发酵工程总结版(3)

拟塑性流体 涨塑性流体 凯松流体

五．发酵罐的放大方法有:

经验放大法：依据对已有发酵罐的操作经验所建立起来的一些规律而进行放大的方法。 因次分析法、数学模拟法。 第九章 发酵过程工艺控制 1.温度影响及控制

答：温度影响产物合成的速率及产量；温度能够改变菌体代谢产物的合成方向；温度对多组分次级代谢产物的组分比例产生影响；温度可以通过改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成。 注：嗜冷菌 低于20℃；嗜中温菌 30~35 ℃；嗜热菌 50℃以上。 2发酵热计算 ：发酵过程中所产生的热量 Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发- Q辐射 生物热 （Q生物）：

{合成高能化合物ATP；合成产物；以热的形式散发}

方法一：通过测定一段时间冷却水的流量和冷却水进出口温度，用以下公示计算 Q发酵=Gc（t2-t1）/V

方法二:通过发酵罐的温度自动控制装置，先使罐温达到恒定，再关闭自动装置，测量温度随时间上升的速度，按以下公式计算： Q发酵=(M1c1+M2c2)S

方法三：根据化合物的燃烧热值计算发酵过程中生物热的近似值。根据Hess定律，热效应决定于系统的初态和终态，而与变化的途径无关，反应的热效应等于产物的生成热总和减去作用物生成热总和，也可以用燃烧热来计算热效应，特别是对于有机化合物，燃烧热可直接测定。反应的热效应等于作用物的燃烧热总和减去生成物的燃烧热总和。可用： ΔH=Σ（ΔH）作用物 –Σ（ΔH）生成物 3.pH的影响及控制

pH影响酶的活性；pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态，从而改变细胞膜的渗透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的排泄；影响培养基某些组分和中间产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用；pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。 4引起pH下降的因素：

（凡是导致酸性物质生成或释放及碱性物质消耗的发酵，其pH都会下降）

培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累而pH下降；消泡油加得过多；生理酸性物质的存在，氨被利用，pH下降。 5.引起pH上升的因素：

（凡是导致碱性物质生成或释放，酸性物质消耗的发酵，其pH都会上升）

培养基中碳氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放，使pH上升；生理碱性物质存在；中间补料中氨水或尿素等碱性物质的加入过多使pH上升。 6.发酵过程中 pH的调节与控制。

添加碳酸钙法；氨水流加法；尿素流加法 7.第三节 泡沫对发酵的影响及控制 不利影响：

降低了发酵罐的装料系数 ； 提高了细菌的非均一性，增加了污染杂菌的机会；引起“逃液”，引起产物的流失；消泡剂的加入有时会影响发酵产量或给下游分离纯化带来麻烦。 8.泡沫的类型

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一类存在于发酵液的液面上；

一类出现在粘稠的菌丝发酵液当中发酵过程中泡沫的形成与变化 9.泡沫的影响因素

通气、搅拌的强度；培养基的配比及原材料组成；培养基的灭菌方法和操作条件。

10.泡沫的消除方法 化学消泡 ；机械消泡 11.化学消泡机理

降低泡沫的机械强度，使泡沫破裂；

降低液膜的表面黏度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂。 12.消泡剂特点

必须是表面活性剂，且具有较低的表面张力，消泡作用 迅速，效率高；

对气液界面的散布系数足够大，具有一定的亲水性； 在水中的溶解度较小，以保持其持久的消泡或抑泡性能； 对发酵过程无毒，对人、畜无害，同时对菌体生长和代谢 无影响，不影响产物的提取和产品质量；

不干扰溶解氧、pH等测定仪表使用，最好不影响氧的传递； 能耐高压蒸气灭菌而不变性，对设备无腐蚀性影响； 来源方便，价格便宜。 13.消泡剂的应用和增效

A 消泡剂加载体增效；B 消泡剂并用增效； C 消泡剂乳化增效。；

14．理想的机械消泡装置：

动力小；结构简单； 坚固耐用；清洗、杀菌容易； 维修保养费用少。

15. CO2对菌体生长和产物形成的影响

CO2对氨基酸、抗生素等产品的发酵具有抑制或刺激作用； CO2对细胞的作用机制 ：“麻醉”作用；

工业发酵罐中，罐内的二氧化碳分压是液体深度的函数。 16.呼吸商和发酵的关系

/OUR(CO2释放率/菌耗氧速率)

17.流加补料的控制优点：

1.可以解除底物抑制、产物的反馈抑制和分解代谢物阻遏作用；2.避免因一次性投料过多造成细胞大量生长，耗氧过多而造成波谷现象；3.可用作控制细胞质量的手段； 4.可作为理论研究的手段，为自动控制和最优化控制提供实验基础； 18.补料的内容

① 补充微生物能源和碳源；② 补充菌体所需要的氮源；③ 补充微量元素或无机盐；④ 添加前体、诱导剂等。

19. 补料的原则

①补料的原则就在于控制微生物的中间代谢，使之向着有利于产物积累的方向发展。②为了有效地进行中间补料，必须选择恰当的反馈控制参数，以及了解这些参数与微生物代谢、菌体生长、基质利用以及产物形成之间的关系。

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第十章 发酵染菌及其防治

1染菌的危害:

①由于杂菌污染，使发酵培养基因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降；②杂菌合成一些新的代谢产物，使发酵产物的提取和分离变得困难，造成产物收率降低或产品质量下降；③杂菌代谢会改变原反应体系的pH值，使发酵发生异常变化；④杂菌分解产物，使生产失败；⑤细菌发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，导致整个发酵失败等。 2.不同发酵时期染菌对发酵的影响

① 种子扩大培养时期染菌 ：容易污染杂菌 ，应严格控制种子污染。 ② 发酵前期染菌： 菌体细胞生长繁殖阶段，比较容易污染杂菌

③ 发酵中期染菌：发酵中期染菌将对发酵生产带来极大危害，一般挽救处理困难，危害性非常大。 ④ 发酵后期染菌：这时产物的积累比较多，糖等营养物质接近耗尽。 3.种子培养染菌后的异常现象

菌体浓度异常；理化指标异常；代谢异常 5.发酵染菌后的异常现象

菌体浓度的异常；pH异常；溶解氧及二氧化碳水平异常；泡沫过多；代谢异常

5.杂菌的检查与判断（1）显微镜检查法 （2）平板划线培养检查法 （3）肉汤培养检查法 6. 从染菌的现象分析染菌的原因 ：（重点内容）

从染菌的时间来分析；从染菌的类型来分析；从染菌的幅度分析。 7. 种子杂菌污染途径

菌种在培养过程或保藏过程中受到污染； 培养基和培养设备灭菌不彻底； 种子转移和接种过程染菌。

8.空气带菌及防治（主要的原因之一）

提高空压机进口空气的洁净度、防止空气带油、水及过滤器失效。 9.培养基和设备灭菌不彻底导致的染菌及防治

发酵罐及其附属设备应注意严密和防止泄漏，避免形成“死角”。与物料、空气、下水道连接的阀门皆需保证严密度。

10.操作失误和设备渗漏导致的染菌及防治 11. 噬菌体的污染及防治

用细菌或放线菌进行的发酵容易感染噬菌体 12.染菌的防治措施：

以净化环境为中心的综合防治法

1净化生产环境，消灭污染源2改进提高空气的净化度3做到种子本身不带噬菌体4改进设备装置消灭死角5防治操作失误

14.对于各种原因造成的染菌应采取的防治措施。

种子培养时期染菌：应经灭菌后弃之，并对种子罐和管道进行仔细检查和彻底灭菌。

发酵前期染菌：营养成分消耗不多，应迅速重新灭菌；另外，补充必要的营养成分，重新接种进行发酵。 发酵中、后期染菌：可以加入适当的杀菌剂或抗生素以及正常的发酵液，以抑制杂菌的生长速度；产品的含量若达到一定值，只要明确是染菌也可放罐。

发酵后对设备的处理：空罐加热灭菌后至120°C以上，30min后，才能使用。也可用甲醛熏蒸或者甲醛溶液浸泡12h以上等方法进行处理。

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一、现代发酵工程所用的发酵罐应具备那些特征？

答：（1）、发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率较高；

（2）、发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时，要承受一定的压力（气压和液压）和温度；

（3）、发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧；

（4）、发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污纳垢，保证灭菌彻底，防止染菌； （5）、发酵罐应具有足够的冷却面积； （6）、搅拌器的轴封要严密，以减少泄露。

二、微生物发酵的种子应具备那几方面条件？

答:（1）、菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短。 （2）、生理性状稳定。

（3）、菌体总量及浓度能满足大量发酵罐的要就。 （4）、无杂菌污染。

（5）、保持稳定的生产能力。

三、叙述防止发酵菌种退化的具体条件措施有那些？

答：（1）控制传代次数：尽量避免不必要的移种和传代，并将必要的传代降低到最低限度，以减少细胞分裂过程中所产生的自发突变几率。

（2）创造良好的培养条件：如在赤霉素生产菌G.fujikuroi的培养基中，加入糖蜜、天冬酰胺、谷氨酰胺、5‘-核苷酸或甘露醇等丰富营养物时，有防止衰退效果。

（3）利用不易衰退的细胞传代：对于放线菌和霉菌，菌丝细胞常含有几个细胞核，因此用菌丝接种就易出现衰退，而孢子一般是单核的，用于接种就可避免这种现象。 （4）采用有效的菌种保藏方法

（5）合理的育种：选育菌种是所处理的细胞应使用单核的，避免使用多核细胞;合理选择诱变剂种类或增加突变位点，以减少分离回复突变；在诱变处理后及分离提纯化，从而保证保藏菌种的纯度。

（6）、选用合适的培养基 在培养基中添加某种化学物质可以防止菌种退化。或者选取营养相对贫乏的培养基在菌种保藏培养基，限制菌株的生长代谢减少变异反而发生从而防止菌种的退化。

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