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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章,发酵的中间控制之二,pH,的控制,1,第一节、温度控制,一、发酵热,定义：发酵过程中释放出来的净热量，以,J/,（,m,3,.h),为单位，由产热因素和散热因素两方面所决定的,.,Q,发酵,Q,生物,+ Q,搅拌,- Q,蒸发,- Q,辐射,发酵热包括：生物热、搅拌热、蒸发热、辐射热,2,1,、生物热（,Q,生物）,主要来源：碳水化合物、脂肪和蛋白质被微生物分解成,CO,2,、水和其他物质时释放出来的。,释放的能量：高能化合物,+,热,3,2,、搅拌热,(Q,搅拌,),主要来源：液体之间、液体与搅拌器等设备之间的摩擦产生。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计,Q,搅拌,P/V*3600 (kJ,h),式中：,P/V,通气条件下，单位体积发酵液搅拌功率，,(kW/m,3,),；,3600,机械能转变为热能的热功 当量，,(kJ,(kWh),。,4,3,、蒸发热,主要来源：通气引起发酵液水分的蒸发，被空气和蒸发水分带走的热量叫做蒸发热或汽化热。可按下式计算：,Q,蒸发,G (I,出一,I,进,),式中：,G,空气的重量流量，,(kg,干空气,h),；,I,出、,I,进,发酵罐排气、进气的热焓，,(kJ,kg,干空气,),。,5,4,、辐射热,(Q,辐射,),主要来源：因发酵罐内外温度不同，发酵液中有部分热通过罐体向外辐射。,Q,发酵,Q,生物,+ Q,搅拌,- Q,蒸发,- Q,辐射,6,二、发酵热的测定及计算,(1),通过测量一定时间内冷却水的流量和冷却水进出口温度，用下式计算,P61,：,Q,发酵,Gc,w,(t,2,t,1,),V,如果需要求生物热时：,Q,生物,Q,发酵,- Q,搅拌,+Q,蒸发,+ Q,辐射,7,(2),通过罐温度的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自控装置，测量温度随时间上升的速率，按下式求出发酵热：,Q,发酵,= (m,1,c,l,+m,2,c,2,)*u,其中：,m,1,发酵液的质量，,kg;,c,l,发酵液的比热，,kJ/(kg*,C,),；,m,2,发酵罐的质量，,kg,；,c,2,发酵液的比热, kJ/(kg*,C,),；,u,温度上升速率,C/h,。,8,抗生素发酵过程中的最大发酵热约为,300050000kJ,(m,3.,h),；,谷氨酸发酵过程中的最大发酵热约为,70008000kJ,(m,3.,h),。,9,三、温度对生长的影响：,生物体的生命活动可以看作是相互连续进行酶反应的表现，任何酶促反应又都和温度有关，通常在生物学的范围内每升高,10,，生长速度就加快一倍，所以温度直接影响酶反,应,，从而影响着生命体的生命活动。,高温杀菌的机理：,温度与微生物生长的关系：温度三基点,10,11,嗜热微生物,嗜热微生物是一类生活在高温环境中的微生物，如火山口及其周围区域、温泉、工厂高温废水排放区等。,兼性嗜热菌,专性嗜热菌,极端嗜热菌,耐热菌,超嗜热菌,嗜热菌的类型：,12,隐蔽热网菌,（,Pyrodictium occultum,）,嗜酸热硫化叶菌,-105,（,Sulfolobus acidocaldarius,）,水生嗜热杆菌,95.95,(,Thermus aquaticus,),13,四、温度对发酵的影响 ：,从酶反应动力学来说，温度越高，反应越快；,温度越高，酶失活越快，菌体易衰老；,通过影响溶氧从而影响发酵；,温度影响生物合成方向金霉素；,同一菌种的生长和产物合成的最适温度往往不同。,影响酶系组成及酶的特性米曲霉（蛋白 酶、淀粉酶和纤维素酶）。,青霉素：,30,24.7,乳酸链球菌：,34,不超过,30,14,温度影响生物合成方向,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。,15,五、最适温度的控制,最适合成,略高,最适生长,放罐,1,、不同生长阶段，不同培养目的而改变；,16,其它发酵条件：通气，培养基情况,四环素：,030h,，稍高；,30150h,，稍低，以延长抗生素的分泌期，,150h,后，升温刺激抗生素的分泌，能使最后,24h,的发酵单位提高,50,以上,.,青霉素：,0,5h,30,;,6,35h,25,;,36,85h,20,最后,40h,25,.,采用这种变温培养比,25,恒温培养的抗生素产量提高,14.7%.,17,第二节、,pH,值的控制,一、,pH,值对菌体生长和代谢产物形成的影响,(,一,),影响,1,、每种微生物都有自己的生长最适,pH,值。,2,、同种微生物，,pH,值的不同，会形成不同的发 酵产物黑曲酶（,pH2,3,时产生柠檬酸，,pH,近中性时，积累草酸和葡萄糖酸）。,3,、微生物生长的最适,pH,值和发酵的最适,pH,值往 往不一定相同,P62,表,7,1,。,18,(,二,),、,pH,值影响的主要原因：,1,、发酵液的,pH,值影响细胞质膜上的电荷。,2,、发酵液的,pH,值直接影响酶的活性。,3,、发酵液的,pH,值影响营养物和中间代谢产物的 离解，从而影响微生物的利用。,19,二、影响,pH,值变化的因素,在发酵过程中,pH,值变化决定于微生物种类、基础培养基的组成和发酵条件。,20,引起变化的途径,糖和脂肪在通气充足时，糖和脂肪得到完全氧化，产物为二氧化碳和水；在通气不充足时，糖和脂肪的氧化不完全，产生有机酸类的中间产物。这些都使培养基的,pH,值下降，其差别仅是下降程度不同。,21,如果无机氮源被同化，则培养基,pH,值也会随其种类而变化。属于生理酸性盐,(,被微生物利用后生酸的盐,),的铵盐利用后，与其结合的酸游离，使,pH,值下降；属于生理碱性盐的硝酸盐,(,或有机酸盐,),被利用后，则释放碱使其,pH,值上升。,22,如果有机氮源被利用，则培养液的,pH,值随酶作用的情况不同也有不同的结果。在脱氮的情况下，蛋白质被分解而放出氨，同时生成酸类使其,pH,值下降，在脱羧的情况下，蛋白质分解放出氨，同时生成碱性胺，使,pH,值上升。,23,一般说来，培养基中的碳氮值,(C,N,值,),高，则发酵液倾向于酸性，反之则倾向于碱性或中性。,24,三、发酵过程,pH,值的调节及控制,1,添加碳酸钙法,采用生理酸性铵盐作为氮源时，由于,NH,4,+,被菌体利用后，剩下的酸根引起发酵液,pH,下降，在培养基中加入碳酸钙，就能调节,pH,值作用。但是，碳酸钙的用量甚大，操作上易引起染菌的危险，此法一般不采用。,25,2,氨水流加法（硫酸胺）,在发酵过程中根据,pH,值的变化流加氨水调节,pH,值，且作为氮源，供给,NH,4,+,。氨水价格便宜，来源容易。但是，氨水作用快，对发酵液的,pH,值波动影响大，应采用少量多次流加，以免造成,pH,值过高，抑制菌体生长，或,pH,值过低，,NH,4,+,不足等现象。最好能够采用自动控制连续流加方法。,26,3,尿素流加法,是目前国内味精厂普通遍采用的方法。以尿素作为氮源进行流加调节,pH,值，由于,pH,值变化具有一定的规律性，易于操作控制。,氨和培养基成分被菌体利用并形成有机酸等中间代谢产物，使,pH,值降低，这时就需要及时流加尿素，以调节,pH,值和补充氮源。由于通风、搅拌和菌体尿酶作用使尿素分解放氨，使,pH,值上升。,27,4,加入缓冲剂,(,如磷酸盐,),制成缓冲能力强、,pH,值改变不大的培养基；调节通气量来控制,pH,值。补料是一个较好的办法，既调节培养液的,pH,值，有利于灭菌，又可补充营养，增加培养基的浓度和减少阻遏作用，进一步提高发酵产物的产率。,28,氨水,29,
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