第二章发酵过程的工艺控制-1

同一发酵过程中不同阶段的最适pH:
• 谷氨酸发酵前期pH值7.5，中期 pH值7.2，后期pH值7.0，接近 放罐时为了后续提取工艺，pH 值以6.5-6.8 为好。
同一种微生物生产不同产物时， 最适代谢pH值不同
• 黑曲霉：发酵生产柠檬酸时的最适代谢 pH值2~3，生产草酸时的最适代谢pH值 接近中性。
• 供氧能耗大 • 分离设备庞大，投资费用高，且产生大量高浓度有
机废水。
发酵过程中可供检测的参数
《食品发酵与酿造工艺学》何国庆.P96 物理参数15项，生化参数17项 (T,pH,P,V,密度、黏度、浊度、泡沫高度、 产物浓度、无机盐浓度、空气流量、溶氧 浓度、二氧化碳浓度、搅拌转速等等)
影响液态发酵的主要工艺参数
c、在某些合成途径中对前体物的合成产生反馈抑 制
二氧化碳效应（促进作用）
• 环状芽孢杆菌已经发芽的孢子在开始生长时对 二氧化碳有特殊需要
• 二氧化碳是大肠杆菌和链霉素突变菌株的生长 因子，菌体有时需含二氧化碳30%的气体才能 生长。
• 牛链球菌发酵生产多糖，最重要的条件是供气 中必须含有5%的二氧化碳。
搅拌对溶氧的影响
采用机械搅拌是提高溶氧系数的有效方法。 搅拌可以改善罐内液体的混合和循环,从而具有 抑制气泡聚合的效果,而且可以避免低于平均氧 浓度的死角存在。 a、使大气泡变小，阻止小气泡合并变大。 b、发酵液湍动，可减小 气泡周围 液膜 的厚度， 减小传质阻力，使传质系数增加。 c、使液体形成涡流，延长气液接触时间。 d、使菌体分散，避免结团，增加固液接触面， 使溶氧吸收的推动力均一，也减小菌体表面液膜 的厚度，有利于氧的传递。
• 影响细胞膜电荷，膜的透性，影响微生 物对营养物质的吸收及代谢产物的排出。

（三）影响供氧的因素 N = K La . (C*-CL) 1、影响氧传递推动力的因素 (C*-CL) 是氧传递的推动力，因此只有提高 C*，降低CL 。但不符合生产现状或要求。 2、影响K La 的因素 经生产实践证明，影响K La 的主要因 素有搅拌、空气流量、发酵液的理化性质 等。可用下列经验式表示它们之间的关系：
2.氮源 影响：同样包括种类和浓度的影响。 工业生产中采用的措施： 1）混合使用 2）在发酵过程中补加氮源。
3.磷酸盐 在工业生产中，通过在基础培养基中控制磷 酸盐的亚适量，来减少磷酸盐的抑制作用。
二、基质浓度对发酵的影响及控制 1.影响： 基质浓度过低，不能满足菌体生长的需求； 基质浓度过丰富，也会影响菌体生长和产物的 合成。
8.4营养基质的影响及控制
一、营养基质种类的影响及控制 1.碳源 碳源种类的影响：速效碳源有利于菌体的快速 生长，但其分解产物有明显的阻遏作用；缓慢利用 的碳源有利于延长代谢产物的合成。 碳源浓度的影响：碳源丰富易造成繁殖过剩， 对产物合成及氧的传递造成不良的影响。 在工业上的控制，一般采用二者混合使用，并 控制一定的浓度，在发酵过程中采用补料分批发酵 的方法。
K La= K〔(P/V)α· s)β· app)-ω〕 (υ (η P/V 发酵罐搅拌功率kW/m3 υs 罐体垂直方向的空气直线速度m/h ηapp 发酵液的表观粘度Pa·s K 经验常数 α β –ω 经验常数，与搅拌器、空气分布器的形状 等有关，一般通过实验测定。 实验侧得α值在0.75～1.0， β在0.4～ 0.72，
8.9二氧化碳的影响及控制
一、二氧化碳对发酵的影响
1、发酵液中的二氧化碳对微生物的生长速 度具有刺激或抑制作用。 1）刺激作用：称之为CO2效应。 环状芽孢杆菌、大肠杆菌和链孢霉的突 变株需30%的浓度。 2） 抑制作用：酵母菌，青霉素菌丝形态 随着CO2的增加形态发生改变，如青霉菌 由丝状变为球状或酵母状细胞。

《发酵工程与工艺学》1 绪论一、发酵的定义1、传统发酵最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。

2、生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。

3、工业上的发酵泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程，包括：1.厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。

2.通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。

产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等二、发酵的原理：利用微生物的特点：(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。

(2)有极强的消化能力。

(3)有极强的繁殖能力。

三、发酵工程的组成上游工程：(1)对菌种加以改造，提高生产能力或者导入外源基因等以获得工程菌；(2)发酵或生物转化，是通过优化发酵条件如温度、营养、供气量等。

利用工程菌的生物合成，加工和修饰等以获得目的产物；发酵工程下游工程：是运用生物化学、物理学方法分离、纯化产品，最终将产品推向市场并获得社会或经济效益。

五、发酵工程研究内容主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。

(1) 有严格的无菌生长环境：包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；(2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；(3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。

(5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。

发酵工程的发展历史发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵）→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物生物技术的发展基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大工程第二章菌种选育第一节微生物的特性及工业微生物的要求一、微生物的特性：1、有些微生物能在厌氧的条件下生长；2、有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身的生长；3、有些微生物能进行复杂的代谢；4、有些微生物能利用较复杂的化合物；5、有些微生物能在极端的环境下生长。

• 红霉素系列产品作为抗菌消炎的常用抗生 素，具有疗效确切、使用安全、副作用小 等特点，近年来红霉素及其衍生物的研究 受到了国内外医药界的高度重视，红霉素 第二代部分产品和第三代系列产品深受欧 美发达国家欢迎，市场需求稳定增长，已 排名全球第三类畅销药品。
红霉素的几个代表药品
红霉素肠 溶胶囊
琥乙霉素 罗红霉素
红霉素的发酵工艺及控制
学院：生科院 班级：生物技术093班 班级：生物技术093班
目录
1、相关概念 2、生产工艺 3、原料 4、所需设备及其工作原理
相关概念
• 红霉素，由链霉菌Stretomyces erythreus所产 生，是一种碱性抗生素。其游离碱供口服用，乳 糖酸盐供注射用。此外，尚有其琥珀酸乙酯（琥 乙红霉素）、丙酸酯的十二烷基硫酸盐（依托红 霉素）供药用。
红霉素
红霉素眼药 膏
红霉素软膏
红霉素生产工艺 1 空气净化 2 原料配比→种子罐 → 发酵罐 →发 酵 →预处理（板框过滤） 粗分离 → 精分离→精干包→加入硫氢酸钠 → 制备红霉素盐 →结晶 →抽滤 →晶体 •抽滤后，废液回收→酸碱处理→重 新利用
流程
1、菌种选育 2、培养基配制 3、灭菌 4、扩大培养与接种 5、发酵过程 6、分离纯化 7、扩大培养
萃取注意事项 ：高速离心机中为了清 洗碟片上的乳化液，用硝酸而不用盐 酸因为盐酸中的Cl离子对不锈钢有腐 蚀作用。 • 离心机每小时能处理6吨发酵液，机 油可以 用于给离心机降温，再用水给 机油降温，不 用水直接降温是为了防 止离心机被腐蚀。
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产品处理车间
• 萃取液→富集罐中→硫酸氢钠混合，使红 霉素和硫酸氢钠反应 →生成硫氰酸红霉素 →结晶罐→加入冰醋酸和丙 酮→结晶 →放 罐沉淀→抽滤 →溶媒剩余液回收→废液罐 →加入酸碱冲洗再利用 • 抽滤后剩下的硫氰酸红霉素进入“精干包” 车间 制成产品