微生物工程发酵第六章发酵工艺的控制.pptx

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1、微生物工程发酵第六章发酵工艺的控制现在学习的是第1页，共65页温度对微生物发酵的影响主要由哪些？温度对微生物发酵的影响主要由哪些？影响发酵温度的因素主要有哪些？影响发酵温度的因素主要有哪些？发酵热的主要测定方法？发酵热的主要测定方法？如何确定最适发酵温度？如何确定最适发酵温度？发酵过程中发酵过程中pHpH变化的原因主要有哪些？变化的原因主要有哪些？pHpH对发酵的影响主要有哪些？对发酵的影响主要有哪些？发酵过程中发酵过程中pHpH的控制措施主要有哪些？的控制措施主要有哪些？溶氧量对微生物发酵的影响主要有哪些？溶氧量对微生物发酵的影响主要有哪些？有氧发酵中，溶氧量如何变化？有氧发酵中，溶氧量如何

2、变化？为何利用为何利用DODO 浓度的变化，可以对发酵过程进行检测？浓度的变化，可以对发酵过程进行检测？COCO2 2对发酵的影响主要有哪些？对发酵的影响主要有哪些？COCO2 2浓度的控制措施主要有哪些？浓度的控制措施主要有哪些？发酵过程中泡沫产生的危害主要有哪些？发酵过程中泡沫产生的危害主要有哪些？选择消泡剂的主要依据是什么？选择消泡剂的主要依据是什么？常用的消泡剂主要有哪几类？常用的消泡剂主要有哪几类？现在学习的是第2页，共65页 工艺条件控制的目的：为生产菌创造最适工艺条件控制的目的：为生产菌创造最适的环境，使我们所需要的代谢得以最充分的环境，使我们所需要的代谢得以最充分的表达。的表达

3、。现在学习的是第3页，共65页 6.1 发酵过程温度的控制 6.2 发酵过程的pH控制 6.3 发酵过程氧的供需 6.4 CO2对发酵的影响及对其控制 6.5 发酵过程泡沫的形成与控制现在学习的是第4页，共65页6.1 温度变化及其控制温度变化及其控制 6.1.1 温度对微生物的影响 温度对生长的影响温度对生长的影响 温度对发酵的影响温度对发酵的影响现在学习的是第5页，共65页温度对生长的影响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：它们对温度的要求大致可分为四类：嗜冷菌嗜冷菌适应于适应于0260C生长，生长，嗜

4、温菌嗜温菌适应于适应于15430C生长，生长，嗜热菌嗜热菌适应于适应于37650C生长，生长，嗜高温嗜高温菌菌适应于适应于650C以上生长以上生长 现在学习的是第6页，共65页每种微生物对温度的要求可用每种微生物对温度的要求可用最适温度最适温度、最高温最高温度度、最低温度最低温度来表征。在最适温度下，微生物生来表征。在最适温度下，微生物生长迅速；超过最高温度微生物即受到抑制或死亡；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，世代时间无限延长非常缓慢，世代时间无限延长；现在学习的是第7页，共65页微生物

5、受高温的伤害比低温的伤害大，即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，并不低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡。这是菌种保藏的原理；马上死亡。这是菌种保藏的原理；现在学习的是第8页，共65页温度对发酵的影响温度对发酵的影响a.a.温度影响反应速率温度影响反应速率发酵过程的反应速率实际是酶反应速率，酶反应有一个最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。适温度。从从阿累尼乌斯方程式阿累尼乌斯方程式可以看到可以看到 dlnKr/dt=E/RT2 积分积分得得 E=2112/1

6、/1/log6.4TTKKrrE活化能活化能Kr速率常数速率常数阿累尼乌斯方程：阿累尼乌斯方程：关于化学反应的速率常数与温度之关于化学反应的速率常数与温度之间的关系式；间的关系式；R气体常数气体常数现在学习的是第9页，共65页 例：青霉菌生产青霉素 青霉菌生长活化能E=34kJ/mol 青霉素合成活化能E=112kJ/mol 青霉素合成速率对温度较敏感，温度控制相当重要现在学习的是第10页，共65页b.b.温度影响发酵方向温度影响发酵方向金色链霉菌金色链霉菌可可同时产生金霉素和四环素，当温度低于同时产生金霉素和四环素，当温度低于300C时，时，合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例也提

7、高，合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例也提高，温度达到温度达到350C时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素时，金霉素的合成几乎停止，只产生四环素现在学习的是第11页，共65页 c.温度温度影响发酵液的物理性质影响发酵液的物理性质 影响基质溶解度，如氧；影响基质溶解度，如氧；影响基质分解速率；影响基质分解速率；现在学习的是第12页，共65页6.1.2 影响发酵温度的因素影响发酵温度的因素 产热因素：生物热 搅拌热 散热因素：蒸发热 辐射热现在学习的是第13页，共65页生物热：生物热是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。影响生物热的因素：随菌株、培养基、发酵时期的不同而不同。生物热的大

8、小还与菌体的呼吸强度有对应关系。现在学习的是第14页，共65页l 培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓慢，产生热量较少。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。注意控制温度。培养后期，菌体已基本上停止繁殖，产生热量不多，培养后期，菌体已基本上停止繁殖，产生热量不多，温度变化不大，且逐

9、渐减弱。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，发酵不正常正常；培养基营养越丰富，生物热也越大；培养基营养越丰富，生物热也越大；现在学习的是第15页，共65页搅拌热：好气发酵都有大功率搅拌，搅拌的机械运动造成液体之间，液体与设备之间的摩擦而产生热 Q搅拌=3600（P/V）3600：热功当量（kJ/（kW.h）（P/V）：通气条件下单位体积发酵液所消耗的功率（kW/m3）现在学习的是第16页，共65页蒸发热：通入发酵罐的空气和发酵液广泛接触进行热交换。同时必然会引起水分的蒸发；蒸发所需的热量即为蒸发热。现在学习的是

10、第17页，共65页 辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐体向外辐射的热量。辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超过发酵热的5%。现在学习的是第18页，共65页发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射现在学习的是第19页，共65页6.1.3发酵热的测定发酵热的测定方法一：方法一：是用冷却水进出口温度差计算发酵热。在工厂是用冷却水进出口温度差计算发酵热。在工厂里，通过测量冷却水进出口的水温，再从水表里，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。上得知每小时冷却水流量来计算发酵热。Q发酵发酵GCm(T出出T进进)Cm水的比热水的比热G冷

11、却水流量冷却水流量现在学习的是第20页，共65页方法二：方法二：根据罐温上升速率来计算。先自控，让发酵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，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。速率计算出发酵热。现在学习的是第21页，共65页6.1.4 最适温度的确定最适温度是一个相对概念，是指在该温度下最适于菌的生长或发酵产物的生成；最适发酵温度与菌种、培养基成分、培养条件和菌体生长阶段有关；最适发酵温度的选择 在发酵的整个周期内仅选一个最适培养温度不一定好；温度的选择要参考其它发酵条

12、件；温度的选择还应考虑培养基成分和浓度；现在学习的是第22页，共65页6.1.4.16.1.4.1根据菌种选择根据菌种选择微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所微生物种类不同，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同。要求的温度范围也不同。如黑曲霉生长温度为如黑曲霉生长温度为370C，谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30320C，青霉菌生长温度为青霉菌生长温度为300C。现在学习的是第23页，共65页发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快发酵前期由于菌量少，发酵目的是要尽快产生大量产生大量菌体，取稍高菌体，取稍高的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅

13、速；的温度，促使菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速；中期菌量已达到合成产物的最适量，发酵需要延长中期，从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一些，可以推迟衰老。因而提高产量，因此中期温度要稍低一些，可以推迟衰老。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。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，提发酵后期，产物合成能力降低，延长发酵周期没有必要，提高温度，刺激产物合成到放罐。如四环素生产时，生长阶段高温度，刺激产物合成到放罐。如四环

14、素生产时，生长阶段280C，合成期，合成期260C，后期再升温；但也有菌种产物形成比生长温度，后期再升温；但也有菌种产物形成比生长温度高。如谷氨酸产生菌生长高。如谷氨酸产生菌生长30320C，产酸，产酸34370C。最适温度选择要根据菌种与发酵而阶段选择。最适温度选择要根据菌种与发酵而阶段选择。6.1.4.2根据生长阶段选择根据生长阶段选择现在学习的是第24页，共65页6.1.4.3 6.1.4.3 根据培养条件选择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。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，通气条件差时可适当降低温度，

15、使菌呼吸速率降低些，溶氧浓度也可髙些。溶氧浓度也可髙些。培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利用快，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。会使菌过早自溶。现在学习的是第25页，共65页6.1.4.4 6.1.4.4 根据菌生长情况选择根据菌生长情况选择菌生长快，维持在较高温度时间要短些；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，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。利于菌的生长。总的来说，温度的选择根据菌

16、种生长阶段及培养条件综总的来说，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。合考虑。要通过反复实践来定出最适温度。现在学习的是第26页，共65页6.1.5 温度的控制 发酵罐：1.夹套 2.盘管（蛇管）现在学习的是第27页，共65页6.2 6.2 发酵过程的发酵过程的pHpH控制控制 pH是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，是微生物代谢的综合反映，又影响代谢的进行，是十分重要的参数；是十分重要的参数；发酵过程中发酵过程中pH是不断变化的，通过观察是不断变化的，通过观察pH变化规律变化规律可以了解发酵过程正常与否可以了解发酵过程正常与否现在学习的是第28页，

17、共65页6.2.16.2.1发酵过程发酵过程pHpH变化的原因变化的原因 a.a.基质代谢基质代谢（1）糖代谢）糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，下降。糖缺乏，pH会上升，因会上升，因此是补料的标志之一此是补料的标志之一（2）氮代谢）氮代谢 当氨基酸中的当氨基酸中的-NH2被利用后被利用后pH会下会下降；尿素被分解成降；尿素被分解成NH3，pH上升，上升，NH3利用后利用后pH下下降，当碳源不足时氮源当碳源利用降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。上升。（3）生理酸碱性物质利用后）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降

18、会上升或下降现在学习的是第29页，共65页b.b.产物形成产物形成 某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使变化。如有机酸类产生使pH下降，红霉下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。上升。c.c.菌体自溶菌体自溶，pH上升，发酵后期，上升，发酵后期，pH上升。上升。现在学习的是第30页，共65页6.2.2 pH6.2.2 pH对发酵的影响对发酵的影响（1）pH影响酶的活性。当影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些值抑制菌体某些酶的活性时，菌的新陈代谢受阻酶的活性时，菌的新陈代谢受阻（2）

19、pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，影响新陈代谢的进行收及代谢物的排泄，影响新陈代谢的进行（3）pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用从而影响微生物对这些物质的利用 现在学习的是第31页，共65页（4）pH影响代谢方向影响代谢方向 pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。使代谢产物的质量和比例发生改变。例例如：黑曲霉

20、在如：黑曲霉在pH23时发酵产生柠檬酸，时发酵产生柠檬酸，在在pH近中性时，则产生草酸。近中性时，则产生草酸。谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺乙酰谷氨酰胺现在学习的是第32页，共65页6.2.3 6.2.3 最佳最佳pHpH的确定的确定配制不同初始配制不同初始pH的培养基，摇瓶考察发酵情况的培养基，摇瓶考察发酵情况pH对产海藻酸裂解酶的影响对产海藻酸裂解酶的影响现在学习的是第33页，共65页6.2.4 pH6.2.4 pH的控制的控制 a.a.调节好基础料的调

21、节好基础料的pHpH。基础料中若含有。基础料中若含有玉米浆，玉米浆，pH呈酸性，必须调节呈酸性，必须调节pH。若要控。若要控制消后制消后pH在在6.0，消前，消前pH往往要调到往往要调到6.56.8b.b.在基础料中加入维持在基础料中加入维持pHpH的物质的物质，如，如CaCO3，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等现在学习的是第34页，共65页在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在补料与调在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调没有矛盾时采用补料调pH如：调节补糖速率，调节空气流量来调节如：调节补糖速率，调节空气流量来调节p

22、H；当当NH2-N低，低，pH低时补氨水；低时补氨水；当当NH2-N低，低，pH高时补高时补(NH4)2SO4d.d.当补料与调当补料与调pHpH发生矛盾时，加酸碱调发生矛盾时，加酸碱调pHpH c.c.通过补料调节通过补料调节pHpH 现在学习的是第35页，共65页 分别在分别在4 4种缓冲介质中，于种缓冲介质中，于pH pH 6 65050一一9 95050测定天冬酰胺酶酶测定天冬酰胺酶酶活力活力1 1 甘氨酸介质甘氨酸介质pH 8.00pH 8.00时酶活时酶活力最高；力最高；2 2 硼酸在硼酸在pH 8pH 85050，酶反应最快，酶反应最快3 3 磷酸磷酸在在pH 850，酶反应，酶

23、反应最快最快4 Tris4 Tris在在pH 850，酶反应最，酶反应最快快酶活酶活1 12 24 43 3e.e.选择合适的调节剂选择合适的调节剂天冬酰胺酶天冬酰胺酶f.f.发酵的不同阶段采取不同的发酵的不同阶段采取不同的pHpH值值现在学习的是第36页，共65页pHpH的控的控制方制方式式基础培养基调节基础培养基调节pH在基础料中加入维持在基础料中加入维持pH的物的物质质通过补料调节通过补料调节pH 当补料与调当补料与调pH发生矛盾时，加酸发生矛盾时，加酸碱调碱调pH 发酵的不同阶段采取不同的发酵的不同阶段采取不同的pH值值选择合适的选择合适的pH调节剂调节剂现在学习的是第37页，共65页

24、 6.3 氧的供需及对发酵的影响氧是需氧微生物体内一系列细胞色素氧化氧是需氧微生物体内一系列细胞色素氧化酶催化产能反应的最终电子受体，也是合酶催化产能反应的最终电子受体，也是合成某些产物的基质；成某些产物的基质；利用利用DO（dissolved oxygen）浓度的变化，）浓度的变化，可以了解微生物对氧利用的规律，反映可以了解微生物对氧利用的规律，反映发酵的异常情况，是一个重要的控制参发酵的异常情况，是一个重要的控制参数；数；现在学习的是第38页，共65页 发酵液的发酵液的DO值会直接影响微生物的酶活性、值会直接影响微生物的酶活性、代谢途径及产物产量；代谢途径及产物产量；发酵发酵 过程中，氧的

25、传递速率主要受发酵中过程中，氧的传递速率主要受发酵中溶氧浓度和传递阻力的影响；溶氧浓度和传递阻力的影响；现在学习的是第39页，共65页6.3.1 溶氧对微生物自身生长的影响 厌氧（厌气）发酵是利用厌氧微生物进行厌氧（厌气）发酵是利用厌氧微生物进行的发酵生产，如乙醇、乳酸和丙酮、丁醇的发酵生产，如乙醇、乳酸和丙酮、丁醇的生产。整个发酵过程不需要也不能够通的生产。整个发酵过程不需要也不能够通入空气，是在完全密闭条件下进行的，发入空气，是在完全密闭条件下进行的，发酵设备比较简单。酵设备比较简单。现在学习的是第40页，共65页 兼性好氧微生物的生长不一定需要氧，但兼性好氧微生物的生长不一定需要氧，但如

26、果在培养中供给氧，则菌体会生长更好；如果在培养中供给氧，则菌体会生长更好；例：酵母的乙醇发酵例：酵母的乙醇发酵 对对DO的控制分为两个阶段，初始提供的控制分为两个阶段，初始提供高高DO浓度进行菌体扩大培养，后期严格控浓度进行菌体扩大培养，后期严格控制制DO进行厌氧发酵；进行厌氧发酵；现在学习的是第41页，共65页 多数发酵为有氧发酵，微生物利用分子态多数发酵为有氧发酵，微生物利用分子态的氧作为呼吸链电子系统末端的最终电子的氧作为呼吸链电子系统末端的最终电子受体，最终与氢离子结合成水，完成生物受体，最终与氢离子结合成水，完成生物氧化作用，同时释放大量能量，供细胞的氧化作用，同时释放大量能量，供细

27、胞的维持、生长和代谢使用；维持、生长和代谢使用；供氧的具体的方法有通气、通气搅拌和表供氧的具体的方法有通气、通气搅拌和表层培养等；层培养等；现在学习的是第42页，共65页 不同好氧微生物所含的氧化酶体系的种类不同好氧微生物所含的氧化酶体系的种类和数量不同；和数量不同；同一种微生物的需氧量随菌龄及培养条件同一种微生物的需氧量随菌龄及培养条件的不同也不一样；的不同也不一样；现在学习的是第43页，共65页6.3.2 溶氧对发酵产物的影响 对于某些好氧发酵来说，溶氧既是营养因素，又是环境因素；例：氨基酸的发酵谷氨酸系氨基酸发酵，供氧不足，合成受强烈限制；天冬氨酸系氨基酸发酵，供氧受限，产物影响不明显；

28、亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸发酵，供氧充足，产物形成受限制；现在学习的是第44页，共65页 利用利用DO（dissolved oxygen）浓度的变化，）浓度的变化，可以了解微生物对氧利用的规律，反映发可以了解微生物对氧利用的规律，反映发酵的异常情况，是一个重要的控制参数；酵的异常情况，是一个重要的控制参数；发酵过程中，在供氧没有变化的情况下，若DO出现明显的升高或降低，往往是发酵异常的表现，如污染杂菌、污染噬菌体、菌体代谢发生异常等；现在学习的是第45页，共65页 供氧与产物的合成供氧与产物的合成溶解氧浓度过低（代谢异常，产量降低）溶解氧浓度过低（代谢异常，产量降低）溶解氧浓度过高（代谢异常，菌

29、体提前自溶）溶解氧浓度过高（代谢异常，菌体提前自溶）现在学习的是第46页，共65页6.3.3 发酵过程中溶氧的变化发酵初期，呼吸强度大，但菌体发酵初期，呼吸强度大，但菌体量少，总体需氧量不大，量少，总体需氧量不大，DO值高；值高；对数生长期，菌体浓度不断上升，对数生长期，菌体浓度不断上升，需氧量不断增加，需氧量不断增加，DO值明显下降；值明显下降；对数生长期后，呼吸强度下降，需对数生长期后，呼吸强度下降，需氧量减少，氧量减少，DO值经一段时间的平稳值经一段时间的平稳后，有所回升；后，有所回升；生产后期，菌体衰老，呼吸强度减生产后期，菌体衰老，呼吸强度减弱，弱，DO逐步上升，一旦自溶，则逐步上升

30、，一旦自溶，则DO明显上升；明显上升；现在学习的是第47页，共65页6.3.4 氧的传递氧的传递发酵过程中，空气中的氧进入细胞的过程：发酵过程中，空气中的氧进入细胞的过程：空气泡中的氧转移入发酵液；空气泡中的氧转移入发酵液；溶解的氧通过发酵液进入微生物细胞；溶解的氧通过发酵液进入微生物细胞；细胞吸收溶氧。细胞吸收溶氧。现在学习的是第48页，共65页氧的传递途径与传质阻力：供氧方面：液膜阻力耗氧方面：对于菌丝丛或团扩散阻力主要与菌种特性有关现在学习的是第49页，共65页6.4 二氧化碳对发酵的影响及控制 CO2是微生物的代谢产物，同时也是某些合成代谢所需要的基质；溶解在发酵液中的CO2对氨基酸、

31、抗生素等发酵有抑制或刺激的作用；6.4.1 CO2对发酵的影响对发酵的影响现在学习的是第50页，共65页 通常当排气中CO2浓度高于4%时，对菌体发酵具抑制作用；作用机理：CO2与HCO3-影响细胞膜的流动性及表面电荷密度，是物质的跨膜运输受到抑制；引起发酵液pH下降；与生长所需的某些金属离子形成碳酸盐沉淀；与某些物质产生化学反应；现在学习的是第51页，共65页 CO2是大肠杆菌和链霉菌突变株的生长因子，菌体需气体中CO2含量达30%时才能生长，即CO2效应；环状芽孢杆菌等菌的芽孢在开始萌发生长的时候，对CO2有特殊需求；某些精氨酸发酵中，CO2作为碳源被加以利用；现在学习的是第52页，共65

32、页6.4.1 CO2浓度的控制浓度的控制 CO2在发酵液中的浓度受细胞的呼吸强度、在发酵液中的浓度受细胞的呼吸强度、发酵液的流变学特性、通气搅拌程度、罐发酵液的流变学特性、通气搅拌程度、罐压大小、设备规模等因素的影响；压大小、设备规模等因素的影响；主要控制措施：主要控制措施：改变通气量和搅拌速率；改变通气量和搅拌速率；现在学习的是第53页，共65页6.56.5 发酵过程泡沫的形成与控制发酵过程泡沫的形成与控制6.5.1 泡沫形成的原因泡沫形成的原因通气搅拌使气泡被分割成无数小气泡，通气搅拌使气泡被分割成无数小气泡，气液界面增加；气液界面增加；发酵液中含有蛋白质等发泡性物质；发酵液中含有蛋白质等

33、发泡性物质；现在学习的是第54页，共65页6.5.2 起泡的危害起泡的危害a.a.降低生产能力降低生产能力在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降低装量降低装量b.b.引起原料浪费引起原料浪费 ,导致产物的损失导致产物的损失如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡会引起原料流失，造成浪费。泡会引起原料流失，造成浪费。现在学习的是第55页，共65页c.c.影响菌的呼吸影响菌的呼吸 如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼吸，气泡中充满二氧化碳，且不能与空气中氧吸，气泡中充满二氧化碳，且

34、不能与空气中氧进行交换，这影响菌的呼吸。进行交换，这影响菌的呼吸。d.d.引起染菌引起染菌泡沫增泡沫增多多引起逃液，排气管因粘上培养基而长菌。随着引起逃液，排气管因粘上培养基而长菌。随着时间延长，杂菌会长入发酵罐而造成染菌；大量泡沫时间延长，杂菌会长入发酵罐而造成染菌；大量泡沫由罐顶进渗由罐顶进渗入入轴封，从轴封处落下的泡沫往往引起轴封，从轴封处落下的泡沫往往引起杂菌污染。杂菌污染。现在学习的是第56页，共65页e.消泡剂会给后提取工序带来困难消泡剂会给后提取工序带来困难现在学习的是第57页，共65页6.5.3 发酵过程泡沫控制的方法 物理消沫法 化学消沫法现在学习的是第58页，共65页6.5

35、.3.1.物理消泡法原原 理理靠机械力引起强烈振动或者压力变化，促使泡沫靠机械力引起强烈振动或者压力变化，促使泡沫破裂，或借机械力将排出气体中的液体加以分离破裂，或借机械力将排出气体中的液体加以分离回收回收现在学习的是第59页，共65页方方 法法罐内消沫法：罐内消沫法：罐内的消泡器随搅拌轴转动时，将泡沫打碎；罐内的消泡器随搅拌轴转动时，将泡沫打碎；罐外消沫法：罐外消沫法：将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或利将泡沫引出罐外，通过喷嘴的加速作用或利用离心力消除泡沫后，液体再返回罐内；用离心力消除泡沫后，液体再返回罐内；现在学习的是第60页，共65页优优 点点不需要引进外界物质、节省原材料、减少污

36、染机会不需要引进外界物质、节省原材料、减少污染机会缺缺 点点不能从根本上消除引起泡沫稳定的因素。不能从根本上消除引起泡沫稳定的因素。现在学习的是第61页，共65页6.5.3.2 化学消泡法机机 理理n泡沫的表层存在着极性物质形成的双电层，加入另一种具有相反电荷的表面活性剂，可以降低泡沫的机械强度；加入某些具有强极性的物质与发泡剂争夺液膜上的空间，可以降低液膜强度，使泡沫破裂n当泡沫的液膜具有较大的表面粘度时，可以加入某些分子内聚力较小的物质，以降低液膜的表面粘度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂；现在学习的是第62页，共65页选择消泡剂的依据选择消泡剂的依据 对发酵过程无毒，对人、畜无害；不影响

37、酶的生物合成；消泡作用快，效果好和持久性好 能耐高压蒸气灭菌而不变性，在灭菌温度下对设备无腐蚀性；不影响以后的提取过程；来源多，价格低，添加装置简单；不干扰分析系统，如溶解氧、pH测定仪的探头；不影响氧的传递；现在学习的是第63页，共65页6.5.3.3 6.5.3.3 常用消泡剂的种类和性能常用消泡剂的种类和性能天然油脂天然油脂:玉米油、米糠油、豆油、棉子油、鱼油及猪油等。最早用的消泡剂，来源容易，价格低，使用简单，一般来说没有明显副作最早用的消泡剂，来源容易，价格低，使用简单，一般来说没有明显副作用。油脂主要成分是高级脂肪酸酯和高级一元醇酯，还有高级醇、高级烃用。油脂主要成分是高级脂肪酸酯

38、和高级一元醇酯，还有高级醇、高级烃等。但油脂如保藏不好，易变质，使酸值增高，对发酵有毒性。此外，有等。但油脂如保藏不好，易变质，使酸值增高，对发酵有毒性。此外，有些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前体，鱼油是螺旋霉素的前体。些油是发酵产物的前体，如豆油是红霉素的前体，鱼油是螺旋霉素的前体。近年来出于对环境保护的重视，天然产物消泡剂的地位又有些提高，而且近年来出于对环境保护的重视，天然产物消泡剂的地位又有些提高，而且还在研究新的天然消泡剂；还在研究新的天然消泡剂；现在学习的是第64页，共65页聚醚类消泡剂聚醚类消泡剂:在生产上应用较多的是聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯氧丙烯甘油在生产上应用较多的是聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯氧丙烯甘油(又又称泡敌称泡敌)。六十年代发明此类消泡剂，以甘油为起始剂，由环氧丙烷，六十年代发明此类消泡剂，以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行聚合而制成。或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行聚合而制成。现在学习的是第65页，共65页