第五章 发酵控制5~10.ppt.Convertor.doc

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第五节菌体浓度与基质对发酵的影响
一、菌体浓度对发酵的影响
菌体浓度与菌体生长速率直接相关;
菌体浓度的大小影响产物的得率;
控制培养基中营养物质的含量来控制菌体浓度。

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二、基质对发酵的影响及控制
1、碳源对发酵的影响及控制

不同碳源对毛霉产蛋白酶的影响
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不同浓度麦芽糖对产酶的影响
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2、氮源的种类和浓度对发酵的影响及控制
不同氮源(有机氮)对毛霉产蛋白酶的影响
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不同氮源(无机氮)对毛霉产蛋白酶的影响
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3、磷酸盐对发酵的影响及控制
不同磷盐对毛霉产蛋白酶的影响
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一、CO2对菌体生长及发酵的影响
第六节 CO2和呼吸熵
CO2是微生物在生长繁殖过程中产生的代谢产物,同时也是合成某些代谢产物的基质。
CO2可以作为微生物生长和发酵的指标。
发酵液中CO2浓度对微生物生长和合成代谢产物具有刺激或抑制作用。
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1. CO2影响菌体生长
例如:
环状芽孢杆菌等的发芽孢子在开始生长(并非孢子发芽)时就需要CO2,人们将此现象称为CO2 效应。
当发酵液中CO2 ×10-2mol时,酵母菌生长就受到严重抑制。
CO2是大肠杆菌和链孢霉变株的生长因子,有时需含30%的CO2 气体,菌体才能生长。
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2. CO2影响菌体形态
用扫描电子显微镜观察CO2对产黄青霉生长形态的影响,发现菌丝形态随 CO2含量不同而改变,当CO2 含量在 0~8%时,菌丝主要呈丝状;上升到15~22%时则呈膨胀、粗短的菌丝;,则出现球状或酵母状细胞,使青霉素合成受阻。
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3. CO2影响产物合成
例如:牛链球菌发酵生产多糖,最重要的条件就是空气中要含有5%的 CO2。
精氨酸发酵,也需要有一定的CO2,才能得到最大产量, ×105Pa,高于或低于此分压,产量都会降低。
当排气中CO2浓度高于4%时,菌体的糖代谢和呼吸速率都下降。当发酵液中CO2 达到一定浓度时,则对发酵产生不利的影响。
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例如:
青霉素生产,排气中CO2含量大于4%时,即使溶解氧在临界氧浓度以上,青霉素合成和菌体呼吸强度都受到抑制,在空气中的CO2 ×105Pa时,青霉素的比生产速率下降50%。
CO2对红霉素合成也产生明显抑制作用,从发酵起15h起,按进气量的11%开始导入CO2 ,红霉素产量减少60%,而对菌体生长并无影响。
CO2对发酵能产生抑制作用。如对肌苷、异亮氨酸和组氨酸发酵,特别对抗生素发酵,影响尤为明显。
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过多CO2的积累导致发酵液pH的明显降低。
CO2影响菌体细胞的机制?


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二、排气中CO2浓度与菌体量、pH值、排气氧的关系

分析尾气中CO2的含量,可测定、计算菌体量。
对数期CO2释放率与菌体生长速率成正比。
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2. 补料与排气CO2、pH值变化的关系
补糖会增加排气中的CO2浓度和降低培养液的pH。因为补加的糖用于菌体生长、维持菌体代谢和产物合成三方面,它们都产生CO2,使CO2 释放量增加;溶解的CO2 和代谢产生的有机酸又使培养液pH下降。
因此,补糖、 CO2 浓度和pH三者之间具有相关性。
根据CO2释放率来控制补糖,也是一种较好的控制方法。
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3. 呼吸熵与发酵的关系
发酵中的耗氧速率(OUR,亦称摄氧率)可通过热磁氧分析仪或质谱仪测量进气和排气中的氧含量计算而得。

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呼吸熵
呼吸熵(RQ值)随微生物菌种的不同、培养基成分的不同、生长阶段的不同而不同。
RQ值可以反映微生物代谢的状况,如酵母菌RQ=1,糖有氧代谢,仅生成菌体,无产物形成; RQ > ,糖经EMP生成乙醇。
另一方面RQ值也可以指导补料。
CER表示单位体积发酵液单位时间内释放的CO2的量。

“CRR”
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三、CO2浓度的控制
CO2在发酵液中的浓度受到许多因素的影响,如菌体的呼吸强度、发酵液流变学特性、通气搅拌程度和外界压力大小等因素。设备规模大小也有影响。
为了控制CO2的影响,必须考虑在培养液中的溶解度、温度和通气情况。
1. 根据CO2对发酵影响情况而控制其浓度
如果CO2对产物合成有抑制作用,则应设法降低其浓度;若有促进作用,则应提高其浓度。
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通气和搅拌速