第七章菌体浓度对发酵的影响及控制3精选PPT.ppt

第七章菌体浓度对发酵的影响及控制3第1页，本讲稿共18页一、菌体浓度对发酵的影响及控一、菌体浓度对发酵的影响及控制制 菌体（细胞）浓度菌体（细胞）浓度简称菌浓简称菌浓是指单位体积是指单位体积培养液中菌体的含量。培养液中菌体的含量。菌浓的大小，在一定条件下，不仅反映菌菌浓的大小，在一定条件下，不仅反映菌体细胞的多少，而且反映菌体细胞生理特性不体细胞的多少，而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段。完全相同的分化阶段。第2页，本讲稿共18页影响菌体生长（菌浓）的因素影响菌体生长（菌浓）的因素1.1.微生物的种类和自身的遗传特性微生物的种类和自身的遗传特性 不同种类的微生物其生长速率取决于细不同种类的微生物其生长速率取决于细胞结构的复杂性和生长机制胞结构的复杂性和生长机制几种典型生物的倍增时间：几种典型生物的倍增时间：细菌：细菌：45min45min酵母：酵母：90min90min霉菌：霉菌：3h3h原生动物：原生动物：6h6h第3页，本讲稿共18页2.2.营养物质和环境条件营养物质和环境条件据据MonodMonod方程方程，生长速度取决于基质的浓度，生长速度取决于基质的浓度基质抑制作用：在营养物质上限浓度以内，基质抑制作用：在营养物质上限浓度以内，菌体比生长速率则随浓度的增加而增加，但菌体比生长速率则随浓度的增加而增加，但超过上限浓度，反而会引起生长速率的下降超过上限浓度，反而会引起生长速率的下降第4页，本讲稿共18页基质抑制作用产生的原因：基质抑制作用产生的原因：1.高浓度营养基质所形成的高渗透压使细高浓度营养基质所形成的高渗透压使细胞脱水胞脱水2.甲醇、苯酚等化合物对一些关键酶的抑甲醇、苯酚等化合物对一些关键酶的抑制或引起细胞结构成分的变化制或引起细胞结构成分的变化一些营养物质的上限浓度（一些营养物质的上限浓度（g/L）：）：NH4+：5.0PO43-：10葡萄糖：葡萄糖：100第5页，本讲稿共18页菌体对发酵的影响主要表现：菌体对发酵的影响主要表现：1.1.菌浓度对产物的率的影响菌浓度对产物的率的影响（1 1）在适当的比生长速率下，发酵产物的）在适当的比生长速率下，发酵产物的产率与菌浓产率与菌浓成正比关系成正比关系 发酵产物的产率发酵产物的产率Rp=Qp Rp=Qp X X其中其中QpQp为菌体的比生产速率，为菌体的比生产速率，X X为菌体为菌体浓度浓度第6页，本讲稿共18页（2 2）菌浓过高，对发酵产生多种）菌浓过高，对发酵产生多种不利影响不利影响 OUR OUR：培养液的摄氧率，：培养液的摄氧率，r r；OTROTR：氧的传递速率，：氧的传递速率，N N；可能改变菌体的代谢途径，特别是对培可能改变菌体的代谢途径，特别是对培养液中溶解氧的影响较明显。摄氧率养液中溶解氧的影响较明显。摄氧率OUROUR按按比例增加，氧传递速率比例增加，氧传递速率OTROTR成对数减少成对数减少第7页，本讲稿共18页（3 3）为获得最高的生产率，需要采用摄氧速为获得最高的生产率，需要采用摄氧速率与传氧速率相平衡的菌体浓度，最好维率与传氧速率相平衡的菌体浓度，最好维持在临界菌体浓度持在临界菌体浓度 临界菌体浓度临界菌体浓度?在抗生素生产中，如何确定并维持临界在抗生素生产中，如何确定并维持临界菌体浓度是提高抗生素生产能力的关键。菌体浓度是提高抗生素生产能力的关键。临界菌体浓度是由菌体的临界菌体浓度是由菌体的遗传特性遗传特性和和发酵罐的发酵罐的传氧特性传氧特性共同影响的结果。共同影响的结果。第8页，本讲稿共18页2.2.菌浓度对发酵液溶解氧的影响菌浓度对发酵液溶解氧的影响 发酵过程中随着菌浓的增加，培养液发酵过程中随着菌浓的增加，培养液的摄氧率按比例增加，但表观黏度也增的摄氧率按比例增加，但表观黏度也增加，使氧的传质速率成对的减少，当摄加，使氧的传质速率成对的减少，当摄氧速率大于供氧速率时，发酵液溶解氧氧速率大于供氧速率时，发酵液溶解氧浓度就会减少，并成为限制性因素。浓度就会减少，并成为限制性因素。第9页，本讲稿共18页 比如：早期酵母发酵，出现过代谢比如：早期酵母发酵，出现过代谢途径改变、酵母生长停滞、产生乙醇的途径改变、酵母生长停滞、产生乙醇的现象；抗生素发酵中，也受溶氧限制，现象；抗生素发酵中，也受溶氧限制，使产量变低。使产量变低。第10页，本讲稿共18页临界菌体浓度临界菌体浓度定义：摄氧速率随菌体浓度变化的曲线和定义：摄氧速率随菌体浓度变化的曲线和供氧速率随菌体浓度变化的曲线的交点供氧速率随菌体浓度变化的曲线的交点所对应的菌体浓度。所对应的菌体浓度。第11页，本讲稿共18页临界菌体浓度是菌体的遗传特性和发酵罐临界菌体浓度是菌体的遗传特性和发酵罐的传氧特性的综合反映。的传氧特性的综合反映。当发酵罐的通气和搅拌强度大、传氧速率当发酵罐的通气和搅拌强度大、传氧速率高时、供氧速率的曲线将向上扬，当菌种高时、供氧速率的曲线将向上扬，当菌种需氧量小、耗氧速率相应降低时，摄氧速需氧量小、耗氧速率相应降低时，摄氧速率曲线的斜率将下降。这两种情况都将使率曲线的斜率将下降。这两种情况都将使临界菌体浓度上升，反之则下降。临界菌体浓度上升，反之则下降。第12页，本讲稿共18页菌体浓度的大小与菌体生长速度有密切关菌体浓度的大小与菌体生长速度有密切关系，而菌体生长速度与环境条件和自身遗系，而菌体生长速度与环境条件和自身遗传因素有关，在这些影响因素中，通过改传因素有关，在这些影响因素中，通过改变培养基浓度及中间补料来控制菌体浓度变培养基浓度及中间补料来控制菌体浓度是发酵过程中主要的措施。是发酵过程中主要的措施。菌体浓度的控制菌体浓度的控制第13页，本讲稿共18页依靠调节培养基的浓度来控制菌浓。依靠调节培养基的浓度来控制菌浓。l首先确定基础培养基配方中有个适当的配比，避免产生首先确定基础培养基配方中有个适当的配比，避免产生过浓（或过稀）的菌体量。过浓（或过稀）的菌体量。l然后通过中间补料来控制，如当菌体生长缓慢、菌浓然后通过中间补料来控制，如当菌体生长缓慢、菌浓太稀时，则可补加一部分磷酸盐，促进生长，提高菌太稀时，则可补加一部分磷酸盐，促进生长，提高菌浓；但补加过多，则会使菌体过分生长，超过临界浓浓；但补加过多，则会使菌体过分生长，超过临界浓度，对产物合成产生抑制作用。度，对产物合成产生抑制作用。利用菌体代谢产生的利用菌体代谢产生的COCO2 2量来控制生产过程的补量来控制生产过程的补糖量，以控制菌体的生长和浓度。糖量，以控制菌体的生长和浓度。第14页，本讲稿共18页发酵过程菌体浓度的检测发酵过程菌体浓度的检测工业发酵过程中菌体浓度的测定方法常用工业发酵过程中菌体浓度的测定方法常用的有浊度法、干重法、离心称湿法或测体的有浊度法、干重法、离心称湿法或测体积法等。积法等。第15页，本讲稿共18页浊度法：用于澄清发酵液中非丝状菌的菌浊度法：用于澄清发酵液中非丝状菌的菌浓的测定。通常取发酵液浓的测定。通常取发酵液在在420420600nm600nm波波长范围内测定光密度（长范围内测定光密度（ODOD值）。值）。吸光度要求控制在吸光度要求控制在0.3-0.50.3-0.5范围内，此时范围内，此时吸光值与细胞浓度呈线性关系，故对于较吸光值与细胞浓度呈线性关系，故对于较浓发酵液需稀释在此范围内测量。浓发酵液需稀释在此范围内测量。第16页，本讲稿共18页干重法：取一定体积的发酵液离心或过滤，干重法：取一定体积的发酵液离心或过滤，洗去滤渣上可溶物质后，洗去滤渣上可溶物质后，105105烘至恒重称烘至恒重称量即得干细胞重。量即得干细胞重。此法费时但对于不含不溶性固形物的发酵此法费时但对于不含不溶性固形物的发酵液重现性好，对含有不溶性固形物或者油液重现性好，对含有不溶性固形物或者油质的培养液则难以有准确结果。质的培养液则难以有准确结果。第17页，本讲稿共18页离心称湿重法或者测体积法：取一定体积离心称湿重法或者测体积法：取一定体积发酵液，用自然沉降或离心沉降法测定沉发酵液，用自然沉降或离心沉降法测定沉降物的湿体积或湿重量。降物的湿体积或湿重量。此法只能作为细胞浓度的粗略估计。此法只能作为细胞浓度的粗略估计。第18页，本讲稿共18页