9 发酵工艺控制
9.1 引 言微生物发酵的生产水平：
生产菌种本身的性能合适的环境条件环境条件：培养基（碳源、氮源、磷酸盐），
培养温度,pH，氧的需求等。
环境条件 -----生产菌在 合成产物 过程中的代谢调控、
代谢途径 -----发酵过程参数 -----优化环境、发酵动力学 -----自动化调控。
9.2 发酵过程参数监测常测定参数,温度,罐压,空气流量,搅拌转速、
pH、溶氧,效价,糖含量,NH2-N含量,前体浓度、
菌体浓度 。
不常测定参数：氧化还原电位、粘度、排气中的
O2和 CO2含量等。
发酵动力学的研究：
寻找能反映过程变化的参数
将各种参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，
找出它们之间的相互关系和变化规律 。
建立各种数学模型以描述各参数之间与时间变化的关系。
通过计算机的在线控制反复验证各种模型的可行性与适用范围。
9.3 发酵过程的代谢变化规律了解生产菌种在具有合适的培养基,pH、温度和通气搅拌等环境条件下对基质的利用、细胞的生长以及产物合成的代谢变化，有利于人们对生产的控制。
采用不同的发酵操作方式，其代谢变化规律也不同
9.3.1 分批发酵分批发酵是指在一封闭培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式工业生产应尽可能缩短延滞期，可通过使用适当的接种量达到。
A 生长关联型
B 非生长关联型
9.3.2 补料分批发酵补料分批发酵又称半连续发酵或半连续培养，是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基。
补料分批发酵生产葡萄糖异构酶
1添加 10g木糖； 2~9添加 5g木糖； 10~14添加 10g木糖； 10g酵母膏和 5gKH2PO4
补料发酵的优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度：
可以除去快速利用碳源的阻遏效应 (末端产物阻遏、分解代谢产物阻遏 )；并维持适当的菌体浓度，使不致于加剧供氧的矛盾
避免培养基积累有毒代谢物与连续发酵相比，补料分批发酵不需要严格的无菌条件，也不会产生菌种老化和变异等问题
9.3.3 连续发酵连续发酵或连续培养也称连续流动培养或开放性培养，即培养基料连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液。
优点：
维持低基质浓度
提高设备利用率和单位时间的产量
便于自动控制缺点：
由于长时间的连续培养难以保证纯种培养，并且菌种发生变异的可能性较大投加纯菌种
9.4 温度对发酵的影响及控制温度是保持菌体生长和合成所需的培养条件。因为微生物的生长和产物的合成都是在各种酶催化下进行的，温度是保证酶活性的重要条件。
9.4.1 影响发酵温度的因素
A,发酵热发酵过程中，随着菌对培养基的利用，以及机械搅拌的作用，将产生一定热量。同时因罐壁散热，水分蒸发等也带走部分热量。发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。
Q发酵 =Q生物 +Q搅拌 — Q蒸发 — Q显 — Q辐射
B 生物热生物热是随菌株培养基成分和发酵时期的不同而不同。菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富，生物热也就越大。
9.4.2 温度对微生物生长的影响当温度升高 10度，生长速率增加一倍
9.4.3 温度对发酵的影响温度对菌生长和生产的影响是各种因素综合表现的结果。
温度升高，反应速率加大，生长代谢加快，生产期提前。但因酶本身很易因热而失去活性，温度越高，酶的失活也越快，
表现在菌体易于衰老，发酵周期的缩短，
影响产物的最终产量。
9.4.4 最适温度的选择所谓最适温度是指在该温度下最适于菌的生长或产物的合成。
对不同的菌种和不同的培养条件以及不同的酶反应和不同的生长阶段，最适温度应有所不同。
根据模拟计算机对发酵温度最佳点的计算，得到青霉素发酵的最适温度是起初 5小时维持在 30℃ ；随后降到 25℃,培养 35个小时；再降到
20℃ 培养 85小时；最后回升到 25℃
培养 40小时放罐。采用这种变温培养，在该试验条件下比 25℃ 恒温培养所得青霉素产量高 14.7%。
9.1 引 言微生物发酵的生产水平：
生产菌种本身的性能合适的环境条件环境条件：培养基（碳源、氮源、磷酸盐），
培养温度,pH，氧的需求等。
环境条件 -----生产菌在 合成产物 过程中的代谢调控、
代谢途径 -----发酵过程参数 -----优化环境、发酵动力学 -----自动化调控。
9.2 发酵过程参数监测常测定参数,温度,罐压,空气流量,搅拌转速、
pH、溶氧,效价,糖含量,NH2-N含量,前体浓度、
菌体浓度 。
不常测定参数：氧化还原电位、粘度、排气中的
O2和 CO2含量等。
发酵动力学的研究：
寻找能反映过程变化的参数
将各种参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，
找出它们之间的相互关系和变化规律 。
建立各种数学模型以描述各参数之间与时间变化的关系。
通过计算机的在线控制反复验证各种模型的可行性与适用范围。
9.3 发酵过程的代谢变化规律了解生产菌种在具有合适的培养基,pH、温度和通气搅拌等环境条件下对基质的利用、细胞的生长以及产物合成的代谢变化，有利于人们对生产的控制。
采用不同的发酵操作方式，其代谢变化规律也不同
9.3.1 分批发酵分批发酵是指在一封闭培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式工业生产应尽可能缩短延滞期，可通过使用适当的接种量达到。
A 生长关联型
B 非生长关联型
9.3.2 补料分批发酵补料分批发酵又称半连续发酵或半连续培养，是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基。
补料分批发酵生产葡萄糖异构酶
1添加 10g木糖； 2~9添加 5g木糖； 10~14添加 10g木糖； 10g酵母膏和 5gKH2PO4
补料发酵的优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度：
可以除去快速利用碳源的阻遏效应 (末端产物阻遏、分解代谢产物阻遏 )；并维持适当的菌体浓度，使不致于加剧供氧的矛盾
避免培养基积累有毒代谢物与连续发酵相比，补料分批发酵不需要严格的无菌条件，也不会产生菌种老化和变异等问题
9.3.3 连续发酵连续发酵或连续培养也称连续流动培养或开放性培养，即培养基料连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液。
优点：
维持低基质浓度
提高设备利用率和单位时间的产量
便于自动控制缺点：
由于长时间的连续培养难以保证纯种培养，并且菌种发生变异的可能性较大投加纯菌种
9.4 温度对发酵的影响及控制温度是保持菌体生长和合成所需的培养条件。因为微生物的生长和产物的合成都是在各种酶催化下进行的，温度是保证酶活性的重要条件。
9.4.1 影响发酵温度的因素
A,发酵热发酵过程中，随着菌对培养基的利用，以及机械搅拌的作用，将产生一定热量。同时因罐壁散热，水分蒸发等也带走部分热量。发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。
Q发酵 =Q生物 +Q搅拌 — Q蒸发 — Q显 — Q辐射
B 生物热生物热是随菌株培养基成分和发酵时期的不同而不同。菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富，生物热也就越大。
9.4.2 温度对微生物生长的影响当温度升高 10度，生长速率增加一倍
9.4.3 温度对发酵的影响温度对菌生长和生产的影响是各种因素综合表现的结果。
温度升高，反应速率加大，生长代谢加快，生产期提前。但因酶本身很易因热而失去活性，温度越高，酶的失活也越快，
表现在菌体易于衰老，发酵周期的缩短，
影响产物的最终产量。
9.4.4 最适温度的选择所谓最适温度是指在该温度下最适于菌的生长或产物的合成。
对不同的菌种和不同的培养条件以及不同的酶反应和不同的生长阶段，最适温度应有所不同。
根据模拟计算机对发酵温度最佳点的计算，得到青霉素发酵的最适温度是起初 5小时维持在 30℃ ；随后降到 25℃,培养 35个小时；再降到
20℃ 培养 85小时；最后回升到 25℃
培养 40小时放罐。采用这种变温培养，在该试验条件下比 25℃ 恒温培养所得青霉素产量高 14.7%。
