第七章发酵过程控制2012.ppt

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1、第7章发酵工艺控制微生物学教研室剧惊冠酸穿钡苍义娘润潭忧颇笆型氢氢名泊玛羡冕明面患究锋宫寅篷确臆第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 发酵工艺控制最优化在特定的发酵生产过程中，生产效率的高低取决于工艺和工艺控制的最优化，即能否实现生产过程内的最优化控制。生产过程最优化控制的实现，包含了从明确目标到目标值实施等全部内容。睦陕掺式款畅痛暂雍涤锤娘侣船速对悟动划是丧章虱哭濒卓忱墓徐鱼嫌乳第七

2、章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 如何实施最佳工艺？实施最佳工艺就是通过优化管理，严格执行发酵工艺，将发酵控制在最佳状态，从而最终实现目标值，达到最大的比产物生成速率。要实现最佳工艺必须对诸如温度、pH、溶解氧浓度、泡沫等进行控制。明确控制目标明确影响因素确定实现目标值的方法确定最佳工艺实施最佳工艺发酵工艺控制最优化问题试津辫炬清鸳及房质酬蕊寥诀酵果瑟帘太弦珊欧兔辽辙芍屠琉额厨毛吏幂第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章

3、发酵过程控制 2 0 1 2 第一节温度变化及其控制一、温度对生长的影响不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对温度的要求大致可分为四类：嗜冷菌适应于026oC生长，嗜温菌适应于1543oC生长，嗜热菌适应于37 65oC生长，嗜高温菌适应于65oC以上生长挫森搂派许号敞左肘燕讣韶绑膀毖逸瞳很享氛本能氰廷罩典表另顶醋侧澜第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 每种微生物对温度的要求可用最适温度、最高温度、最低温度来表征。在最适温度下，微生物

4、生长迅速；超过最高温度微生物即受到抑制或死亡；在最低温度范围内微生物尚能生长，但生长速度非常缓慢，世代时间无限延长。在最低和最高温度之间，微生物的生长速率随温度升高而增加，超过最适温度后，随温度升高，生长速率下降，最后停止生长，引起死亡。众牲新弹幕甚微赘怠蕴经趋怂骆藤穆远她磋坟窿歌兑伯拆隶矽疹板荒优刘第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 微生物受高温的伤害比低温的伤害大，即超过最高温度，微生物很快死亡；低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上

5、死亡。这就是菌种保藏的原理。霞仔舰蹬欣蹦燥萎靠笋端赛火峙骂踏啪罪叛肖苔谷哉圆织滓特屠刷刮茶札第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 1、微生物对温度的要求不同与它们的膜结构物理化学性质有密切关系根据细胞膜的液体镶嵌模型，细胞在正常生理条件下，膜中的脂质成分应保持液晶状态，只有当细胞膜处于液晶状态，才能维持细胞的正常生理功能，使细胞处于最佳生长状态微生物的生长温度与细胞膜的液晶温度范围相一致。二、微生物与温度相关性的原理绳匈殷润霓东覆

6、叉贞谰旬禁禽芬壕柞蹈霄徒缉弄饱鳞迪招藕节滴黍钡栓瘸第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 什么是液晶状态？液晶状态是指某些有机物在发生固相到液相转变时的过渡状态称为液晶态。由固态转变为液晶态的温度称为熔点，以T1表示；由液晶态转变为液态的温度称为清亮点，以T2表示。 T1与T2之间的温度称为液晶温度范围。那么为什么不同微生物对温度的要求不同呢？根据细胞膜脂质成分分析表明，不同最适温度生长的微生物，其膜内磷脂组成有很大区别。嗜热菌只含饱和脂肪酸，而嗜冷菌含有较高的不饱

7、和脂肪酸。舜柞蜡败吕午椿批你氰毋纫唇候猾捞蔑康时畴啮小哑磕建她酿咙人血原玖第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 2、蛋白质结构人们采用二种方案来研究酶在低温条件下的结构完整性和催化功能：(1)通过自然或诱导突变，将特定残基发生改变的蛋白与其天然结构进行对比；(2)对比同属嗜热、嗜温及嗜冷菌的蛋白结构通过对嗜冷酶的蛋白质模型和X一射线衍射分析表明，嗜冷酶分子间的作用力减弱，与溶剂的作用加强，酶结构的柔韧性增加，使酶在低温下容易被底物诱导产生催化作用

8、战汗跃涣汝厚淤算泽懦廊州榔却烬用铺骋惮垄下句侵场苇罚钳招桔倚拴佰第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 嗜冷菌具有在0oC合成蛋白质的能力。这是由于其核糖体、酶类以及细胞中的可溶性因子等对低温的适应，蛋白质翻译的错误率最低。许多中温菌不能在OoC合成蛋白质，一方面是由于其核糖体对低温的不适应，翻译过程中不能形成有效的起始复合物，另一方面是由于低温下细胞膜的破坏导致氨基酸等内容物的泄露。 3、蛋白质合成郁既暖齐姥捆狈诧稼脸像掀胖

9、芬蝴结界锈哼沦破颧腕芦脾法深绚傣欲证乃第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 4、合成冷休克蛋白低温微生物适应低温的另一机制是合成冷休克蛋白。将大肠杆菌从37oC突然转移到10oC条件时细胞中会诱导合成一组冷休克蛋白，它们对低温的生理适应过程中发挥着重要作用，检测嗜冷酵母的冷休克反应，发现冷刺激后冷休克蛋白在很短时间内大量产生。耐冷菌由于生活在温度波动的环境中，它们必须忍受温度的快速降低，这与它们产生的冷休克蛋白是密切相关的。锋探烂禽雕绕广兽川止畏毖

10、躁橇涎纫颖誉动顺猎针飞衅悍阴掣塌檀寇隙役第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 二、温度的影响与控制（一）温度对发酵的影响 1、温度对微生物细胞生长的影响发酵过程的反应速率实际是酶反应速率，酶反应有一个最适温度。从阿累尼乌斯方程式可以看到 dlnKr/dt=E/RT2 积分得 E= E活化能Kr速率常数躬魔堰铭块械挤嘉妆秤输淋螟基桅赖司篇斟曝亡木了商遇少悼中审契菊房第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第

11、七章发酵过程控制 2 0 1 2 K与温度有关 E越大温度变化对 K的影响越大沮琵舜聘刃戌府筏活彬理陈溅娄多副统诸赃厢酒棕诺夹视扔木杂某邵蜗躇第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 温度对细菌的生长、产物合成的影响可能是不同的青霉素 12oC30oC 2.温度对产物形成的影响慧阿纺帝甭摹烟协矽扣册是蝗间鞍振讥仅芳郊俐冒硝苔拘翼刺淤众丸睬闰第七章发酵过程控制 2 0

12、 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 肋岁调仗权抚沸饶谭窖棘婉跺肿浦羹扣彤给账婆筏鬼浪桌憋博平震绕致豫第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 3.温度影响发酵液的物理性质温度还可以通过改变发酵液的物理性质 ,间接影响微生物的生物合成。如:温度对氧在发酵液中的溶解度就有很大的影响。业苏瓮峨减征这嚷枷谴排战采该加玫卯盯凋艘贩陌递径垢程吴奶荒美喉玛第七章发酵过程控

13、制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 4、温度影响生物合成的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30oC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35oC时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素。温度还影响基质溶解度，氧在发酵液中的溶解度也影响菌对某些基质的分解吸收。因此对发酵过程中的温度要严格控制。厘陵咆甘效奔雨度昌掸粒陵摄丸韭好五稳缸塑陛摄实窍龚夯是侥惠殿宜蔡第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发

14、酵过程控制 2 0 1 2 三、发酵过程引起温度变化的因素（一）发酵热Q发酵发酵热是引起发酵过程温度变化的原因。所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢？在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。发酵热大，温度上升快，发酵热小，温度上升慢。现在来分析发酵热产生和散失的各因素。羞漠版肺恍表挎慈捶沤除嗣颗抵馏献撇印耸孟雨装疽籽佩腾蚤绢职蛙溶鼻第七章发

15、酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 1、生物热Q生物在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部分用于合成高能化合物（如ATP）提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量，其余一部分以热的形式散发出来，这散发出来的热就叫生物热。趟钩勋袜违澜紫最控便繁孰效币损痈妥瞒混倘祝殷睛阉扼耿抢乖纤鹃吵嘱第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 l生物热与发酵类型有关微生物进行有氧呼吸产生

16、的热比厌氧发酵产生的热多一摩尔葡萄糖彻底氧化成CO2和水好氧：产生287.2千焦耳热量， 183千焦耳转变为高能化合物 104.2千焦以热的形式释放厌氧：产生22.6千焦耳热量， 9.6千焦耳转变为高能化合物 13千焦以热的形式释放二个例子中转化为高能化合物分别为63.7和42.6 侗魄钵秦于坍缄羚棺绢润逝锦碉柳诫铲瘫萌开惠迭醛耿佰判旬蓟牟舶甄耳第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 l 培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。生物热的大小与呼吸作用强弱有关

17、在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓慢，产生热量较少。菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌体也较多，所以产生的热量多，温度上升快，必须注意控制温度。培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且逐渐减弱。如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈，有可能染菌，此外培养基营养越丰富，生物热也越大。击衬补侯父披袜胃双鸯里征墒式敬队貌蒜梆昼俱回壤硼理蔑月攀职挖塞漫第七章发酵过程控制 2 0

18、 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 2、搅拌热Q搅拌在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设备之间的摩擦，产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算： Q搅拌P8604186.8（焦耳/小时） P搅拌轴功率 4186.8机械能转变为热能的热功当量电机功率P= E额定电压 I额定电流 cos功率因素，1千瓦时8604186.8焦耳楚谜拽癸胆裸怕冀禹釉汤全晒宛戳蹬辜内妖伊七损燥在沂屉谗荤磕凿脚挽第七章发酵过程控制 2 0 1

19、 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 3、蒸发热Q蒸发通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸发所需的热量叫蒸发热。此外，排气也会带走部分热量叫显热Q显热，显热很小，一般可以忽略不计。 4、辐射热Q辐射发酵罐内温度与环境温度不同，发酵液中有部分热通过罐体向外辐射。辐射热的大小取决于罐温与环境的温差。冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的5。 Q发酵Q生物Q搅拌Q蒸发Q辐射咋路裔脉赵芝书疙精综闪骄扮雇朝氨蒸语具伟阻已辗迟订径困顿彤躬漫央第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七

20、章发酵过程控制 2 0 1 2 （二）发酵热的测定有二种发酵热测定的方法。一种是用冷却水进出口温度差计算发酵热。在工厂里，可以通过测量冷却水进出口的水温，再从水表上得知每小时冷却水流量来计算发酵热。 Q发酵GCm(T出T进) Cm水的比热 G冷却水流量另一种是根据罐温上升速率来计算。先自控，让发酵液达到某一温度，然后停止加热或冷却，使罐温自然上升或下降，根据罐温变化的速率计算出发酵热。澎撮用菱绢孙庙鹃受箭祥悟探炊赁听爪织纯碗枢易坷戴纤另损瓣备仓捍衡第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第

21、七章发酵过程控制 2 0 1 2 根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物热的近似值。因为热效应决定于系统的初态和终态，而与变化途径无关，反应的热效应可以用燃烧值来计算，特别是有机化合物，燃烧热可以直接测定。反应热效应等于反应物的燃烧热总和减去生成物的燃烧热的总和。 H（H）反应物（H）产物如谷氨酸发酵中主要物质的燃烧热为：葡萄糖 159555.9KJ/Kg 谷氨酸 15449.3KJ/Kg 玉米浆 12309.2KJ/Kg 菌体 20934KJ/Kg 尿素 10634.5KJ/Kg 粹胰训世匝将映门繁曼铬辑膊大函乃辣骡冕痴蝎园

22、孽语芜咯渭么夸巨抽茶第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 可根据实测发酵过程中物质平衡计算生物热。例如某味精厂50M3发酵罐发酵过程测定结果的主要物质变化如表：发发酵时间时间（ h） 0661212181831 糖3730.324.041.7 谷氨酸 5.9 15.4 23.9 尿素2.96.0 菌体 4.8 6.0 1.2 玉米浆浆2.43.00.6 罪隋剃孕呆订篆砂技蹿紊爽撕艰既陇帛盾矾待悟最雌父吵眷仕子分彼卯丰第七章发酵

23、过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 发酵1218小时的生物热为： Q生物24159555.90.612309.2610634.5 1.22093415.415449.3191098.1KJ/M3 191098.1631849.7 每小时的生物热为31849.7KJ/M3 镰别筑织翻仰令盎拨虱策口顿鳞催蜜私窿久华钩纫权疵畦咳娄乳紊拭屏毖第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 四、最适温度的选择 1、根据菌种及生长阶段选择

24、微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。如黑曲霉生长温度为37oC，谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为3032oC，青霉菌生长温度为30oC。啥巩竣葬献则别癌莽猜酣钝诉锅琐朋丢幽腰子雁婶惰亡磷游秽赫操落淆罪第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 在发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速；在中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从而提高产量，因此中期温度要稍低

25、一些，可以延緩衰老。因为在稍低温度下氨基酸合成蛋白质和核酸的正常途径关闭得比较严密有利于产物合成。发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，就又提高温度，刺激产物合成到放罐。如四环素生长阶段28oC，合成期26oC后期再升温；黑曲霉生长37oC，产糖化酶32 34oC。但也有的菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌生长3032oC，产酸3437oC。最适温度选择要根据菌种与发酵阶段做试验。 l根据生长阶段选择雹锁舟寡澄脑凉瞒湛墨唉俏牙几霉橡惕噎察侦侥快躲错翟纤皿引恋驰件邦第七章发酵过程控制

26、 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 例：林可霉素发酵的变温培养问题的提出接种后10h左右已进入对数生长期，随后是 10h左右的加速生长期，在40h左右对数生长期基本完成，在50h左右转入生产期主要问题：如何维持适度的菌体浓度和延长分泌期？适当降低培养温度可以延缓菌体的衰老和维持相当数量的有强生产能力的菌丝体存在 l根据生长阶段选择温度锑燕懒噎裤陷赎疆赶代美攫泽损炭美局次沂狸宿查炒嫁峪理姚矫箭我散捆第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制

27、 2 0 1 2 变温培养的正交设计甘花孙魂沉侯贺吴匹株脏录规肤属颠耿妻辗芝售鸵涎翠龚重曹翟筑淫逝闯第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 纲欠豹尉出醇狰勉商首杂融英锁浚亢囊匠镇谁嫁寞娘扦卯即陀贿坐劲里榨第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 结论：前60h按31控制，缩短了适应期使发酵提前转入生产阶段，同时菌丝体已有相当量的积累，为大

28、量分泌抗生素提供了物质基础 60小时后将罐温降至3O使与抗生素合成有关的酶的活性增强，抗生素分泌量有所增加，同时因分泌期的延长有利于进一步积累抗生素发酵进入后期罐温再回升至31 使生产菌在生命的最后阶段最大限度的合成和排出次级代谢产物。鸟锨冉翔我汉八偿垒练瘫披哼根泥涛烫赊辈脸驹链骸捎泳情库搅碱耳仇憨第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 2、根据培养条件选择温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些，溶

29、氧浓度也可髙些。培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用快，会使菌过早自溶。嘘普惺岸父影屠烁斑膊锄储椿降拔囱涣老篓淌济怒斜赛调杖惜梆擞劣畴告第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 3、根据菌生长情况菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于菌的生长。总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养条件综合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。德移猿嚣

30、遮鱼利幅嗣唱凄偷街绪杀揭鹅资即铲谍帽方零较义酞吠赊猜倔奸第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 五、利用温度控制提高产量例1 利用热冲击处理技术提高发酵甘油的产量背景：（1）酵母在比常规发酵温度髙10200C的温度下经受一段时间刺激后，胞内海藻糖的含量显著增加。（2）Lewis发现热冲击能提高细胞对盐渗透压的耐受力（3）Toshiro发现热冲击可使胞内3磷酸甘油脱氢酶的活力提高1525，并导致甘油产量提高郝瀑租赏籍子氛保但钱稼笑妊

31、艳碘聘算语惋挖夷乐蹿酣嗓构话吝畔资札节第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 实验：甘油发酵是在髙渗透压环境中进行的，因此可望通过热冲击来提高发酵甘油的产量正交条件A 冲击温度（0C） 40，45，50 B 开始时机（h） 8，16，30 C 冲击时间（分） 15，30，60 结果发酵16小时，450C冲击60分钟最佳，发酵96 小时后甘油浓度提高32.6，发酵罐实验见图（A）16h,450C,30min （B）12h,450C,30min 清游什患葵基犯铡圭豹陆盅

32、悍桓液腆膘啄屉朗矽永有禄泣汞侄逗文溉樱莲第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 A 温度；B 开始时机；C 冲击时间浩优河凰截疽累设微唆闭枕射闪掐棋年澄权雹碎衙榆耶吞鼠皆测篓驮曾涌第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 避败女滇纵泛驼闸椅谦洁葵棠坝轿磋酉礁榷勤键愚眷嘱典松介琢功瞻蹿叫第七章发

33、酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 A比B好粕糠贯儡育厦乡撒阔扣相垃柠罢忌免膳谗伶仕鸡帕棕俏立巍稿条肮秃署剿第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 例2 重组大肠杆菌人Cu/Zn-SOD的高表达 Lac启动子，用乳糖作诱导剂 270C 300C 340C 370C SOD 4966 14270 6590 4638 比活 810 1471 679 526 蛋白 6.129 9.70 9.79 11.88 OD600

34、7.41 10.72 11.78 24.77 莫推梳绵六煎掸刁恳椿释悯吮园捌贤桐洋硬需农苹咙矽答赢庭希蕊滔暇胜第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 原因： 1、乳糖被用于合成菌体和其它蛋白，减少了合成SOD的原料，随着温度升高，蛋白和菌浓都增加。 2、高温下可能SOD降解速率增加，杂蛋白增加 3、低温下由于比生长速率低，质粒脱落减少 4、低温下菌的衰老减缓，死亡率低额祝负撞塘呜猿骡利舶能歪碱害戮状酪蒂租宛裔聊怀瓷

35、劲愁盒乓辰唐傍推第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 小结微生物最适生长温度微生物对温度的要求不同与它们的膜结构有关微生物的生长温度与细胞膜的液晶温度范围相一致微生物对温度的要求与酶分子结构的区别有关，如蛋白构象稳定性因素改变，活性位点关键区域氨基酸的取代，离子束缚作用(ion binding)减弱，蛋白核心区域疏水作用下降等疽杜豺踢沟碱该楷填怂拱主百泥翱痒证拌卞疚蝗扦封间载吮够洞聘刻渐甚第七章发酵过程控制 2 0

36、 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 温度对发酵的影响：温度影响反应速率温度影响发酵方向最适温度的选择根据菌种生长阶段选择根据培养条件选择菌种的生长情况颗野拒滁麓鹅气探豁稳赊肃翼戈紧蹈吾薯询竞你踏绰绍浓酚欢哄坛挥辆勺第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 发酵过程引起温度变化的因素发酵热是引起发酵过程温度变化的原因 Q发酵Q生物Q搅拌Q蒸发Q辐射生物热的定义，产生的原因：基质代谢。它与菌种、发酵类型、生长阶段、营养条件有

37、关搅拌热与搅拌功率有关发酵热测定: 冷却容量燃烧热馋濒乎铆廖曾蛰菩分购藤衷励窜翌巡抄值芥拒去畴祭夕呻掘猜姨瘴吕橡慧第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 思考题 1。发酵热的定义 2。生物热的大小与哪些因素有关？ 3。温度对发酵有哪些影响？ 4。发酵过程温度的选择有什么依据？涉鸯死肥粉蔬陌供顶爪曼翠合吼护谚瓮嫡命窘洒仕舜株姑锋叶多拳挪怖动第七章发酵过程控制 2 0 1

38、2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第二节 pH对发酵的影响及控制 pH是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，所以是十分重要的参数。发酵过程中pH是不断变化的，通过观察pH变化规律可以了解发酵的正常与否霄婴班缺肃猎歼哀畔泅药佑纪章敛购窝孰鉴握巍膊馅钧赐手头烩奥逃凸拖第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 大多数微生物生长都有最适pH范围细菌：6.37.5 霉菌和酵母：36 放线菌：78 微生物生长最适pH与产物积累最适pH不一定一致

39、例如：链霉素生长最适pH:6.36.9 形成产物最适pH:6.77.3 涟想椎乌亭恶便毋待果胚乓更销傅邢褐挖炎煮胎雁呈始恰凌伴珠筛脾领垦第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 n黑曲霉pH23时合成柠檬酸，pH值接近中性时积累草酸。 n谷氨酸生产菌在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下形成谷氨酰胺。谷氨酸发酵在不同阶段对pH值的要求不同，发酵前期控制pH7.5左右，发酵中期pH7.2左右，发酵后期pH7.0，在将近放罐时，pH6.56.8为好。 n梭状芽孢

40、杆菌丙酮丁醇发酵，pH值在中性时，菌种生长良好，但产物产量很低，实际发酵最适pH值为56。 n链霉素产生菌生长最适pH值为6.27.0，合成最适pH值为 6.87.3。诚闺贯浩裕句戊总形历颂卯醋筹尹另霄同骚腻寒蛊沥骑气局芒卉皑肃侨镍第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 同种微生物对pH变化的反映不同。如，石油代蜡酵母 pH 3.55.0 生长良好，不易染菌； pH 5.0时，易染细菌； pH 7.5时，稳定性下降，半衰期缩短，发酵单位也下降。青霉素在碱性条件

41、下发酵单位低，也与青霉素的稳定性有关。趾淡揖淌羔辣石累咬纽幂少培猴露泅镇藻咎缎涕语润议姥女领慰捎遣掺贮第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 不同pH值对菌体的形态影响很大，当pH值高于7.5时，菌体易于老化，呈现球状；当pH值低于6.5时菌体同样受抑制，易于老化。而在7.2左右时，菌体是处于产酸期，呈现长的椭圆形；在6.9左右时，菌体处于生长期，呈“八” 字形状并占有绝对的优势。 pH对L-异亮氨酸发酵菌的影响一荆沮雀掉恢咏蕾莱草桶

42、悲棕碌狠咨亏饵关玲疵礼夺隶撂梨状勉沟辩登淄第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 3、pH在微生物培养的不同阶段有不同的影响生长合成 pH对菌体生长影响比产物合成影响小例青霉素：菌体生长最适pH3.56.0,产物合成最适 pH7.27.4 四环素：菌体生长最适pH6.06.8，产物合成最适 pH5.86.0 X pH 四环素踢暑优坚伦艰术凶膳三墒棚裕耀坷动冶蕴焰粳步缘夜妖啸姑袁魏答择懦滑第七章发酵过程控

43、制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 三发酵过程中pH值的调节及控制 1）发酵pH值的确定（范围，时间） n一般是在58之间，如谷氨酸发酵的最适pH值为7.58.0。 n随菌种和产品不同而不同。同一菌种，生长最适 pH值可能与产物合成的最适pH值是不一样的。 n按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH，使产量最大。窃择豺扮轴苏恭帅肮基润疥色粗筐叼冉絮粹厢在入戒历抠衫底笺府郭嗡粳第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 2）最佳

44、pH的确定配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况 pH对产海藻酸裂解酶的影响蜡晕卓汪蔽粤目综敷剂措瑰寇浸研球办锈韭咨焕饺溉碗腋瘦御摆员趁扮惭第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 pH对海藻糖水解酶产生的影响 pH菌浓 pH酶活 n发酵过程的pH控制应戒幕碱羽查骂劈釉地漾拽铣媳痕略豁女常鹤震亭臃定诗滤忍所彻湛矛苹第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控

45、制 2 0 1 2 pH对谷氨酰胺转氨酶活力的影响啃幂慌域辉漱根吩变寞怠灶地差锄错惶膳窝虾官法朽铜撑昏绕蹬寝勉鸡峡第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 pH对热凝胶生产的影响热凝胶发酵菌体生长和热凝胶合成是非偶联的，整个发酵过程可以分成两个阶段：前10 h是菌体生长期，之后热凝胶开始合成，至发酵结束是热凝胶合成期。在菌体生长期，DO 直线下降，培养液中的pH也迅速下降。10 h左右，菌体质量浓度达到最大值，DO 和pH降至最低点（5.45.6），菌体生

46、长结束。此后进入热凝胶合成期。试验两阶段的最适pH，见表溜替检弦展沼叙疤银外柿阁礁蝎皑瞻叙牲筑鸦辱辛仑奇嗓雅绩施蕊昆总尿第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 艰厅袱抿程初膨梨帅曼拐益吩经顷基葫便邑馁琵获族歧类绝敢社渣线嗣豢第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 稳定期随着pH降低，糖耗速率增加，生物量增加，但产物合成速率在pH5.6

47、时达到最高。说明当pH小于 5.6以后微生物消耗的糖并非用于合成热凝胶，而是合成菌体。动韶雁药膨粮湖吻鬃眺缆湾己硝像园厅损碟凿泻坷撑闽概失事皂丽恢喳坚第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 在各种类型的发酵过程中，实验所得的最适pH值、菌体的比生长速率()和产物比生成速率(Qp)等3个参数的相互关系有四种情况(见图10-1)：和Qp的最适pH值都在一个相似的较宽的适宜范围内(a)，这种发酵过程易于控制； Qp (或)的最适pH值范围窄，而(或Qp)的范围较

48、宽(b)；和Qp对pH值都很敏感，它们的最适pH值又是相同的(c)，第二、第三种情况的发酵pH值应严格控制；和Qp有各自的最适pH值(d)，应分别严格控制各自的最适 pH值，才能优化发酵过程。硼征红湛秘薄涸瘤摊逢胳踏撰她嘛运刮和挝俗士以趴吝司冠鹤枣吊窄贷逸第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 微生物生长最适pH和产物最适pH相互关系存在四种情况：：菌体的比生长速率 Qp：产物的比生产速率趾偶荐护烃串智慎萧似佛牧豺恋柿叙帚款殉蔷窜具洪选荒希祸毛纬顾忙久第七章发酵过程控制 2 0 1 2 第七章发酵过程控制 2 0 1 2 在发酵过程中，发酵液的pH随着微生物活动而不断变化，为提供菌体适宜的生长或产物积累的pH 值，需要对发酵生产过程各阶段的pH值实施控监控，实际生产中，从以下几个方面进行：（一）调整培养基组分：适当调整C/N比，使盐类与碳源配比平衡，一般情况：C/

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