实验失败的原因：
1 漏氧气，使厌氧产氢微生物不能生长
2 杂菌污染经验教训
1.实验中的任何一个环节都给予高度重视不可疏漏
2,保证厌氧条件
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Consumption (%)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
OD
600
Glucose
c o n su m p ti o n
Soluble protein
c o n su m p ti o n
OD600nm
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Time(h)
Volatile fatty acids(mg/L)
Ethanol
Acetate
Time course of growth,glucose consumption,
soluble protein consumption,the composition of
fermentation metabolites pH,and hydrogen
evolution
3.5
4
4.5
5
5.5
6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Time (h)
pH
0
500
1000
1500
2000
Cummulative H
2
production(ml/L-culture)
9.5 溶解氧浓度对发酵的影响及其监控
2ú22 2ú22 - 2ú2á〃222222ú222222222222222ú222222 2ú2á〃222222ú222222222222222ú222222
2222222222 2222222222
2 CH
3
C O C O H
±2222á
2 CH
3
C O SC o A
2 A T P 2 A D P 2 FdH
2
2 Fd
2 CO
2
2 N A D
+
2 N A D H + H
+
2 N A D H
+H
+
2 N A D
+
2 A D P
2 A T P
2 CH
3
C O O H
222á 222á
2 CH
3
CH
2
OH
2222 2222
2 CH
3
CH
2
C O O H
±22á ±22á
2 H
2
2 CH
3
(C H
2
)
2
C O O H
222á 222á
2 CH
3
C H O H C O O H
2é2á 2é2á
C
6
H
12
O
6
C
6
H
12
O
6
2 CO
2
4 N A D
+
4 N A D H
+H
+
2 N A D
+
2 N A D H + H
+
A T P
2 A T P
A D P
2 A D P
4 N A D
+
4 N A D H + H
+
根据最终电子受体（或最终受氢体）可将微生物的呼吸类型分为 3类：发酵、好氧呼吸、无氧呼吸。
发酵,在无外在电子受体时，微生物氧化一些有机物。
有机物仅发生部分氧化，以它的中间代谢产物（即分子内的低分子有机物）为最终电子受体好氧呼吸,当存在外在的最终电子受体 -分子氧 O2
时，低物可全部被氧化成 CO2和 H2O 并产生 ATP
无氧呼吸：在电子传递体系中，氧化 NADH2时的最终电子受体不是分子氧 O2,而是氧气以外的无机化合物 ----NO2-、
NO3-,SO42-,CO32- 及 CO2
厌氧发酵 好氧发酵在发酵工业生产上如何保证发酵中氧的供给,以满足生产菌对氧的需求，使氧的供、需这一对矛盾不成为发酵生产的限制因素是稳定和提高生产、降低成本的关键之一。
测定溶液中的氧浓度用复膜氧电极
9.5.1 供氧产生矛盾的原因
1mol葡萄糖完全氧化为二氧化碳和水，需要 6mol的氧
1mol葡萄糖用于合成细胞材料需要 1.9mol的氧即 1.8g的葡萄糖用于合成细胞材料需要 0.6g的氧溶液中氧的饱和浓度,7mg/L
若以浓度为 5%（ 50g/L ）的葡萄糖计算，进行细胞材料合成需要氧的浓度为 16.9g/L
16.9g/L÷ 0.007g/L= 2414
显然需要不断地向培养液中供给氧 才能保证生长临界氧浓度一般指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。如对产物形成而言便称为产物合成的临界氧浓度。
生物合成最适氧浓度溶解氧作为发酵异常情况的指标
1 发酵中污染好气性杂菌－发酵 2～ 3小时时溶解氧顺速下降
2 污染噬菌体－菌液变稀，溶氧回升
3 工艺错误
4 操作故障
9.5.2 发酵中溶氧的控制
（ 1）提高设备的供氧能力：
搅拌空气流速
（ 2）改进工艺条件：
补糖控制最好是少量或流加控制原则应当是葡萄糖加入的速度正好在生产菌处于所谓“半饥饿状态”。使其仅能维持正常的生长代谢，即把更多的糖用于产物的合成。
并永远不超过罐设计时的 KLa水平。
KLa 是设计罐的最大供氧速率
9.6 pH值对发酵过程的影响及控制发酵过程中培养液的 pH值是微生物在一定环境条件下代谢活动的综合指标，是一项重要的发酵参数。
它对菌体的生长和产品的积累有很大的影响。
9.6.1 pH值对发酵过程的影响
A 微生物生长和生物合成的最适 pH
细菌生长最适 pH,6.3~7.5
霉菌和酵母,3~6
放线菌,7~8
微生物生长阶段和产物合成阶段的最适 pH
往往不一样，这不仅与菌种特性有关，也取决于产物的化学性质
B 发酵过程中 pH的变化发酵过程中由于菌在一定温度及通气条件下对培养基中碳、氮源等的利用，随着有机酸或氨基氮的积累，会使 pH产生一定的变化 。
一般情况下：
（ 1）生长阶段
pH上升：菌体蛋白酶分解蛋白胨而生成铵离子
pH下降：葡萄糖分解产生的有机酸及铵离子利用
（ 2） 生产阶段在生产阶段,pH趋于稳定，维持在最适产物合成的范围
（ 3） 自溶阶段菌丝自溶阶段，随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中氨基氮增加，致使 pH又上升，此时菌丝趋于自溶而代谢活动终止
9.6.2 pH值的控制
1,首先要在基础培养基配方中考虑到维持
pH的需要，然后通过中间补料来控制 pH
培养基碳过多,pH下降培养基氮过多,pH上升
2 通过补加氨水、尿素或硫酸铵、碳酸钙来调节 pH
9.7 CO2与呼吸商
9.7.1 CO2对发酵的影响
CO2是微生物的代谢产物，同时往往也是合成所需的一种基质。它是细胞代谢的指标
CO2对菌体生长及产物形成的影响通常 CO2对生长具有直接的影响，当排出的
CO2高于 4%时，碳水化合物的代谢及微生物的呼吸速率下降。
CO2会影响菌体的形态：
以 产黄青霉菌为例：
当 CO2分压为 0~8%，菌丝主要呈丝状；
当 CO2分压为 15~22%，菌丝主要呈膨胀、粗短状当 CO2分压为 0.08× 105时，则出现球状或酵母状，
致使青霉素合成受阻
CO2对细胞作用的机制
CO2及 HCO3-都会影响细胞膜的结构。
它们分别作用于细胞膜的不同位点。溶解于培养液中的 CO2主要作用在细胞膜的脂肪酸核心部位，而 HCO3-则影响磷脂、细胞膜表面上的蛋白质。当细胞膜的脂质相中 CO2浓度达一临界值时，使膜的流动性及细胞膜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。
9.7.2 呼吸商与发酵的关系耗氧速率（ Oxygen utilization rate OUR）与 CO2的释放率
（ carbon dioxide escape rate CER）成向同步关系呼吸商 RQ=CER/OUR
RQ值反应菌体的的代谢情况,以酵母发酵为例,
RQ=1,糖代谢走有氧分解途径，仅生成菌体，无产物形成
RQ>1.1,走 EMP途径，生成乙醇
RQ=0.93,生成柠檬酸
RQ<0.7,生成的乙醇被当作基质利用菌在利用不同基质时,RQ值不同：
以大肠杆菌为例延胡索酸为基质,RQ=1.44
丙酮酸为基质,RQ=1.26
琥珀酸为基质,RQ=1.12
乳酸为基质,RQ=1.02
葡萄糖为基质,RQ=1.00
乙酸为基质,RQ=0.96
甘油为基质,RQ=0.80
在菌体生长、维持以及产物形成的不同阶段,
其 RQ值不同
9.8 基质浓度对补料发酵的影响及补料控制
9.8.1 基质浓度对发酵的影响低基质浓度对代谢有诱导作用高基质浓度对分解代谢有阻遏作用在葡萄糖浓度低于 100~150g/L时,不会出现生长的抑制；但超过 350~500g/L时,多数生物不能生长,这中种浓度下会使细胞脱水。
只有嗜渗性的生物能在这样高浓度的溶液中生长。
基质浓度对发酵产物收率的影响
9.8.2 补料控制为解除基质过浓的抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应，以及避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多而供氧不足的状况，采用中间补料的培养方法是较为有效的 。
补料方式：
连续流加变速流加
9.9 泡沫控制
9.9.1 泡沫的产生及其影响在微生物培养过程中，由于通气和搅拌、代谢气体的逸出以及培养基中的糖、
蛋白质、代谢物等稳定泡沫的表面活性物质的存在，使发酵液中产生一定数量的泡沫。
泡沫在发酵中的副作用
降低了发酵罐的装料系数，大多数罐的装料系数为 0.6~0.7
增加了细菌的非均一性
增加了污染杂菌的机会
导致产物的损失
消泡剂的加入会使下游工程的分离带来困难
9.9.3 泡沫的控制泡沫的控制方法,
A 机械消泡罐内消泡,离心力罐外消泡,通过喷嘴的加速作用或离心力优点,
不引入外来物质,节省原料缺点,
不能彻底消除泡沫
B 消泡剂消泡
1,天然油脂,
玉米油、米糠油、豆油、棉子油、鱼油及猪油
2,表面活性剂,
聚醚类、高级醇类、硅酮类
3 天然油脂＋表面活性剂
9.10 发酵终点的判断不同类型的发酵,要求达到的目标不同，
因而对发酵终点的判断标准也应有所不同。
对发酵及原材料成本占整个生产成本主要部分的发酵品种，主要追求提高生产率 (kg/m3·h )，得率 (kg产物 /kg基质 )和发酵系数 (kg产物 /罐容积 m3·发酵周期 h)
下游提取精制成本占主要部分，和产品价格比较贵，除了要求高的产率和发酵系数外，还要求高的产物浓度。
提高产率就必须缩短发酵周期，这就要在产物合成速率较低时放罐，延长发酵虽然略能提高产物浓度，但生产率下降，且消耗动力，成本提高放罐时间对下游工程有很大影响如放罐时间太早，会残留过多的养分，对提取不利如放罐时间太晚，影响过滤判断放罐指标：
产物浓度、过滤速度、氨基氮,菌丝形态,pH、培养液的外观、粘度菌体自溶前的迹象：
氨基氮升高,pH升高、菌丝碎片增多、粘度增大、
过滤速度降低
1 漏氧气，使厌氧产氢微生物不能生长
2 杂菌污染经验教训
1.实验中的任何一个环节都给予高度重视不可疏漏
2,保证厌氧条件
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Consumption (%)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
OD
600
Glucose
c o n su m p ti o n
Soluble protein
c o n su m p ti o n
OD600nm
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Time(h)
Volatile fatty acids(mg/L)
Ethanol
Acetate
Time course of growth,glucose consumption,
soluble protein consumption,the composition of
fermentation metabolites pH,and hydrogen
evolution
3.5
4
4.5
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5.5
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Time (h)
pH
0
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Cummulative H
2
production(ml/L-culture)
9.5 溶解氧浓度对发酵的影响及其监控
2ú22 2ú22 - 2ú2á〃222222ú222222222222222ú222222 2ú2á〃222222ú222222222222222ú222222
2222222222 2222222222
2 CH
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C O C O H
±2222á
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C O SC o A
2 A T P 2 A D P 2 FdH
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2 CO
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2 N A D
+
2 N A D H + H
+
2 N A D H
+H
+
2 N A D
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2 A D P
2 A T P
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C O O H
222á 222á
2 CH
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CH
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OH
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C O O H
±22á ±22á
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(C H
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C O O H
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C H O H C O O H
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C
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4 N A D
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4 N A D H
+H
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2 N A D
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2 N A D H + H
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A T P
2 A T P
A D P
2 A D P
4 N A D
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4 N A D H + H
+
根据最终电子受体（或最终受氢体）可将微生物的呼吸类型分为 3类：发酵、好氧呼吸、无氧呼吸。
发酵,在无外在电子受体时，微生物氧化一些有机物。
有机物仅发生部分氧化，以它的中间代谢产物（即分子内的低分子有机物）为最终电子受体好氧呼吸,当存在外在的最终电子受体 -分子氧 O2
时，低物可全部被氧化成 CO2和 H2O 并产生 ATP
无氧呼吸：在电子传递体系中，氧化 NADH2时的最终电子受体不是分子氧 O2,而是氧气以外的无机化合物 ----NO2-、
NO3-,SO42-,CO32- 及 CO2
厌氧发酵 好氧发酵在发酵工业生产上如何保证发酵中氧的供给,以满足生产菌对氧的需求，使氧的供、需这一对矛盾不成为发酵生产的限制因素是稳定和提高生产、降低成本的关键之一。
测定溶液中的氧浓度用复膜氧电极
9.5.1 供氧产生矛盾的原因
1mol葡萄糖完全氧化为二氧化碳和水，需要 6mol的氧
1mol葡萄糖用于合成细胞材料需要 1.9mol的氧即 1.8g的葡萄糖用于合成细胞材料需要 0.6g的氧溶液中氧的饱和浓度,7mg/L
若以浓度为 5%（ 50g/L ）的葡萄糖计算，进行细胞材料合成需要氧的浓度为 16.9g/L
16.9g/L÷ 0.007g/L= 2414
显然需要不断地向培养液中供给氧 才能保证生长临界氧浓度一般指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。如对产物形成而言便称为产物合成的临界氧浓度。
生物合成最适氧浓度溶解氧作为发酵异常情况的指标
1 发酵中污染好气性杂菌－发酵 2～ 3小时时溶解氧顺速下降
2 污染噬菌体－菌液变稀，溶氧回升
3 工艺错误
4 操作故障
9.5.2 发酵中溶氧的控制
（ 1）提高设备的供氧能力：
搅拌空气流速
（ 2）改进工艺条件：
补糖控制最好是少量或流加控制原则应当是葡萄糖加入的速度正好在生产菌处于所谓“半饥饿状态”。使其仅能维持正常的生长代谢，即把更多的糖用于产物的合成。
并永远不超过罐设计时的 KLa水平。
KLa 是设计罐的最大供氧速率
9.6 pH值对发酵过程的影响及控制发酵过程中培养液的 pH值是微生物在一定环境条件下代谢活动的综合指标，是一项重要的发酵参数。
它对菌体的生长和产品的积累有很大的影响。
9.6.1 pH值对发酵过程的影响
A 微生物生长和生物合成的最适 pH
细菌生长最适 pH,6.3~7.5
霉菌和酵母,3~6
放线菌,7~8
微生物生长阶段和产物合成阶段的最适 pH
往往不一样，这不仅与菌种特性有关，也取决于产物的化学性质
B 发酵过程中 pH的变化发酵过程中由于菌在一定温度及通气条件下对培养基中碳、氮源等的利用，随着有机酸或氨基氮的积累，会使 pH产生一定的变化 。
一般情况下：
（ 1）生长阶段
pH上升：菌体蛋白酶分解蛋白胨而生成铵离子
pH下降：葡萄糖分解产生的有机酸及铵离子利用
（ 2） 生产阶段在生产阶段,pH趋于稳定，维持在最适产物合成的范围
（ 3） 自溶阶段菌丝自溶阶段，随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中氨基氮增加，致使 pH又上升，此时菌丝趋于自溶而代谢活动终止
9.6.2 pH值的控制
1,首先要在基础培养基配方中考虑到维持
pH的需要，然后通过中间补料来控制 pH
培养基碳过多,pH下降培养基氮过多,pH上升
2 通过补加氨水、尿素或硫酸铵、碳酸钙来调节 pH
9.7 CO2与呼吸商
9.7.1 CO2对发酵的影响
CO2是微生物的代谢产物，同时往往也是合成所需的一种基质。它是细胞代谢的指标
CO2对菌体生长及产物形成的影响通常 CO2对生长具有直接的影响，当排出的
CO2高于 4%时，碳水化合物的代谢及微生物的呼吸速率下降。
CO2会影响菌体的形态：
以 产黄青霉菌为例：
当 CO2分压为 0~8%，菌丝主要呈丝状；
当 CO2分压为 15~22%，菌丝主要呈膨胀、粗短状当 CO2分压为 0.08× 105时，则出现球状或酵母状，
致使青霉素合成受阻
CO2对细胞作用的机制
CO2及 HCO3-都会影响细胞膜的结构。
它们分别作用于细胞膜的不同位点。溶解于培养液中的 CO2主要作用在细胞膜的脂肪酸核心部位，而 HCO3-则影响磷脂、细胞膜表面上的蛋白质。当细胞膜的脂质相中 CO2浓度达一临界值时，使膜的流动性及细胞膜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。
9.7.2 呼吸商与发酵的关系耗氧速率（ Oxygen utilization rate OUR）与 CO2的释放率
（ carbon dioxide escape rate CER）成向同步关系呼吸商 RQ=CER/OUR
RQ值反应菌体的的代谢情况,以酵母发酵为例,
RQ=1,糖代谢走有氧分解途径，仅生成菌体，无产物形成
RQ>1.1,走 EMP途径，生成乙醇
RQ=0.93,生成柠檬酸
RQ<0.7,生成的乙醇被当作基质利用菌在利用不同基质时,RQ值不同：
以大肠杆菌为例延胡索酸为基质,RQ=1.44
丙酮酸为基质,RQ=1.26
琥珀酸为基质,RQ=1.12
乳酸为基质,RQ=1.02
葡萄糖为基质,RQ=1.00
乙酸为基质,RQ=0.96
甘油为基质,RQ=0.80
在菌体生长、维持以及产物形成的不同阶段,
其 RQ值不同
9.8 基质浓度对补料发酵的影响及补料控制
9.8.1 基质浓度对发酵的影响低基质浓度对代谢有诱导作用高基质浓度对分解代谢有阻遏作用在葡萄糖浓度低于 100~150g/L时,不会出现生长的抑制；但超过 350~500g/L时,多数生物不能生长,这中种浓度下会使细胞脱水。
只有嗜渗性的生物能在这样高浓度的溶液中生长。
基质浓度对发酵产物收率的影响
9.8.2 补料控制为解除基质过浓的抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应，以及避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多而供氧不足的状况，采用中间补料的培养方法是较为有效的 。
补料方式：
连续流加变速流加
9.9 泡沫控制
9.9.1 泡沫的产生及其影响在微生物培养过程中，由于通气和搅拌、代谢气体的逸出以及培养基中的糖、
蛋白质、代谢物等稳定泡沫的表面活性物质的存在，使发酵液中产生一定数量的泡沫。
泡沫在发酵中的副作用
降低了发酵罐的装料系数，大多数罐的装料系数为 0.6~0.7
增加了细菌的非均一性
增加了污染杂菌的机会
导致产物的损失
消泡剂的加入会使下游工程的分离带来困难
9.9.3 泡沫的控制泡沫的控制方法,
A 机械消泡罐内消泡,离心力罐外消泡,通过喷嘴的加速作用或离心力优点,
不引入外来物质,节省原料缺点,
不能彻底消除泡沫
B 消泡剂消泡
1,天然油脂,
玉米油、米糠油、豆油、棉子油、鱼油及猪油
2,表面活性剂,
聚醚类、高级醇类、硅酮类
3 天然油脂＋表面活性剂
9.10 发酵终点的判断不同类型的发酵,要求达到的目标不同，
因而对发酵终点的判断标准也应有所不同。
对发酵及原材料成本占整个生产成本主要部分的发酵品种，主要追求提高生产率 (kg/m3·h )，得率 (kg产物 /kg基质 )和发酵系数 (kg产物 /罐容积 m3·发酵周期 h)
下游提取精制成本占主要部分，和产品价格比较贵，除了要求高的产率和发酵系数外，还要求高的产物浓度。
提高产率就必须缩短发酵周期，这就要在产物合成速率较低时放罐，延长发酵虽然略能提高产物浓度，但生产率下降，且消耗动力，成本提高放罐时间对下游工程有很大影响如放罐时间太早，会残留过多的养分，对提取不利如放罐时间太晚，影响过滤判断放罐指标：
产物浓度、过滤速度、氨基氮,菌丝形态,pH、培养液的外观、粘度菌体自溶前的迹象：
氨基氮升高,pH升高、菌丝碎片增多、粘度增大、
过滤速度降低
