發(fā)酵過程中控制調(diào)節(jié)因素有哪些

發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵，它是建立在容易變動的動態(tài)平衡上的，受多方面的環(huán)境條件支配。所以有了好的菌種而沒有合適的環(huán)境條件和操作工藝，也不可能積累大量的。如果培養(yǎng)條件不適宜，則幾乎不產(chǎn)生，僅得到大量的菌體或者由發(fā)酵轉(zhuǎn)換成的乳酸、琥珀酸、a酮戊二酸、、、乙酰等產(chǎn)物。

因此環(huán)境條件對發(fā)酵具有重要的影響，適宜的環(huán)境條件是提高發(fā)酵產(chǎn)率的重要條件。

培養(yǎng)基是菌體生長和代謝的基質(zhì)，其組成對菌體的生長和代謝起著重要的作用。

發(fā)酵的兩個階段對營養(yǎng)的要求是不同的。在長菌階段，要求營養(yǎng)平衡，比如要求含相對充裕，風量相對較小，以求在短期內(nèi)得到大量高活性的產(chǎn)酸型菌體；在產(chǎn)酸階段，要求所消耗的物料按添加的形式與控制要求相匹配。因此在發(fā)酵過程中，對培養(yǎng)基、溶解氧、溫度、pH和磷酸鹽等因素的調(diào)節(jié)和控制有定的嚴格要求。

1.溶解氧

產(chǎn)生菌是典型的好氧菌，通風和攪拌不僅會影響菌種對氮源和碳源的利用率，而且會影響發(fā)酵周期和的合成量。尤其是在發(fā)酵后期，加大通氣量有利于的合成。其中棒狀桿菌在溶解氧不足時產(chǎn)生的是乳酸或琥珀酸。

溶解氧對產(chǎn)生菌種子培養(yǎng)影響很大。溶解氧過低，菌體呼吸受到抑制，從而抑制生長，引起乳酸等副產(chǎn)物的積累；但是并非溶解氧越高越好，當溶解氧滿足菌的需氧量后繼續(xù)升高，不但會造成浪費還會由于高氧水平抑制菌體生長和的生成。

2.湛度

在整個流加發(fā)酵中，并非定要控制恒溫培養(yǎng)，因為菌體適生長溫度不定是菌體積累代謝終產(chǎn)物的佳溫度。

發(fā)酵0~12h為長菌期，菌種生長的適溫度為30~32℃。當菌體生長到穩(wěn)定期，進入產(chǎn)酸期，控制溫度為34-36℃。由于發(fā)辭期代謝活躍，發(fā)酵罐要注意冷卻，防止溫度過高引起發(fā)酵遲緩。例如，在生產(chǎn)過程中，發(fā)酵初期提高溫度可以縮短細胞生長時間，減少發(fā)酵總時間；發(fā)辭中、后期的菌體活力較強，適當提高發(fā)酵溫度有利于細胞膜滲透和產(chǎn)酸，故溫度應控制稍高些.

3.pH在發(fā)酵過程中，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的利用，代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液的pH會不斷變化。

如隨著氮源的利用，放出氨，pH會上升；當糖被利用生成有機酸時，pH會下降。其中棒狀桿菌在pH呈酸性時生成乙酰，為了維持發(fā)酵的佳條件，根據(jù)產(chǎn)生菌發(fā)酵的適pH在7.0~8.0之間，采用提高通風量、控制流加氮源的方法來調(diào)節(jié)的發(fā)酵。例如：長菌期，（O~12h）控制pH不大于8.2（由尿素流加量、風量和攪拌轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)）；產(chǎn)酸期，（12h以后）控制pH在7.1~7.2；放罐，達到放罐標準（殘?zhí)窃?%以下且糖耗速度緩慢且小于C.15%/h，或殘?zhí)呛啃∮?.5%）后，及時放罐。

4.磷酸鹽

磷酸鹽是發(fā)酵過程中必需的，但濃度不能過高，否則會轉(zhuǎn)向嫩氨酸發(fā)酵；但磷濃度過低，則菌體生長不好，不利于高產(chǎn)酸。發(fā)酶結(jié)束后，常用離子交換樹脂法等進行提取。

5.

在缺陷型的發(fā)酵中，起著細胞膜通透的開關(guān)作用，對發(fā)酵有定影響。如果過量，則只長菌，不產(chǎn)酸；如果不足，則菌體生長緩慢甚至不長。菌體從培養(yǎng)液中攝取的速度很快，遠遠超過蒸體繁殖所需要的量。因此，培養(yǎng)液中殘存的很少，在培養(yǎng)過程中菌體內(nèi)的含由多逐漸減少，從而達到亞適量，保證了的積累。般來講，過量時菌體生長繁殖快，細胞膜致密使得細胞內(nèi)的無法排出，發(fā)酵液中由菌種細胞排出的僅占氨基酸總量的12%；亞適量時，菌體代謝失調(diào)，細胞膜通透性增強，細胞內(nèi)的能及時排出，發(fā)酵液中由菌種細胞排出的僅占氨基酸總量的92%，有利于的積累。因此，分不同階段進行控制為合理，

6.接種時間

利用對數(shù)生長期中后期的種子接種，可縮短其延滯期，而且菌體生長迅速，菌體濃度相對較高，有利于縮短發(fā)醉周期，提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。

7.按種量

接種量大小直接影響發(fā)酵產(chǎn)酸。接種量太小，發(fā)酵前期生長緩慢，整個發(fā)酵期間長，菌種的活力下降，發(fā)酵效果差；接種量過大，會引起菌體增長過快，單位體積內(nèi)的養(yǎng)料和溶解氧供應不足，代謝廢物較多，不利于產(chǎn)酸。接種量適宜，能減少染菌機會，縮短發(fā)酵周期。因此，接種量般要求以適量為原則。

8.通風

通風的實質(zhì)就是供氧并使菌體和培養(yǎng)基充分混合。產(chǎn)生菌為兼性好氧菌，在有氧、無氧的條件下都能生長，只是其代謝產(chǎn)物不同。在發(fā)酵過程中，通風必須適度。在罐壓定的情況下，風量的增加可以增加發(fā)酵培養(yǎng)基的氧分壓。通風的計量，般采用每分鐘發(fā)酵液體積與所通的空氣體積之比來確定，如風量為1：0.5表示每分鐘每立方米發(fā)酵液中通入了0.5m的空氣，罐壓恒定時，尾風風量與進風風量相同，因此，在實際操作中，用安裝在發(fā)酵策尾氣排放口上的空氣流量計來讀取數(shù)據(jù)。

9.泡沫

發(fā)辭是好氣型發(fā)酵，因通風和攪拌產(chǎn)生泡沫是經(jīng)常存在的現(xiàn)象，但泡沫過多會帶來系列問題，例如泡沫形成泡蓋時代謝產(chǎn)生的氣體不能及時排出，妨礙菌體呼吸作用，影響菌體的正常代謝；泡沫過多，發(fā)酵液會外溢，易沖上能頂，造成浪費和污染。因此，在發(fā)酵過程中如何避免泡沫的過多產(chǎn)生是需要重視的問題。

發(fā)酵工業(yè)上消除泡沫的方法常有兩種，即機械消泡和化學消泡劑消泡。

（1）機械消泡

機械消泡是借助機械力將泡沫打破，或借壓力變化使。其優(yōu)點是不用在發(fā)酵液中加入其他物質(zhì)，節(jié)省原料（消泡劑），減少由于加入消泡劑引起污染的機會；缺點是不能從根本上消除引起泡沫的因素，消泡效果往往不如化學消泡劑迅速可靠，且需要消耗定的動力。

（2）化學消泡劑消泡

化學消泡劑消泡是借助些化學藥劑來消除泡沫的方法。其優(yōu)點是消泡效果好，作用迅速，尤其是合成消泡劑效率高，用量少；其缺點是選擇不當會影響菌體生長繁殖或者彩響代謝產(chǎn)物的積累，操作上會增加染菌的機會，且用量過多時會影響氧的傳遞，從而影響菌體的代謝。

根據(jù)消泡原理和發(fā)酵液的性質(zhì)、要求選擇不同的消泡劑。

消泡劑應當具有以下特點：

必須是表面活性劑，且具有較低的表面張力；具有定的親水性，對氣-液界面的鋪展系數(shù)必須足夠大；無毒，不影響菌體的生長和代謝、產(chǎn)物的提取和產(chǎn)品質(zhì)量；不干擾溶解氧、pH等測定儀表的使用，好不影響氧的傳遞。

目前，普遍使用的消泡劑是聚雕類消泡劑，此類消泡劑均為無色或淡黃色黏性液體，不易揮發(fā)，熱穩(wěn)定性高，它們的表面化學性質(zhì)基本相近，屬于非離子型表面活性劑，起消泡作用的基團是分子中的疏水基、親水基和末端羥基，使消泡劑在發(fā)泡介質(zhì)中能良好鋪展，以促進消泡效力的發(fā)揮。

10.無菌

產(chǎn)生菌對雜菌及噬菌體的抵抗力差，旦染菌，就會造成減產(chǎn)或無產(chǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，致使發(fā)酵生產(chǎn)失敗，所以預防及挽救菌種是非常重要的。

常見的雜菌有芽孢桿菌、陰性桿菌、葡萄球菌和霉菌。針對芽孢桿菌，打料時要檢查板式換熱器和維持管壓力是否高出正常水平。如果堵寨，容易造成滅菌不透。板式換熱器要及時清洗或拆換，罐要打開，檢查管路是否有泄漏或短路，閥門和法蘭是否損壞。針對陰性桿菌，對照放罐體積看是否異常，如果高于正常體積，可能是排貓泄漏，要對接觸冷卻水的管路和閥門等處進行檢查。針對葡萄球菌，流加糖罐和空氣過濾器要進行無菌檢查，如果染落要統(tǒng)殺常處理，針對霉菌，則要加大對環(huán)境的消毒力度，對環(huán)境死角要進行清理。

感染噬菌體是嚴重的種染菌，發(fā)酵罐旦感染上噬菌體，菌體在很短的時間內(nèi)迅速下降，發(fā)酵將無法進行。噬菌體有個致命點，就是必須有菌體宿主的存在，如無宿主噬菌體將無法生存。另外，噬藍體不耐高溫，般升溫至80C就會死亡。

在發(fā)酵2~10h時感染噬菌體，判斷正確后，把發(fā)酵液加熱至45℃10min將菌殺滅。在發(fā)酵10~14h時感染噬菌體，耗糖速度減慢直至停止，此時殘?zhí)窃?%~~10%之間，產(chǎn)酸3%~5%之間。在這時段出現(xiàn)感染噬菌體，仍然是把發(fā)酵液加熱至45℃10min，壓出發(fā)酵縮，進行分罐處理，般可分為兩罐來處理。發(fā)酵18h后出現(xiàn)OD值下跌，此時殘?zhí)窃?%左右，出現(xiàn)耗糖緩漫或停止。