适合小型发酵罐内培养基的灭菌。发酵培养基在发酵罐内灭菌，操作简便，该方法适合小型发酵罐内培养基的灭菌。发酵培养基在发酵罐内灭菌，操作简便，但灭菌时间长，培养基中的营养成分容易遭到破坏。但灭菌时间长，培养基中的营养成分容易遭到破坏。2 连续式灭菌方法连续式灭菌方法连消连消该方法适合大型发酵罐内培养基的灭菌。需要专门的灭菌设备，可采用高温短时该方法适合大型发酵罐内培养基的灭菌。需要专门的灭菌设备，可采用高温短时灭菌，对培养基营养成分破坏程度低。灭菌，对培养基营养成分破坏程度低。选择题选择题发酵培养基连续式灭菌设备的组成不包括下列中的（发酵培养基连续式灭菌设备的组成不包括下列中的（）A 连消塔连消塔 B 维持罐维持罐 C 冷却器冷却器 D 闪蒸罐闪蒸罐2024/7/281 发酵工业对菌种的要求发酵工业对菌种的要求 淀粉酶淀粉酶 Description of the contents第第三三节节 发酵菌种及其扩大培养发酵菌种及其扩大培养能在廉价培养基上迅速生能在廉价培养基上迅速生长并大量并大量产生所需的生所需的细胞或代胞或代谢产物；物；选择抗噬菌体能力抗噬菌体能力强的菌株，使之不易感染噬菌体；的菌株，使之不易感染噬菌体；菌种菌种纯，不易，不易变异退化，以保异退化，以保证发酵生酵生产的持的持续性和性和产品品质量量的的稳定性；定性；菌体不是病原菌，不菌体不是病原菌，不产生有害物生有害物质，以保，以保证安全。安全。2024/7/282 发酵菌种的育种发酵菌种的育种 淀粉酶淀粉酶 Description ofthe contents自然自然选育育诱变育种育种杂交育种交育种原生原生质融合育种融合育种基因工程定向育种基因工程定向育种选择题选择题现代发酵工程菌种育种技术的标志是（现代发酵工程菌种育种技术的标志是（）A 诱变育种诱变育种 B 杂交育种杂交育种 C 原生质融合育种原生质融合育种 D 基因工程定向育种基因工程定向育种2024/7/283 发酵菌种保藏方法发酵菌种保藏方法 淀粉酶淀粉酶定期移植保藏法（定期移植保藏法（4摄氏度，氏度，1-2月）月）液体石蜡保藏法（液体石蜡保藏法（4摄氏度，氏度，1-2年）年）真空冷真空冷冻干燥法（干燥法（-18摄氏度以下，氏度以下，10年以上）年以上）甘油冷甘油冷冻保藏法（保藏法（-18摄氏度以下，氏度以下，3-4年）年）选择题选择题下列菌种保藏方法中可将菌种保藏时间最长的为（下列菌种保藏方法中可将菌种保藏时间最长的为（）A 定期移植保藏法定期移植保藏法 B 液体石蜡保藏法液体石蜡保藏法 C 真空冷冻保藏法真空冷冻保藏法 D 甘油冷冻保藏法甘油冷冻保藏法2024/7/284 菌种的复壮菌种的复壮 淀粉酶淀粉酶 Description ofthe contents4.1 什么是复壮什么是复壮对已衰退的菌种已衰退的菌种进行行纯种分离和种分离和选择性培养，使其中未衰退的个体性培养，使其中未衰退的个体获得大量繁殖，重新成得大量繁殖，重新成为纯种群体的措施。种群体的措施。2024/7/285 发酵菌种的扩大培养发酵菌种的扩大培养 淀粉酶淀粉酶5.1 目的目的为每次每次发酵罐的投料提供相当数量的、代酵罐的投料提供相当数量的、代谢旺盛的种子。旺盛的种子。5.2 分分类静止培养和通气培养静止培养和通气培养固体培养和液体培养固体培养和液体培养浅浅层培养和深培养和深层培养培养2024/7/28 淀粉酶淀粉酶 Description ofthe contents5.3 程序程序1 生物反应器生物反应器（发酵罐）（发酵罐）生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置或系统。在体外进行生化反应的装置或系统。生物反应器可分为酶反应器和细胞反应器。生物反应器可分为酶反应器和细胞反应器。第四节第四节 发酵设备发酵设备2 发酵设备分类发酵设备分类2.1 厌氧发酵设备厌氧发酵设备厌氧固体发酵设备厌氧固体发酵设备厌氧液体发酵设备厌氧液体发酵设备2.2 好氧发酵设备好氧发酵设备好氧固体发酵设备好氧固体发酵设备好氧液体发酵设备好氧液体发酵设备判断判断题题目前，发酵工业上最广泛采用的好氧发酵设备几乎均是液体浅层发酵设备（目前，发酵工业上最广泛采用的好氧发酵设备几乎均是液体浅层发酵设备（）机械搅拌通用式发酵罐机械搅拌通用式发酵罐是好氧液体深层发酵广泛应用的设备（是好氧液体深层发酵广泛应用的设备（）2024/7/283 机械搅拌通用式发酵罐的几何尺寸机械搅拌通用式发酵罐的几何尺寸2024/7/284 机械搅拌通用式发酵罐的特点机械搅拌通用式发酵罐的特点通过机械搅拌作用使无菌空气与发酵液混合，提高了发酵液的通过机械搅拌作用使无菌空气与发酵液混合，提高了发酵液的溶氧量。溶氧量。发酵过程容易控制，操作简便；发酵过程容易控制，操作简便；发酵罐内部结构复杂，设备成本高。发酵罐内部结构复杂，设备成本高。能量消耗大，机械搅拌对丝状细胞的培养与发酵不利。能量消耗大，机械搅拌对丝状细胞的培养与发酵不利。简答题简答题简述机械搅拌通用式发酵罐的特点？简述机械搅拌通用式发酵罐的特点？5 机械搅拌通用式发酵罐设计的原则（论述题）机械搅拌通用式发酵罐设计的原则（论述题）n能在长时间运转过程中保持稳定；能在长时间运转过程中保持稳定；n能通气和充分搅拌，满足微生物代谢需要；能通气和充分搅拌，满足微生物代谢需要；n具有具有低的功率消耗和劳动力消耗；低的功率消耗和劳动力消耗；n应配备温度和应配备温度和pH值控制系统以及采样装置；值控制系统以及采样装置；n发酵罐内的蒸发损失不应太多；发酵罐内的蒸发损失不应太多；n具有适宜的径高比，以提高氧的利用率；具有适宜的径高比，以提高氧的利用率；n具有足够的传热面积，以缩短加热或冷却时间；具有足够的传热面积，以缩短加热或冷却时间；n发酵罐内表面应光滑发酵罐内表面应光滑，以保证灭菌彻底，以保证灭菌彻底；n在能满足工艺要求的情况下，使用较便宜的制造材料。在能满足工艺要求的情况下，使用较便宜的制造材料。2024/7/282024/7/28填空题填空题机械搅拌通用式发酵罐常配备的搅拌器有机械搅拌通用式发酵罐常配备的搅拌器有平桨式平桨式、螺旋桨式螺旋桨式和和涡轮式涡轮式三种，其中三种，其中以以涡轮式涡轮式应用得最为普遍。应用得最为普遍。判断题判断题机械搅拌通用式发酵罐搅拌器的作用是提高培养基的溶氧度和促进培养基传质和机械搅拌通用式发酵罐搅拌器的作用是提高培养基的溶氧度和促进培养基传质和传热过程的发生（传热过程的发生（）。）。请思考？请思考？发酵罐内挡板的作用是什么呢？发酵罐内挡板的作用是什么呢？2024/7/284 气升式发酵罐气升式发酵罐1 温度对发酵过程的影响及控制温度对发酵过程的影响及控制1.1 发酵热的组成发酵热的组成发酵过程中释放的净热量称为发酵热。发酵热包括发酵过程中释放的净热量称为发酵热。发酵热包括生物热生物热、搅拌搅拌热热、蒸发热蒸发热和和辐射热辐射热。发酵过程的发酵热为发酵过程的发酵热为Q总总=Q生物生物+Q搅拌搅拌+Q蒸发蒸发+Q辐射辐射第五节第五节 发酵过程控制发酵过程控制1.2 温度对发酵过程的影响温度对发酵过程的影响温度对微生物细胞的影响温度对微生物细胞的影响温度每升高温度每升高10摄氏度，微生物的生长速度加快摄氏度，微生物的生长速度加快1倍。倍。温度对微生物酶的影响温度对微生物酶的影响温度每升高温度每升高10摄氏度，酶反应速度加快摄氏度，酶反应速度加快1倍。倍。温度对培养基物理性质的影响温度对培养基物理性质的影响温度低氧溶解度高，温度高氧溶解度低。温度低氧溶解度高，温度高氧溶解度低。温度对代谢产物形成的影响温度对代谢产物形成的影响金色链球菌在温度低于金色链球菌在温度低于30摄氏度时，主要合成金霉素；在温度高于摄氏度时，主要合成金霉素；在温度高于35摄氏度时，摄氏度时，主要合成四环素。主要合成四环素。1.3 发酵过程温度的控制发酵过程温度的控制控制设备：温度传感器控制设备：温度传感器+换热器（夹套、蛇管或排管换热器）换热器（夹套、蛇管或排管换热器）控制原则：控制原则：(1)接种后适当提高培养基温度；接种后适当提高培养基温度；(2)刚进入对数期时，保持微生物最适生长温度；刚进入对数期时，保持微生物最适生长温度；(3)对数中期，适当降低培养基的温度；对数中期，适当降低培养基的温度；(4)进入稳定期后，再次降低培养基的温度。进入稳定期后，再次降低培养基的温度。判断题：判断题：同一菌株的最适生长温度和最适的代谢产物积累温度往往是一致的（同一菌株的最适生长温度和最适的代谢产物积累温度往往是一致的（）2 pH对发酵过程的影响及控制对发酵过程的影响及控制2.1 微生物生长的最适微生物生长的最适pH细菌细菌6.5-7.5；霉菌；霉菌4.0-6.0；酵母菌；酵母菌3.8-6.0；放线菌；放线菌7.0-8.02.2 pH对微生物及代谢的影响对微生物及代谢的影响影响酶的活性影响酶的活性影响膜电荷状态影响膜电荷状态影响营养物质和代谢产物的解离影响营养物质和代谢产物的解离影响氧的溶解度影响氧的溶解度2.3 pH对微生物及代谢的影响对微生物及代谢的影响影响酶的活性影响酶的活性影响膜电荷状态影响膜电荷状态影响营养物质和代谢产物的解离影响营养物质和代谢产物的解离影响氧的溶解度影响氧的溶解度2.4 影响发酵液影响发酵液pH下降的因素下降的因素碳源过量碳源过量氧含量过低氧含量过低微生物酸性生理物质的存在微生物酸性生理物质的存在2.5 影响发酵液影响发酵液pH上升的因素上升的因素氮源过剩氮源过剩微生物碱性生理物质的存在微生物碱性生理物质的存在补料过剩补料过剩2.6 发酵过程发酵过程pH控制的方法控制的方法调节初始调节初始pH控制碳源和氮源的种类和比例控制碳源和氮源的种类和比例发酵过程中向培养基中加入弱酸和弱碱发酵过程中向培养基中加入弱酸和弱碱发酵过程中及时补料（培养基）发酵过程中及时补料（培养基）向培养基中加入碳酸钙向培养基中加入碳酸钙发酵过程中向培养基中加入尿素发酵过程中向培养基中加入尿素3 溶解氧对发酵过程的影响及控制溶解氧对发酵过程的影响及控制3.1 临界溶解氧浓度临界溶解氧浓度不影响微生物呼吸时的最低溶解氧浓度称为临界溶解氧浓度。不影响微生物呼吸时的最低溶解氧浓度称为临界溶解氧浓度。判断题在临界溶解氧浓度以下，溶解氧是菌体生长的限制因素（）。在临界溶解氧浓度以上，溶解氧是菌体生长的限制因素（）。为了使微生物积累特定的代谢产物，培养基中的溶解氧浓度必须达到临界溶解氧浓度（）。3.2 溶解氧监测方法溶解氧监测方法发酵工业最常用的溶解氧监测方法是发酵工业最常用的溶解氧监测方法是覆膜氧电极法覆膜氧电极法。2024/7/282024/7/284 基质浓度对发酵的影响及控制基质浓度对发酵的影响及控制4.1 基质浓度对发酵的影响基质浓度对发酵的影响假定在任何时间（假定在任何时间（t），微生物细胞数目的增长率（），微生物细胞数目的增长率（dN/dt）正比于已经存在的）正比于已经存在的总细胞数目（总细胞数目（N），则得：），则得：dN/dt=N。经积分得：经积分得：lnNt-lnN0=t，对于一倍增时间，对于一倍增时间，t=td,Nt=2N0的培养物：的培养物：ln2N0-lnN0=td。易得：。易得：=ln2/td。4.2 补料控制方法补料控制方法连续流加不连续流加多周期流加4 泡沫对发酵过程的影响及控制泡沫对发酵过程的影响及控制4.1 泡沫产生的原因泡沫产生的原因发酵液中的泡沫主要是由于发酵液中的泡沫主要是由于蛋白质和胶体物质蛋白质和胶体物质形成的。形成的。4.2 泡沫对发酵过程产生的负面影响泡沫对发酵过程产生的负面影响导致发酵罐的装填系数降低；导致发酵罐的装填系数降低；导致发酵产物的损失；导致发酵产物的损失；增加了发酵液染菌的几率；增加了发酵液染菌的几率；导致目标产物产量的下降。导致目标产物产量的下降。4.3 发酵过程泡沫的消除与控制发酵过程泡沫的消除与控制化学消泡法化学消泡法机械消泡法机械消泡法判断题：判断题：机械消泡法是发酵工业最广泛采用的消除发酵液中泡沫的方法（机械消泡法是发酵工业最广泛采用的消除发酵液中泡沫的方法（）。）。填空题：填空题：发酵工业上常用的化学消泡剂有发酵工业上常用的化学消泡剂有聚醚类聚醚类、硅酮类硅酮类和和高级醇类高级醇类三种。三种。5 杂菌与噬菌体污染的控制杂菌与噬菌体污染的控制5.1 杂菌与噬菌体的检测杂菌与噬菌体的检测最常用的杂菌检测方法是显微镜观察法；最常用的杂菌检测方法是显微镜观察法；最常用的噬菌体检测方法是双层琼脂平皿检测法。最常用的噬菌体检测方法是双层琼脂平皿检测法。5.2 发酵液感染噬菌体的现象发酵液感染噬菌体的现象菌体停止生长菌体停止生长发酵液吸光度下降发酵液吸光度下降耗糖缓慢或停止耗糖缓慢或停止产物合成减慢或停止产物合成减慢或停止pH上升或出现大量泡沫上升或出现大量泡沫、5.3 发酵过程中污染杂菌或噬菌体的原因发酵过程中污染杂菌或噬菌体的原因种子污染种子污染灭菌不彻底灭菌不彻底空气带菌空气带菌设备渗漏设备渗漏操作不规范操作不规范、5.4 发酵过程中污染杂菌或噬菌体的处理发酵过程中污染杂菌或噬菌体的处理种子罐染菌或噬菌体的处理种子罐染菌或噬菌体的处理高压灭菌后排掉高压灭菌后排掉发酵罐染菌或噬菌体发酵罐染菌或噬菌体发酵前期，染菌或噬菌体，高压灭菌后，重新接种；发酵中后期，发酵前期，染菌或噬菌体，高压灭菌后，重新接种；发酵中后期，如果染噬菌体，杀菌后提前放罐或废弃，如果染菌，加杀菌剂、如果染噬菌体，杀菌后提前放罐或废弃，如果染菌，加杀菌剂、降温或提前放罐。降温或提前放罐。