液體深層發(fā)酵

　　液體深層發(fā)酵

　　一、液體深層發(fā)酵的操作方式。 根據操作方式的不同，液體深層發(fā)酵主要有分批發(fā)酵、連續發(fā)酵和補料分批發(fā)酵三種類(lèi)型。

　　1、分批發(fā)酵。 營(yíng)養物和菌種一次加入進(jìn)行培養，直到結束放出，中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排出，與外部沒(méi)有物料交換。 特點(diǎn)：一次性;發(fā)酵過(guò)程中，營(yíng)養不斷減少，微生物不斷增殖，環(huán)境非穩態(tài);微生物生長(cháng)的四個(gè)時(shí)期明顯。 應用：廣泛。

　　2、連續發(fā)酵。 連續發(fā)酵是指以一定的速度向發(fā)酵罐內添加新鮮培養基，同時(shí)以相同的速度流出培養液，從而使發(fā)酵罐內的液量維持恒定，微生物在穩定狀態(tài)下生長(cháng)。穩定狀態(tài)可以有效地延長(cháng)分批培養中的對數期。 特點(diǎn)：培養基等量流入流出;各種變化=0;微生物群體生長(cháng)的四個(gè)時(shí)期不存在。 應用：常用于廢水處理、葡萄糖酸、酒精、氨基酸發(fā)酵等工業(yè)中。 優(yōu)點(diǎn)：操作穩定;利于機械、自動(dòng)化;提高設備的利用率;減少滅菌次數;易于過(guò)程優(yōu)化。 缺點(diǎn)：易染菌;微生物易變異;對產(chǎn)品類(lèi)型的適應性不廣;對設備及附件要求高。

　　3、補料分批發(fā)酵。 補料分批發(fā)酵又稱(chēng)半連續發(fā)酵，是介于分批發(fā)酵和連續發(fā)酵之間的一種發(fā)酵技術(shù)，是指在微生物分批發(fā)酵中，以某種方式向培養系統補加一定物料的培養技術(shù)。通過(guò)向培養系統中補充物料，可以使培養液中的營(yíng)養物濃度較長(cháng)時(shí)間地保持在一定范圍內，既保證微生物的生長(cháng)需要，又不造成不利影響，從而達到提高產(chǎn)率的目的。 特點(diǎn)：可以解除底物抑制、產(chǎn)物抑制、分解阻遏或克服微生物過(guò)度生長(cháng);提高有用產(chǎn)物的轉化率; 應用：應用廣泛，用于面包酵母、氨基酸、抗生素等工業(yè);

　　二、發(fā)酵工藝控制。 發(fā)酵過(guò)程中，為了能對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行必要的控制，需要對有關(guān)工藝參數進(jìn)行定期取樣測定或進(jìn)行連續測量。反映發(fā)酵過(guò)程變化的參數可以分為兩類(lèi)：

　　(1)直接參數：可以直接采用特定的傳感器檢測的參數。它們包括反映物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境變化的參數，如溫度、壓力、攪拌功率、轉速、泡沫、發(fā)酵液粘度、濁度、pH、離子濃度、溶解氧、基質(zhì)濃度等。

　　(2)間接參數：至今尚難于用傳感器來(lái)檢測的參數，包括細胞生長(cháng)速率、產(chǎn)物合成速率和呼吸嫡等。這些參數需要根據一些直接參數，借助于電腦計算和特定的數學(xué)模型才能得到。 上述參數中，對發(fā)酵過(guò)程影響較大的有溫度、pH、溶解氧濃度等。

　　1、溫度：溫度能影響酶的活性，也能影響生物合成的途徑。溫度還會(huì )影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)，以及菌種對營(yíng)養物質(zhì)的分解吸收等。應采用具備熱交換裝置發(fā)酵罐。

　　2、pH：pH能夠影響酶的活性，以及細胞膜的帶 電荷狀況。還會(huì )影響培養基中營(yíng)養物 質(zhì)的分解等。常用的控制方法有：①調整生理堿性和酸性鹽類(lèi)的比例;②選擇不同C、N的種類(lèi)和比例;③添加緩沖劑。

　　3、溶解氧：在發(fā)酵過(guò)程中菌種只能利用溶解氧。因此，必須向發(fā)酵液中連續補充大量的氧，并要不斷地進(jìn)行攪拌，以提高氧在發(fā)酵液中的溶解度。

　　4、泡沫：發(fā)酵過(guò)程中，通氣、攪拌、微生物的代謝過(guò)程及培養基中某些成分的分解等，都有可能產(chǎn)生泡沫。過(guò)多的持久性泡沫對發(fā)酵是不利的。常采用機械消泡和消泡劑消沫。

　　5、營(yíng)養物質(zhì)的濃度：發(fā)酵液中各種營(yíng)養物質(zhì)的濃度，特別是碳氮比、無(wú)機鹽和維生素的濃度，會(huì )直接影響菌體的生長(cháng)和代謝產(chǎn)物的積累。

　　三、發(fā)酵設備。 進(jìn)行微生物深層培養的設備統稱(chēng)發(fā)酵罐。由于微生物有好氧與厭氧之分，所以其培養裝置也相應地分為好氧發(fā)酵設備與厭氧發(fā)酵設備。

　　(1)液態(tài)好氧發(fā)酵罐。 特點(diǎn)：有冷卻裝置。 有通風(fēng)裝置。 代表：機械攪拌發(fā)酵罐、通氣攪拌發(fā)酵罐。

　　(2)液態(tài)厭氧發(fā)酵罐。 特點(diǎn)：有冷卻裝置。 沒(méi)有通風(fēng)裝置。 代表：酒精發(fā)酵罐、啤酒發(fā)酵罐。 1、機械攪拌式發(fā)酵罐。 它是利用機械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，促進(jìn)氧的溶解，以保證供給微生物生長(cháng)繁殖和代謝所需的溶解氧。 類(lèi)型：通用式發(fā)酵罐、自吸式發(fā)酵罐。 2、通風(fēng)攪拌式發(fā)酵罐。 在通風(fēng)攪拌式發(fā)酵罐中，通風(fēng)的目的不僅是供給微生物所需要的氧，同時(shí)還利用通入發(fā)酵罐的空氣，代替攪拌器使發(fā)酵液均勻混合。類(lèi)型：循環(huán)式通風(fēng)發(fā)酵罐(空氣帶升式發(fā)酵罐或帶升式發(fā)酵罐)、高位塔式發(fā)酵罐。 3、厭氧發(fā)酵設備。 特點(diǎn)：嚴格的厭氧液體深層發(fā)酵的主要特色是排除發(fā)酵罐中的氧。 類(lèi)型：酒精發(fā)酵罐和用于啤酒生產(chǎn)的錐底立式發(fā)酵罐。