PAGEPAGE7溫度對發(fā)酵的影響（1）影響產物生成速率和產率.溫度越高，酶反應速度越快，微生物細胞生長代謝加快，產物提前生成。（2）改變發(fā)酵液的物理性質而間接影響發(fā)酵.改變培養(yǎng)液的物理性質會影響到微生物細胞的生長。例如，溫度通過影響氧在培養(yǎng)液中的溶解、傳遞速度等，進而影響發(fā)酵過程。（3）影響生物合成的方向：金色鏈霉菌的四環(huán)素發(fā)酵中，在低于30℃主要合成金霉素，溫度達35（4）影響酶系組成及酶的特性：溫度越高，酶反應速度越快，微生物細胞生長代謝加快，產物提前生成。但溫度升高，酶的失活也越快，表現(xiàn)出微生物細胞容易衰老，使發(fā)酵周期縮短，從而影響發(fā)酵過程最終產物的產量。（5）同一種生產菌，菌體生長和積累代謝產物的最適溫度也往往不同。最適溫度：最適于菌的生長或發(fā)酵產物生成的溫度。如谷氨酸菌的生長最適溫度為30℃-32℃pH值對發(fā)酵的影響發(fā)酵液pH的改變將對發(fā)酵產生很大的影響。①改變細胞膜的電荷性質，影響新陳代謝的正常進行。原生質體膜具有膠體性質，在一定pH時原生質體膜可以帶正電荷，而在另一pH值時，原生質體膜則帶負電荷。這種電荷的改變同時會引起原生質體膜對個別離子滲透性的改變，從而影響微生物對培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質的吸收及代謝產物的分泌，妨礙新陳代謝的正常進行。如產黃青霉的細胞壁厚度隨pH的增加而減小，其菌絲的直徑在pH6.0時為2～3um，在pH7.4時，則為2～1.8um，呈膨脹酵母狀細胞，隨pH下降菌絲形狀可恢復正常。②影響菌體代謝方向。培養(yǎng)液的pH對微生物的代謝有更直接的影響。在產氣桿菌中，與吡咯并喹呤醌(PQQ)結合的葡萄糖脫氫酶受培養(yǎng)液pH影響很大。在鉀營養(yǎng)限制性培養(yǎng)基中，pH8.O時不產生葡萄糖酸，而在pH5.0～5.5時產生的葡糖酸和2-酮葡萄糖酸最多。此外，在硫或氨營養(yǎng)限制性的培養(yǎng)基中，此菌生長在pH5.5下產生葡萄酸與2-酮葡萄酸，但在pH6.8時不產生這些化合物。發(fā)酵過程中在不同pH范圍內以恒定速率(O.055%／h)加糖，青霉素產量和糖耗并不一樣，見表8—4。表8—4在不同pH范圍內恒定速率加糖，青霉素產量和糖耗的關系pH范圍糖耗殘?zhí)荘enG相對單位pH范圍糖耗殘?zhí)荘enG相對單位pH6．O～6.3加糖pH6.6～6.9加糖10%7%O.5％0.2％較高高pH7.3～7.6pH6.8控制加糖7%<7%>O.5％<O.2％低最高③影響代謝產物合成。如采用基因工程菌畢赤酵母生產重組人血清白蛋白，生產過程中最不希望產生蛋白酶。在pH5.0以下，蛋白酶的活性迅速上升，對白蛋白的生產很不利；而pH在5.6以上則蛋白酶活性很低，可避免白蛋白的損失。不僅如此，pH的變化還會影響菌體中的各種酶活以及菌體對基質的利用速率，從而影響菌體的生長和產物的合成。故在工業(yè)發(fā)酵中維持生長和產物合成的最適pH是生產成敗的關鍵之一。CO2對發(fā)酵的影響（1）CO2可作為重要的基質。如在以氨甲酰磷酸為前體之一的精氨酸的合成過程中，無機化能營養(yǎng)菌能以CO2作為唯一的碳源加以利用。異養(yǎng)菌在需要時可利用補給反應來固定CO2，細胞本身的代謝途徑通常能滿足這一需要。若發(fā)酵前期大量通氣，可能出現(xiàn)CO2減少，導致這種異養(yǎng)菌延遲期延長。（2）溶解在發(fā)酵液中的CO2對氨基酸、抗生素等發(fā)酵有抑制或刺激作用。大多數微生物適應低含量CO2(O.02％～O.04％)。當尾氣CO2含量高于4％時，微生物的糖代謝與呼吸速率下降；當CO2分壓為0.08×105Pa時，青霉素比合成速率降低40％。又如發(fā)酵液中溶解CO2為O.0016％時會強烈抑制酵母的生長。當進氣CO2含量占混合氣體流量的80％時，酵母活力只有對照值的80％。在充分供氧條件下，即使細胞的最大攝氧率得到滿足，發(fā)酵液中的CO2濃度對精氨酸和組氨酸發(fā)酵仍有影響。組氨酸發(fā)酵中CO2分壓大于0.05×105Pa時，其產量隨CO2分壓的提高而下降。精氨酸發(fā)酵中有一最適CO2分壓，即1.25×105Pa,高于此值對精氨酸合成有較大影響。因此，即使供氧已足夠,但應考慮通氣量,以控制發(fā)酵液中的CO2含量。（3）CO2抑對氨基糖苷類抗生素如紫蘇霉素的合成也有影響。當進氣中的CO2含量為1%和2%時，紫蘇霉素的產量分別為對照組的2/3和1/7。（4）CO2對細胞的作用機制溶解于培養(yǎng)液中的CO2主要作用在細胞膜的脂溶性部位，而CO2溶解于水后形成的HCO3-則影響細胞膜上的膜磷脂、膜蛋白質等親水性部位。當細胞膜的脂質相中CO2濃度達一臨界值時，使膜的流動性及表面電荷密度發(fā)生變化，這將導致許多基質的跨膜運輸受阻，影響了細胞膜的運輸效率，使細胞處于“麻醉”狀態(tài)，細胞生長受到抑制，形態(tài)發(fā)生了變化。為了排除CO2的影響，工業(yè)生產中需要綜合考慮發(fā)酵液的溫度、通氣狀況和CO2在發(fā)酵液中的溶解度。用呼吸商RQ表示：RQ=CER/OUR=QCO2*X/QO2*X式中：CERCO2釋放率OUR菌耗氧速率QO2呼吸強度mol/(g.h)QCO2比釋放速率mol/(g.h)X菌體干重g/L發(fā)酵過程中尾氣O2含量的變化恰與CO2含量的變化成反向同步關系，由此可判斷菌的生長、呼吸情況，求得菌的呼吸商RQ值。3、呼吸商與發(fā)酵的關系（1）RQ可以反映菌的代謝情況：如酵母發(fā)酵過程RQ=1，表示糖代謝走有氧分解代謝途徑，僅生成菌體，無產物形成；RQ>1.1,表示走EMP途徑,生成乙醇.(2)菌在利用不同基質時,RQ值也不相同.如大腸桿菌發(fā)酵,丙酮酸RQ=1.26,葡萄糖RQ=1.02(3)在抗生素發(fā)酵的不同階段,RQ值也不相同:菌體生長RQ=0.909,菌體維持RQ=1,青霉素合成RQ=4基質濃度對發(fā)酵的影響（1）momod模型μ=μmax*S/(Ks+S)式中：μ比生長速率μmax最大的比生長速率S基質濃度Ks飽和常數，是在μ=0.5μmax時的基質濃度解釋P148圖9-34（2）、基質濃度對發(fā)酵的影響1）高濃度基質制菌體生長和產物形成：主要是通過高滲壓脫水、酶中毒、分解代謝物阻遏作用實現(xiàn)的。2）培養(yǎng)基過于豐富，菌體生長過盛，對產物合成不利。染菌的主要途徑1）種子帶菌2）無菌空氣帶菌3）操作不當4）培養(yǎng)基和設備滅菌不徹底5）冷卻管等設備滲濾6）泡沫外溢雜菌污染的預防1）杜絕種子染菌強無菌室管理、嚴格接種的無菌操作、定期取樣無菌檢驗。2）消滅設備和管道死角檢查設備消除死角、發(fā)酵罐每使用一次應徹底洗刷一次。3）防止設備滲漏經常檢查，按時更換和修理4）加強空氣凈化，防止空氣帶菌減少進口空氣中的含菌數、加強對空氣的除油除水保證介質過濾的高效率、合理設計過濾器、按要求裝填過濾介質、定期檢查分過濾器。發(fā)酵產物的提取與精制過程一般包括如下四個階段：(1)發(fā)酵液的預處理即去除細胞及不溶性物質，主要單元操作方法是離心和過濾。此階段產品濃度和質量僅有少量改善，其主要任務是去除發(fā)酵液中的固體物質，為后續(xù)階段提供澄清、潔凈的原料液。(2)產品的提取主要單元操作方法有萃取、吸附、沉淀、蒸發(fā)等典型方法。此階殷主要任務是去除與目的產物有較大差異的物質以提高產品濃度，而提高產品質量為輔。(3)產品的精制主要單元操作方法有層析法、膜分離法、離子交換法、沉淀法、電泳法等。此階段的主要任務是去除與目的產物有類似化學性質和物理性質的雜質，使產物的純度有較大程度的提高。(4)產品的最后加工主要單元操作方法有結晶、干燥、蒸餾等。最終產品的使用要求決定了此階段可采用的方法。提取與精制的工藝流程從該程序可見，各種發(fā)酵醪特性不同，含菌體不同，發(fā)酵產物的化學結構和物理性質不同，提取和精制的方法的選擇也不同。對于某些發(fā)酵產品，在提取和精制過程中要注意防止變性和降解現(xiàn)象的發(fā)生。例如，酶制劑、抗生素、單細胞蛋白、氨基酸及核酸等，由于其大分子空間結構主要依靠氫鍵、鹽鍵和范德華引力而形成，過酸、過堿、高溫、劇烈的機械作用、強烈的輻射等都可能導致大分子活性的喪失和不穩(wěn)定。因此，在提取和精制過程中要注意避免pH值過高或過低，避免高溫、劇烈攪拌而產生大量泡沫，避免和重金屬離子及其他蛋白質變性劑接觸。有必要用有機溶劑處理的，必須在低溫下，短時間內進行。有些酶以金屬離子或小分子有機化合物為輔基，在進行提取和精制時，要防止這些輔基的流失。此外，在發(fā)酵液中，除所需要的酶以外，常常還同時存在蛋白酶，為防止發(fā)酵醪中所需的酶被蛋白酶分解，要及早除去蛋白酶或使其失活。生產效率又稱發(fā)酵速率，是指單位操作時問、單位發(fā)酵體積所產生的發(fā)酵產物量，它是評價發(fā)酵生產的主要指標之一。生產效率有如下兩種表示方法：發(fā)酵過程的生產速率和發(fā)酵設備的生產能力。發(fā)酵液中的產物濃度一般以g/L表示，也有用質量百分比表示的,對于活性物質產品，則常采用活性單位，稱為發(fā)酵單位或發(fā)酵效價，以U/mL表示.發(fā)酵產物濃度在一定情況下可以代表菌種和發(fā)酵水平的高低，如酶試劑、抗生素等基質轉化率是指發(fā)酵工藝中所使用的主要基質(一般指碳源或其他成本較高的基質)轉化為發(fā)酵產物的得率，常以g/kg或%表示。對于微生物代謝產物的發(fā)酵，基質轉化率通常是指發(fā)酵使用的碳源轉化為目的產物的得率。對于細胞產品，則指碳源合成細胞的得率。對于生物轉化產品，基質轉化率表示前體物質轉化為產物的得率。對于活性物質產品，基質轉化率的含義中還必須包括活力單位。基質轉化率是原材料成本效益的指示值以好氧發(fā)酵產品為例，試述生產工藝流程和工藝控制要點谷氨酸發(fā)酵生產工藝（一）、工藝流程淀粉--→糖液--→發(fā)酵--→提取--→精制--→包裝--→成品菌種（二）、操作要點1、淀粉水解糖的制備（1）酸水解工藝流程原料（淀粉、水、鹽酸）→調漿（調漿）→糖化→冷卻→中和、脫色→過濾→糖液（2）工藝要點1）調漿：淀粉乳濃度為10—11。波美，用鹽酸調pH值1.5左右。2）糖化：在糖化鍋內進行，直接蒸汽加熱，壓力（表壓）控制29.34*104—34.43*104Pa，時間為25min。3）冷卻：將糖化醪溫度控制在80℃4）中和：用燒堿配成一定濃度調pH值4.0—5.0左右，使糖液中蛋白質和其它膠體物質沉淀析出。5）脫色：用粉末活性炭脫色，用量為淀粉原料的0.6%--0.8%，在70℃6）過濾：過濾溫度控制在45--60℃2、菌種的擴大培養(yǎng)（1）工藝流程菌種--→斜面培養(yǎng)--→一級種子培養(yǎng)--→二級種子培養(yǎng)--→發(fā)酵（2）工藝要點1）菌種：我國生產谷氨酸的菌種有北京棒狀桿菌AS1229、鈍齒棒狀桿菌AS1542、HU7251及7338、B9、T6-13、672等。2）斜面培養(yǎng)：A、培養(yǎng)基：葡萄糖0.1%、牛肉膏1%、蛋白胨1%、氯化鈉0.5%、瓊脂2%，40%氫氧化鈉溶液調pH7.0—7.2；B、裝試管：傳代用斜面每支18*180試管裝約10毫升，生產用斜面每支25*200毫升裝約25毫升；C、滅菌：120℃，30min,取出冷至45℃攤成斜面，凝固后入培養(yǎng)箱32-D、經分離復壯、活化至第三代的斜面菌種，在無菌操作下移種（1支接10支左右），于32--34℃3）一級種子培養(yǎng)A、培養(yǎng)基：葡萄糖2.5%、尿素0.5%、硫酸鎂0.04%、磷酸氫二鉀0.1%、硫酸亞鐵2ppm、硫酸錳2ppm、玉米漿3%--3.5%，40%氫氧化鈉溶液調pH7.0—7.2；B、裝三角瓶：1000毫升三角瓶液量約200毫升，瓶口包扎要緊；C、滅菌：120℃D、接種培養(yǎng)：一支斜面菌接5瓶，34℃E、質量標準：種齡11--12h、pH6.4±0.1、OD凈增0.5以上、殘?zhí)?.5%以下、無雜菌和噬菌體，鏡檢菌體生長均勻、粗壯、排列整齊、革蘭氏陽性反應。4）二級種子培養(yǎng)：A、接種培養(yǎng)：培養(yǎng)基與一級相似，主要區(qū)別在于用水解糖代替葡萄糖，一般于32℃B、質量標準：種齡7--10h、pH7.2左右、OD凈增0.5左右、殘?zhí)窍?%左右、無雜菌和噬菌體，鏡檢菌體生長旺盛、排列整齊、革蘭氏陽性反應，活菌數為每毫升含108—109個細胞。3、谷氨酸發(fā)酵發(fā)酵過程中代謝變化以P216圖25—6為例說明。（1）初期：菌體生長的遲滯期，糖基本沒有利用，pH因尿素分解有所上升，一般為2--4h；（2）對數生長期：主要是菌體生長，耗糖快，pH先升后降，溶氧急劇下降后維持在一定水平上，菌體濃度（OD）迅速增大。操作時通過流加尿素以供給氮源和調pH7.5—8.0，控溫在30--32℃（3）谷氨酸合成期：微生物利用糖與尿素分解后產生的α-酮戊二酸和氨合成谷氨酸。流加尿素控制pH7.2—7.4，加大通風，提高發(fā)酵溫度至34--37℃（4）發(fā)酵后期：當營養(yǎng)耗盡酸不再增加時，應及時放罐，發(fā)酵周期一般為30多小時。4、谷氨酸提取提取方法一般有等電點法、離子交換法、金屬鹽沉淀法、鹽酸鹽法和電滲析法及其組合法，以等電點法為例講述其工藝流程：發(fā)酵液→↓←起晶中和點pH4—4.5↓20。波美鹽酸育晶2h↓←等電攪拌pH3—3.22↓靜置沉淀4—6h↓→母液菌體及細小GA←離心分離↓谷氨酸等電