以青霉菌发酵为例研究发酵过程中的控制点.doc

以青霉菌发酵为例研究发酵过程中的控制点一、概述发酵工艺过程不同于化学反应过程。它既涉及生物细胞的生长、生理和繁殖的生命过程，又涉及微生物细胞分泌的各种酶所催化的生化反应及其影响因素的多酶反应过程，所以发酵是微生物、化学和工程等学科的理论和技术的综合利用，由于发酵过程的复杂性，控制其过程是比较复杂的。尤其是控制青霉素等次级代谢产物的发酵。二, 工艺流程生产流程：冷冻干孢子琼脂斜面米孢子种子罐发酵罐过滤醋酸丁酯提取脱水脱色结晶洗涤晶体工业盐菌丝体综合利用在发酵过程中添加碳源、氮源和前体、消泡剂三 发酵控制要点基质浓度：在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法 , 即对容易产生阻遏、抑制和限制作用的基质进行缓慢流加以维持一定的最适浓度。这里必须特别注意的是葡萄糖的流加 , 因为即使是超出最适浓度范围较小的波动 , 都将引起严重的阻遏或限制 , 使生物合成速度减慢或停止。目前 ,葡萄糖的流加是间接根据pH 值、溶氧或 C02 释放率予以调节。温度 青霉素发酵的最适温度由于所选菌种差别不同而有所不同，一般认为一般前期为2526，后期为23，以减少后期发酵液中青霉素的降解破坏。1、一般来说，接种后应适当提高培养温度，以利于孢子的萌发或加快微生物的生长、繁殖。随着发酵液的温度逐渐上升，发酵液的温度应该控制在微生物的最适生长温度；到主发酵旺盛阶段温度的控制可比最适生长温度低些；到发酵的后期，温度出现下降的趋势，直至发酵成熟即可放罐。2、工业发酵过程一般无须加热，因为释放的发酵热常常超过微生物的最适生长温度，所以需要冷却阶段较多。通常是利用发酵罐的热交换装置进行降温，冬季发酵时空气还需进行加热处理，以便维持发酵的正常温度。pH 值 青霉素发酵的最适 pH 值一般认为在 6. 5 左右 , 有时也可以略高或略低一些 , 但应尽量避免 pH 值超过7.0。在实际生产中，调节和控制pH值的方法主要有以下几种：1 调节培养基的原始pH值2、在发酵过程中加入弱酸或弱碱经行pH值调节，也可通过调整通风量来控制pH值。3、如果仅用酸或碱调节pH值不能改善发酵情况时，进行补料是一个较好的办法。4、采用生理酸性铵盐作为氮源时，可在培养液中加入碳酸钙来调节pH值。但在操作上很容易引起染菌。因此，此方法在应用不是太广。5、在发酵过程中根据pH值的变化可用流加氨水的方法来调节，同行又可把氨水作为氮源供给。应采用少量多次的流加方法，最好采用自动控制连续流加。溶氧 对于好氧的青霉素发酵来说 , 溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。当溶氧浓度降到 30% 饱和度以下时, 青霉素产率急剧下降, 低于 10% 饱和度时, 则造成不可逆的损害。溶氧浓度过高 , 说明菌丝生长不良或加糖率过低, 造成呼吸强度下降, 同样影响生产能力的发挥。工艺上主要的控制手段有以下几种方法。1、改变通气速率（增大通风量）2、改变搅拌速度3、改变气体组成中的氧分压4、改变罐压菌丝浓度 发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度, 从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。青霉素发酵的临界菌体浓度随菌株的呼吸强度 (取决于维持因数的大小, 维持因数越大,呼吸强度越高) 、发酵通气与搅拌能力及发酵的流变学性质而异。呼吸强度低的菌株降低发酵中氧的消耗速率，而通气与搅拌能力强的发酵罐及黏低的发酵液使发酵中的传氧速率上升, 从而提高临界菌体浓度。菌丝形态 在长期的菌株改良中 , 青霉素产生菌在沉没培养中分化为主要呈丝状生长和结球生长两种形态。前者一般比生产速率较高； 后者则发酵罐体积产率甚至高于前者。在丝状菌发酵中, 控制菌丝形态使其保持适当的分支和长度, 并避免结球 , 是获得高产的关键要素之一。而在球状菌发酵中, 使菌丝球保持适当大小和松紧 , 并尽量减少游离菌丝的含量, 也是充分发挥其生产能力的关键素之一。在实践中，可通过基础料中不同氮源的比例来控制其代谢速率， 以达到控制菌丝形态的目的。实践证明， 这种方法在控制代谢， 提高产量， 改善过滤效果等方面是行之有效的。采用此方法以后， 发酵水平在原来基础上增加8%10%， 过滤条件也大大改善， 产生了良好的经济效益和社会效益。补氮及加前体 补氮是指加硫酸铵、氨水或尿素, 使发酵液氨氮控制在 O. 01%-0.05%,补前体以使发酵液中残存苯乙酰胺浓度为 0.05%-0.08% 。在实际生产中,中间补料工艺最为关键。而氮源的补入又是非常重要的因素。氮源过量会严重阻碍 菌体代谢合成抑制青霉素的产生。如果缺乏氮源将导致菌体自溶和呼强度降低 ,青霉素产量大幅度下降。在培养基中只有保持定量的氨氮,才能连续合成青霉素。因此控制 培养基中氨残量使之稳定在工艺控制范围之内就显得很重要 。泡沫的控制一是减少泡沫形成的机会，二是消除已形成的泡沫。国内使用较多的是天然油脂合成消沫剂 。实践证明，采用合成消沫剂部分或完全的代替天然油脂是可取的 它可以大幅度降低油耗，节约大量油料。对有机硅油消沫剂的使用进行研究，采用硅油与豆油按一定的比例混合作消沫剂做青霉素发酵的对比试验，看在基础料和液糖中采用少量连续滴加的方式，对青霉素代谢和发酵单位的影响情况，最后以适当的比例适量的使用此消沫剂，以提高发酵水平，降低提炼难度和改善成品质量的作用。