发酵过程的工艺控制-4

补糖时间 补糖时间控制很重要，过早会刺激菌体生长， 补糖时间控制很重要，过早会刺激菌体生长， 加速糖的消耗； 加速糖的消耗；补糖过迟会使菌体所需要的 能量供应跟不上，干扰菌的代谢。 能量供应跟不上，干扰菌的代谢。 例：四环素 补糖时间 20h 45h 62h 96h效价 效价 6000u/ml 10000u/ml 6000u/ml
但苯乙酸在pH低时比 髙时对青霉菌毒 但苯乙酸在 低时比pH髙时对青霉菌毒 低时比 性大，因此发酵早期pH低时加入会影响青 性大，因此发酵早期 低时加入会影响青 霉素产量。 霉素产量。 含高浓度苯乙酸（ ％）的培养液pH酸 ％）的培养液 含高浓度苯乙酸（0.5％）的培养液 酸 性时毒性很大，但在低浓度（ ％） ％）培养 性时毒性很大，但在低浓度（0.3％）培养 液酸性时并不显毒性作用。 液酸性时并不显毒性作用。 当培养液pH上升后，一次加入苯乙酸 ～ 当培养液 上升后，一次加入苯乙酸0.2～ 上升后 0.8克/升比较好。每隔 小时加入 升比较好。 小时加入0.08～ 克 升比较好 每隔12小时加入 ～ 0.175％则显著增加青霉素产量。总量为 ％则显著增加青霉素产量。 0.3％的苯乙酸多次加入培养液中，可提高 ％的苯乙酸多次加入培养液中， 前体的利用率，增加青霉素产量。 前体的利用率，增加青霉素产量。
但并非添加速率越大越好，据研究表明， 但并非添加速率越大越好，据研究表明，加 入苯乙酸浓度越高，苯乙酸的利用率越低。 入苯乙酸浓度越高，苯乙酸的利用率越低。 苯乙酸可被菌氧化，先氧化成邻羟苯乙酸， 苯乙酸可被菌氧化，先氧化成邻羟苯乙酸， 然后苯环被破坏形成α-酮戊二酸 再经TCA 酮戊二酸， 然后苯环被破坏形成 酮戊二酸，再经 循环氧化为CO2和H2O，苯乙酸作为碳源被 循环氧化为 ， 消耗掉。 消耗掉。 具有毒性， 苯乙酸 具有毒性，青霉菌是借苯乙酸与氨 基酸结合形成青霉素而解毒， 基酸结合形成青霉素而解毒，因此加入前体 能形成青霉素，但必须适量而不能过量， 能形成青霉素，但必须适量而不能过量，所 以添加量在每12小时 以添加量在每 小时0.08～0.175％苯乙酸 ～ ％ 小时 为好 。
补糖控制考虑：补糖时间、补糖量、 补糖控制考虑：补糖时间、补糖量、 补糖方式 参考数据：糖耗速率、残糖浓度、 变化 变化、 参考数据：糖耗速率、残糖浓度、pH变化、 菌体浓度、菌丝形态、发酵液粘度、 菌体浓度、菌丝形态、发酵液粘度、溶氧浓 度等 指标 根据还原糖水平，如赤霉素还原糖降到0.6 根据还原糖水平，如赤霉素还原糖降到 就需要补糖， ％就需要补糖， 根据总糖水平，根据菌的酶系和pH变化的 根据总糖水平，根据菌的酶系和 变化的 大小决定。 大小决定。 注意： 注意：不同的发酵阶段控制的残糖浓度不同
补充有机氮源 添加某些具调节生长代谢作用的有机氮 源如尿素、酵母粉、蛋白胨、玉米浆， 源如尿素、酵母粉、蛋白胨、玉米浆， 保持菌的活性， 保持菌的活性，补充产物合成所需的氮 源。 有时与碳源一起配合补料， 有时与碳源一起配合补料，工厂称作补 混合料。 混合料。
例：土霉素发酵前期补2~3次酵母粉，放罐单 土霉素发酵前期补 次酵母粉， 次酵母粉 位比对照高1500u/ml。青霉素发酵 小时开 位比对照高 。青霉素发酵47小时开 始加尿素， 小时补加一次， 始加尿素，每6小时补加一次，结合补加乳糖， 小时补加一次 结合补加乳糖， 发酵单位可达40000u/ml以上。 以上。 发酵单位可达 以上 赤霉素生产补加的氮源是花生粉， 赤霉素生产补加的氮源是花生粉，配16％的 ％ 花生粉液体，当菌生长到粘度大于15秒时 秒时， 花生粉液体，当菌生长到粘度大于 秒时， 说明氮源被消耗很多，就开始补加花生粉。 说明氮源被消耗很多，就开始补加花生粉。 对于含氮的产物的生产特别需要补氮。 对于含氮的产物的生产特别需要补氮。 补料依据：氨基氮的消耗、菌的浓度、 补料依据：氨基氮的消耗、菌的浓度、pH
（3）补前体和无机盐 ）
在发酵过程中添加前体可以显著增加产量 及控制发酵方向。 及控制发酵方向。
苯乙酸对青霉素产量和类型的影响 苯乙酸添 苯乙酸 青霉素 青霉素类型 加速度% 总量% 产量 X G F FH 加速度 总量 0 0 550 13.6 31.8 22.8 17.6 0.025 0.18 1321 2.1 82.8 7.3 5.1 0.050 0.40 1823 0.2 96.2 1.9 1.2 添加速率为0.05％，青霉素产量大，而且可使青 ％，青霉素产量大， 添加速率为 ％，青霉素产量大 霉素G含量提高 含量提高。 霉素 含量提高。
补无机氮源 通氨 通氨是某些抗生素提高产量的有效措施， 通氨是某些抗生素提高产量的有效措施 ， 它的作用是补充无机氮源和调节pH。 它的作用是补充无机氮源和调节 。通氨 一般使用压缩氨气或氨水（ 一般使用压缩氨气或氨水 （ 20%） ， 采用 ） 少量间歇添加或自动流加， 少量间歇添加或自动流加 ， 由空气管道流 入与发酵液均匀混合。 入与发酵液均匀混合 。 氨浓度控制通过测 定氨的比消耗速率， 菌的比生长速率， 定氨的比消耗速率 ， 菌的比生长速率 ， 产 物比合成速率， 值来控制补加速率 值来控制补加速率。 物比合成速率，pH值来控制补加速率
说明 开始补糖的时间必须根据代谢的变化 情况来决定，根据基础培养基的碳源 情况来决定， 种类及用量、菌丝生长情况、 种类及用量、菌丝生长情况、糖的消 耗速率及残留水平来综合考虑， 耗速率及残留水平来综合考虑，不能 单纯以时间为依据。 单纯以时间为依据。
补糖量 补糖量的控制， 补糖量的控制，以控制菌体浓度不增或 略增为原则， 略增为原则，使产生菌的代谢活动有利 于产物合成。 于产物合成。一般在补糖开始阶段控制 还原糖在较高水平，以利于产物合成， 还原糖在较高水平，以利于产物合成， 但高浓度的还原糖不易维持过久， 但高浓度的还原糖不易维持过久，否则 会导致菌体大量繁殖影响产物的合成。 会导致菌体大量繁殖影响产物的合成。 一般还原糖水平维持在0.8～ ％ 一般还原糖水平维持在 ～1.5％之间较 为合适。 为合适。
有些金属离子特别是二价阳离子是酶的激 活剂，适当时间补入无机盐， 活剂，适当时间补入无机盐，可以提高酶 从而提高产量。 活，从而提高产量。
中间补料优点 推迟菌体自溶期，延长产物分泌期， 推迟菌体自溶期，延长产物分泌期，维持较高的 生产速率，增加发酵液总体积， 生产速率，增加发酵液总体积，使产量大幅度上 现在大多数抗生素都采取补糖措施。 升。现在大多数抗生素都采取补糖措施。 补料的缺点：补料使工艺复杂化，而且增加了染 补料的缺点：补料使工艺复杂化， 菌机会。因此工厂管理十分重要， 菌机会。因此工厂管理十分重要，一定要严格消 包括料液消毒和管道消毒。 毒，包括料液消毒和管道消毒。
四、补料控制
发酵的中后期营养物消耗造成微生物 所需营养缺乏，我们应采取什么措施？ 所需营养缺乏，我们应采取什么措施？
增加基础料的营养成分含量 一定阶段补入必要的营养成分 哪个方法更合理？ 哪个方法更合理？
1，补料控制目的
解除基质过浓的抑制 解除产物的反馈抑制 解除葡萄糖分解代谢阻遏效应

2、补料的内容 补充微生物能源和碳源的需要。 补充微生物能源和碳源的需要。 补充菌体所需要的氮源。 补充菌体所需要的氮源。 补充微量元素或无机盐。 补充微量元素或无机盐。 前体。 前体。
补氮控制：补氮时间、补氮量、补氮方式 补氮控制：补氮时间、补氮量、 根据氮消耗速率、菌浓度、发酵液粘度、 根据氮消耗速率、菌浓度、发酵液粘度、 pH决定补料的时间和补料的量。 决定补料的时间和补料的量。 决定补料的时间和补料的量 补充黄豆饼粉、酵母粉一般采取分批补 补充黄豆饼粉、 料，而无机氮源和尿素一般采取流加方 因为这些氮源对pH的影响大 的影响大， 式，因为这些氮源对 的影响大，而 且过多的氨离子会对菌的生长产生抑制 作用。 作用。
3、补料的原则
控制微生物的中间代谢， 控制微生物的中间代谢，使之向着有利 于产物积累的方向发展。 于产物积累的方向发展。 为实现这一目标，在中间补料控制时， 为实现这一目标，在中间补料控制时， 必须选择恰当的反馈控制参数和补料速 率。
4 、补料控制
补什么? 补什么 怎么补? 怎么补
（1）补充微生物所需的能源和碳源 碳源是微生物长菌体时需要量最大的物质， 碳源是微生物长菌体时需要量最大的物质， 在发酵前期消耗很快， 在发酵前期消耗很快，到了产物合成阶段 菌体要维持活性必须补充碳源， 菌体要维持活性必须补充碳源，以便延长 产物合成期。 产物合成期。
补硫酸铵 例：林可霉素原来基础培养基中(NH4)2SO4 林可霉素原来基础培养基中 ％，18小时后减少到 为0.6％， 小时后减少到 ％， 小时后减少到7mg/100ml，发 ， 酵后期缺少氮源。 酵后期缺少氮源。 改进工艺：将基础培养基中(NH4)2SO4减少 改进工艺：将基础培养基中 ％，14.6小时开始补加 ％(NH4)2SO4 小时开始补加30％ 为0.5％， ％， 小时开始补加 溶液，根据培养液的pH和 溶液，根据培养液的 和NH2-N浓度控制补 浓度控制补 保持在10mg/100ml 加量。正常情况下NH 保持在 加量。正常情况下 2-N保持在 以下，平均补加(NH4)2SO41.5%,提高了发酵 以下，平均补加 提高了发酵 单位。 单位。
补料方式 补料方式可分为： 补料方式可分为：连续流加 少量多次 大量少次 连续流加效果最好， 连续流加效果最好，可以避免因一次 大量加入引起环境突然改变给菌体代 谢带来的影响。 谢带来的影响。
（2）补充微生物所需的各种氮源 补氮是发酵控制的另一个重要项目， 补氮是发酵控制的另一个重要项目，主 要作用是调节pH和补充产生菌所需的 要作用是调节 和补充产生菌所需的 氮源，从而控制代谢活动。 氮源，从而控制代谢活动。 生产上补氮有两种： 生产上补氮有两种： 补充有机氮源 通氨、 补充无机氮源 通氨、补硫酸铵
例 谷氨酸：在原工艺的基础上，减少初糖 谷氨酸：在原工艺的基础上， 浓度，增加生物素用量达5µg/l，加大接种 浓度，增加生物素用量达 ， 量到10%左右，以利于菌体迅速繁殖，获 左右， 量到 左右 以利于菌体迅速繁殖， 得生产需要的足够量的菌体。 得生产需要的足够量的菌体。 当进入产酸期，糖耗达 左右 连续补糖， 左右， 当进入产酸期，糖耗达2%左右，连续补糖， 维持2%左右的糖浓度 提高温度36~370C， 左右的糖浓度， 维持 左右的糖浓度，提高温度 ， 流加氨水或尿素，维持pH7.0~7.5，利用菌 流加氨水或尿素，维持 ， 体所形成的酶系继续进行发酵， 体所形成的酶系继续进行发酵，产酸可达 10%。 。 后来补糖方法在抗生素发酵中普遍采用。 后来补糖方法在抗生素发酵中普遍采用