基质浓度对发酵的影响及控制

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,*,基质浓度对发酵的 影响及控制,基质即培养微生物的营养物质，是菌体生长和产物形成的物质基础。,基质的组成和浓度对发酵过程有很大的影响。,基质对发酵的影响,（,1,）基质浓度对菌体生长的影响,最初菌体比生长速率与之成正比；后来比生长速率达到最大；后保持不变。,（,2,）基质浓度对产物形成和发酵液特性的影响,浓度过高引起阻遏现象；菌体生长旺盛，传质或溶氧传递差，从而影响菌体生长等。,基质浓度的控制,工业发酵中，常采用中间补料的方法来控制基质的浓度。,选择合适的补料内容，补料方式，反馈控制参数。,补料内容包括什么？需注意什么？,补料的方式指什么？,补料方式：分批补加和连续流加,连续流加：等速补料和变速补料,补料方式要根据基质种类、消耗速度、用量、发酵条件、菌种特性和种子质量及产物形成速率来判断。,反馈控制参数：直接和间接,直接控制是指直接以限制性营养物浓度作为反馈控制参数，例如控制氮源、碳源等。,间接控制是指以溶氧、,PH,、呼吸商、排气中二氧化碳分压及代谢物质浓度等作为反馈控制参数。,举例,碳源的影响和控制,氮源的影响和控制,磷酸盐的影响和控制,一、碳源,种类：葡萄糖,优点：,吸收快，利用快，能迅速参加代谢合成菌体和产生能量,缺点：,有些品种产生分解产物 阻遏效应。,一）、碳源种类的影响及控制,迅速利用的碳源,缓慢利用的碳源,种类：淀粉、乳糖、蔗糖、麦芽糖、玉米油,优点：,不易产生分解产物 阻遏效应。,有利于延长次级代谢产物的分泌期,缺点：溶解度低，发酵液粘度大。,发酵工业中常采用含迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源的混合碳源。,迅速利用的碳源满足菌体生长的消耗，缓慢利用的碳源，满足产物合成，可延长合成期，提高产量，并可解除葡萄糖效应。,碳源种类的控制,二）、碳源浓度的控制,在发酵过程中，补加糖类控制碳源浓度,补料的类型：,1,、流加,2,、少量多次的加入,3,、多量少次的加入,残糖量,pH,值,Qc,X,指发酵液的菌体浓度，单位为（,g,干菌体,/L,）,粘度,溶氧,尾气中,O,2,和,CO,2,的含量,发酵液的总体积,补糖的依据：,根据经验，以最高产量的罐批的加糖率为指标，并依据菌体浓度、一定时间内的糖比消耗速率和残糖等加以修正。,例：,青霉素发酵开始补糖在残糖降至,1.5%,pH,开始回升时补糖。补糖量以最高罐批经验量为参考。,每小时 前期,040h,中期,4090h,后期,90,以后,加糖量,0.08%-0.15%0.15%-0.18%0.15%-0.18%,补糖量的控制：,经验法：,补糖的控制,把计算的加糖量，输入计算机，由计算机控制加料装置精确控制加入的糖量。,二、氮源的影响和控制一）氮源的种类影响,种类：氨水、铵盐和玉米浆,优点：,易被菌体利用，明显促进菌体生长,缺点：,对于有些品种高浓度的铵离子抑制产物合成,迅速利用的氮源,缓慢利用的氮源,种类：黄豆饼粉、花生饼粉、和棉子饼粉,优点：,利用缓慢，有利于延长次级代谢产物的分泌期。,防止早衰。,缺点：溶解度低，发酵液粘度大。,发酵工业中常采用含迅速利用的氮源和缓慢利用的氮源的混合氮源。,迅速利用的氮源促进菌体生长繁殖，缓慢利用的氮源，满足产物合成，可延长合成期，延缓自溶期。,二）氮源种类的控制,三）氮源浓度的影响控制,氮源浓度对菌体生长和产物合成的量与方向都有影响。,氮源浓度的控制：,控制基础培养基中的配比。,通过补加氮源。,如何补加氮源呢？,在发酵过程中具体补加氮源来控制其浓度：,1.,补加某些具有调节生长代谢作用的有机氮源，如酵母粉、玉米浆、尿素等。,2.,补加氨水或硫酸铵等无机氮源,当,pH,偏低又需补氮时，可通入氨气；,当,pH,偏高又需补氮时，可加入生理酸性物质如硫酸铵等。,补氮的依据：,残氮量、,pH,值、菌体量,补氮量的控制,：,经验法：,依据使,pH,升高,0.1,而通入氨水的量来计算。,依据残氮量和工艺控制残氮量来计算。,例：土霉素发酵,50m,3,发酵罐使,pH,升高,0.1,通氨量为,10,升。使氨基氮上升,0.004%-0.005%,。,动力学方法；,通过,q,N,、,、,q,P,，,计算每小时的补氮量。,磷酸盐能明显促进产生菌的生长。,菌体生长所允许的磷酸盐浓度比次级代谢产物合成所允许的浓度大得多，两者平均相差几十至几百倍。,10mmol,的磷酸盐就明显地抑制次级代谢产物的合成。,适合微生物生长的磷酸盐浓度是,0.3,300mmol,，适合次级代谢产物合成所需的浓度平均仅为,0.1mmol,。,三、磷酸盐的影响和控制一）磷酸盐源的影响,磷酸盐对初级代谢产物合成的调节往往是通过促进生长而间接产生的，对次级代谢产物生物合成的调节有多种可能的机制。,在基础培养基中采用适当的磷酸盐浓度,抗生素发酵中常采用亚适量的磷酸盐浓度,亚适量：对菌体生长不是最适量但又不影响菌体生长的量。,磷酸盐的最适浓度必须结合当地的具体条件和使用的原材料进行实验确定,磷酸盐的控制,一般磷酸盐采用单消，防止发生沉淀反应使溶磷量达不到最适量。,要控制有机氮源中的磷含量，以防溶磷量超过最适量。,当菌体生长缓慢时，可适当补加适量的磷，促进菌体生长。,初级代谢产物发酵对磷酸盐的要求不如次级代谢产物发酵严格,发酵过程中，必须根据产生菌的特性和各个产品生物合成的要求，对基质的品种及用量进行深入细致的研究，方可取得良好的效果。,结束语,