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第九章 发酵过程工艺控制 1 培养基对发酵的影响 2 氧对发酵的影响 3 温度对发酵的影响及控制 4 pH对发酵过程的影响及控制 5 泡沫对发酵的影响及控制 6 流加补料的控制 7 co2 浓度和呼吸商 8 微生物培养过程的参数检测 发酵染菌及其防治 第58页，共118页，编辑于2022年，星期三 §9-7 CO2浓度和呼吸商 CO2对菌体生长和产物形成的影响 呼吸商和发酵的关系 CO2浓度的测定与控制 2/jing/C76/zcr-1.htm 第59页，共118页，编辑于2022年，星期三 co2是微生物的代谢产物，也是合成反应所需的基质。co2对微生物生长和发酵具有刺激作用，它是细胞代谢和微生物发酵的可贵指标，有人把细胞量和尾气co2的生成相关联，作为手段通过碳元素平衡来估算细胞的生长速率和细胞量。 溶解在发酵液中的co2对氨基酸、抗生素等产品的发酵具有抑制或刺激作用。 第60页，共118页，编辑于2022年，星期三 一、CO2对菌体生长和产物形成的影响 1、 CO2对微生物生长有直接作用，微生物代谢产生的CO2浓度高于0.91 mol/L时，糖类的代谢和微生物的呼吸速率将下降。 Pdt和Manctant曾报道过，通过恒化器培养，并自动控制pH和溶解氧浓度，检测到生产过程中CO2的抑制作用。CO2的分压达到0.08×105Pa时，会降低40%青霉素的合成。酒精发酵液中溶解的CO2浓度为1.6×1O-2 mol/L时，会严重抑制酵母的生长。当微生物生长受到抑制时，也会阻碍基质的异化和ATP的生成量，并进一步影响产物的合成。 第61页，共118页，编辑于2022年，星期三 一、CO2对菌体生长和产物形成的影响 2、 CO2会影响菌体的形态。 以产黄青霉菌为例，当CO2分压为0.0l×105Pa时，菌丝主要呈丝状;当CO2分压为0.02×105-0.03×105Pa，菌丝主要呈膨胀、粗短状;当CO2分压为0.08×105Pa时，则出现球状或酵母状，致使青霉素合成受阻。 第62页，共118页，编辑于2022年，星期三 一、CO2对菌体生长和产物形成的影响 CO2和HCO3- 都会影响细胞膜的结构，它们分别作饵于细胞膜的不同位点。溶解于培养液中的CO2主要作用于细胞膜的脂肪酸核心部位，而HCO3- 则影响磷脂、亲水头部带电荷表面及细胞膜表面上的蛋白质。当细胞膜的脂质相中CO2浓度达到临界值时，使细胞膜的流动性及表面电荷密度发生变化，这将导致许多基质的膜运输受阻，影响了细胞膜的运输效率，使细胞处于“麻醉”状态，细胞生长受到抑制，形态发生了改变。 第63页，共118页，编辑于2022年，星期三 一、CO2对菌体生长和产物形成的影响 3 CO2会影响产物形成 用300 L中试发酵罐进行氨基糖背类抗生素紫苏霉素发酵，在空气进口处通以1%CO2，发现微生物菌丝增长速率降低，对基质的代谢减慢，紫苏霉素的产量比对照样降低3%。当CO2的含量超过3%时，则不产生紫苏霉素。 在大规模发酵过程中CO2的作用是非常突出的问题，很难进行估算和优化。 第64页，共118页，编辑于2022年，星期三 呼吸商(RQ): RQ=CER(CO2释放率)/OUR(菌耗氧速率) 发酵过程中菌的耗氧速率(oxygen uptake rate，简称OUR)可以通过磁氧分析仪或质谱仪测量进气和排气的氧含量计算得到。 二、呼吸商和发酵的关系 第65页，共118页，编辑于2022年，星期三 1 微生物在利用不同基质时，RQ也不同。 例：E. coli以延胡索酸为基质RQ=1.44;丙酮酸为基质RQ=1.26;唬拍酸为基质RQ=1.12;乳酸为基质RQ=1.02;葡萄糖为基质RQ=I.00;乙酸为基质RQ=0.96;甘油为基质RQ=0.80。 二、呼吸商和发酵的关系 第66页，共118页，编辑于2022年，星期三 2 在菌体生长、维持以及产物形成的不同阶段，其RQ不同。 例:在青霉素发酵过程中，存在微生物的生长、维持和产物形成等不同阶段，因此，青霉素发酵的理论呼吸商RQ也不同。在菌体生长阶段RQ=0.909;菌体维持阶段RQ=1;青霉素生产阶段RQ=4。由此看，发酵早朔，主要是菌体生长,RQ＜1;在过渡期，菌体维持其生命活动及青霉素逐渐生成，基质葡萄糖的代谢不是仅用于生长菌体，此时RQ比生长期略有增加;产物形成对RQ的影响较为明显。如果产物的还原性比基质大时，其RQ值就增加;反之，当产物的氧化性比基质大时， RQ就减少。其偏离程度决定于每单位