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隨著學科之間的不斷交叉和滲透，微生物學家開始用數學、動力學、化工工程原理、計ji算suan機ji技ji術shu對dui發fa酵jiao過guo程cheng進jin行xing綜zong合he研yan究jiu，人ren們men能neng按an需xu要yao設she計ji和he培pei育yu各ge種zhong工gong程cheng菌jun，在zai大da大da提ti高gao發fa酵jiao工gong程cheng的de產chan品pin質zhi量liang的de同tong時shi，節jie約yue能neng源yuan，降jiang低di成cheng本ben，使shi發fa酵jiao技ji術shu實shi現xian新xin的de革ge命ming。
1、溫度的影響及其控製
①溫度對發酵的影響
微生物發酵所用的菌體絕大多數是中溫菌，生長溫度一般在20～40℃，如黴菌、放線菌和一般細菌。
溫度對發酵過程的影響是多方麵的，它會影響各種酶反應的速率，改變微生物代謝產物的合成方向，影響微生物的代謝調控機製。
除此之外，溫度還對發酵液的理化性質產生影響，如發酵液的粘度、基質和氧在發酵液中的溶解度和傳遞速率、某些基質的分解和吸收速率等，進而影響發酵的動力學特性和產物的生物合成。
②最適溫度的選擇及控製
1）根據菌種及生長階段來選擇最適溫度
微生物種類不同，所具有的酶係及其性質不同，所要求的溫度範圍也不同。
2）根據培養條件選擇最適溫度
根據培養條件綜合考慮，靈活選擇，比如通氣條件差時可適當降低溫度，使菌呼吸速率降低些，溶氧濃度也可髙些。
3）根據菌生長情況選擇最適溫度
菌生長快，維持在較高溫度時間要短些；菌生長慢，維持較高溫度時間可長些。
2、pH值的影響及其控製
①pH對發酵的影響
1）影響微生物的生長繁殖
2）影響微生物的形態
3）pH影響代謝產物的形成的數量和方向
4）影響產物的穩定性
②最適pH的選擇及控製
1）最適pH的選擇
微生物發酵的最適pH範圍一般是在5-8之間，隨菌體和產品不同而異，同一菌種生長最適pH與產物合成最適pH往往不一樣。
最適pH值是根據實驗結果來確定的，在確定合適發酵pH值時，不定期要考慮培養溫度的影響，若溫度提供或降低，合適pH值也可能發生變動。
2）pH值的控製
在發酵過程中，為提供菌體適宜的生長或產物積累的pH值，需要從以下幾個方麵對發酵生產過程各階段的pH值實施控監控：
a. 調整培養基組分
適當調整C/N比，使鹽類與碳源配比平衡，一般情況，C/N高時（真菌培養基），pH降低；C/N低時（一般細菌），經過發酵後，pH上升。
b. 在基礎料中加入維持pH的物質
常用的方法是氨水流加法、尿素流加法等。
c. 通過補料調pH
在發酵過程中根據糖氮消耗需要進行補料。在補料與調pH沒有矛盾時采用補料調pH如調節補糖速率來調節pH、當NH2-N低而pH低時補氨水等；當補料與調pH發生矛盾時，加酸堿調pH。
d. 通風量調節
通過調整通風量來控製pH值。此方法主要是在加多了消泡劑的個別情況下使用，提高空氣流量可加速脂肪酸的氧化，以減少因脂肪酸積累引起的pH降低。
e. 應急措施
必要的時候采取應急措施。如改變攪拌轉速或通氣量，以改變溶解氧濃度，控製有機酸的積累量及其代謝速度；改變溫度，以控製微生物代謝速度；改變罐壓及通氣量，降低CO2的溶解量等等。
3、溶氧的影響及其控製
①溶解氧對發酵的影響
溶解氧(DO)對發酵的影響分為兩方麵一是溶氧濃度影響與呼吸鏈有關的能量代謝，從而影響微生物生長；另一是氧直接參與產物合成。
1）溶氧對微生物自身生長的影響
根據對氧的需求，微生物可分為專性好氧微生物、兼性好氧微生物和專性厭氧微生物。
專性好氧微生物把氧作為最終電子受體，通過有氧呼吸獲取能量，發酵時一般應盡可能的提高DO，以促進微生物生長，增大菌體量。
兼性好氧微生物的生長不一定需要氧，但如果在培養中供給氧，則菌體生長更好，如酵母菌；
而對於專性厭氧微生物，氧則可對其顯示毒性，如產甲烷杆菌，此時能否限製Do在一個較低值往往成為發酵成敗的關鍵。
2）溶氧對發酵產物的影響
對於好氧發酵來說，DO通常既是營養因素，又是環境因素。特別是對於具有一定氧化還原性質的代謝產物的生產來說，Do的改變勢必會影響到菌株培養體係的氧化還原電位，同時也會對細胞生長和產物的形成產生影響。
②溶氧量的控製
發酵液中的溶氧濃度是由供氧和需氧兩方麵決定的。
1）控製溶氧量
控(kong)製(zhi)溶(rong)氧(yang)量(liang)首(shou)要(yao)因(yin)素(su)是(shi)控(kong)製(zhi)氧(yang)分(fen)壓(ya)。高(gao)密(mi)度(du)培(pei)養(yang)往(wang)往(wang)采(cai)用(yong)通(tong)入(ru)純(chun)氧(yang)的(de)方(fang)式(shi)提(ti)高(gao)氧(yang)分(fen)壓(ya)，而(er)厭(yan)氧(yang)發(fa)酵(jiao)則(ze)采(cai)用(yong)各(ge)種(zhong)方(fang)式(shi)將(jiang)氧(yang)分(fen)壓(ya)控(kong)製(zhi)在(zai)較(jiao)低(di)水(shui)平(ping)。
此外，由於氧是難溶氣體，一定溫度和壓力下，Do值有一上限。為此，向發酵液中加入氧載體是提高Do值的一個行之有效的方法。
2）控製氧傳遞速率
氧傳遞速率主要考慮KLa的影響因素。從一定意義上講，KLa愈大，好氧生物反應器的傳質性能愈好。控製KLa的途徑可分為操作變量、反應液的理化性質和反應器的結構3個部分。
4、泡沫的影響及其控製
①泡沫的形成及其對發酵的影響
泡沫是氣體被分散在少量液體中的膠體體係，泡沫間被一層液膜隔開而彼此不相連通。通氣攪拌和代謝產生的氣體是泡沫產生的原因。
過多持久性泡沫會給發酵帶來很多不利因素，主要有發酵罐的裝料係數減少、氧傳遞係數減小，降低發酵設備的利用率；嚴重時通氣攪拌無法進行，菌體呼吸受到阻礙，導致代謝異常或菌體自溶；大量泡沫給後續提取工序帶來困難。
②泡沫的控製
發酵過程中泡沫的控製主要有三條途徑：
一是調整培養基中的成分，或改變某些物理化學參數，或者改變發酵工藝來控製，以減少泡沫形成的機會。
二是采用機械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。
三是采用菌種選育的方法，篩選不產生流態泡沫的菌種，來消除起泡的內在因素。
1）物理法消泡
物理法消泡主要是機械消泡，靠機械強烈振動、壓ya力li的de變bian化hua，促cu使shi氣qi泡pao破po裂lie，或huo借jie機ji械xie力li將jiang排pai出chu氣qi體ti中zhong的de液ye體ti加jia以yi分fen離li回hui收shou。機ji械xie消xiao泡pao的de優you點dian是shi節jie省sheng原yuan料liao，減jian少shao由you於yu消xiao泡pao劑ji所suo引yin起qi的de汙wu染ran機ji會hui。
2）化學法消泡
消xiao泡pao劑ji消xiao泡pao是shi重zhong要yao的de化hua學xue法fa消xiao泡pao。化hua學xue消xiao泡pao的de機ji理li是shi通tong過guo降jiang低di泡pao沫mo液ye膜mo機ji械xie強qiang度du，或huo者zhe是shi降jiang低di泡pao沫mo液ye膜mo的de表biao麵mian黏nian度du，或huo者zhe兼jian有you兩liang者zhe的de作zuo用yong，以yi達da到dao破po裂lie泡pao沫mo的de目mu的de。其qi優you點dian是shi來lai源yuan廣guang泛fan、消泡效果好，作用迅速可靠，用量少，容易實現自動控製。
5、菌體濃度和基質的影響及其控製
①菌體濃度對發酵的影響及控製
菌體（細胞）濃(nong)度(du)簡(jian)稱(cheng)菌(jun)濃(nong)，是(shi)指(zhi)單(dan)位(wei)體(ti)積(ji)培(pei)養(yang)液(ye)中(zhong)菌(jun)體(ti)的(de)含(han)量(liang)。菌(jun)濃(nong)與(yu)菌(jun)體(ti)生(sheng)長(chang)速(su)率(lv)直(zhi)接(jie)相(xiang)關(guan)，其(qi)大(da)小(xiao)在(zai)一(yi)定(ding)條(tiao)件(jian)下(xia)，不(bu)僅(jin)反(fan)映(ying)菌(jun)體(ti)細(xi)胞(bao)的(de)多(duo)少(shao)，而(er)且(qie)反(fan)映(ying)菌(jun)體(ti)細(xi)胞(bao)生(sheng)理(li)特(te)性(xing)不(bu)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)的(de)分(fen)化(hua)階(jie)段(duan)。
菌體濃度控製可以通過控製培養基中營養物質的含量來實現，首先確定基礎培養基配方中有個適當的配比，避免產生過濃（或過稀）的菌體量，然後通過中間補料來控製。
另外，CO2影響細胞膜的結構，細胞膜的運輸效率，細胞生長受抑製，形態發生改變。所以可以利用菌體代謝產生的CO2量來控製生產過程的補糖量，以控製菌體的生長和濃度。
②基質對發酵的影響及控製
基質即培養微生物的營養物質，主要有碳源、氮源和磷酸鹽三大類。
1）碳源對發酵的影響及控製
a. 迅速利用的碳源
如葡萄糖、蔗糖等。迅速參與代謝、合成菌體和產生能量，並產生分解產物，有利於菌體生長，但有的分解代謝產物對產物的合成可能產生阻遏作用。
b. 緩慢利用的碳源
如多數為聚合物、澱粉等。為菌體緩慢利用，有利於延長代謝產物的合成，特別有利於延長抗生素的分泌期，也有許多微生物藥物的發酵所采用。
2）氮源對發酵的影響及控製
a. 迅速利用的氮源
如氨基（或銨）態氮的氨基酸（或硫酸銨等）、玉米漿等。容易被菌體利用，促進菌體生長，但對某些代謝產物的合成特別是某些抗生素的合成產生調節作用，影響產量。
b. 緩慢利用的氮源
延長代謝產物的分泌期、提高產物的產量；但一次投入也容易促進菌體生長和養分過早耗盡，以致菌體過早衰老而自溶，縮短產物的分泌期。
c. 磷酸鹽對發酵的影響及控製
磷是微生物菌體生長繁殖所必需的成分，也是合成代謝產物所必需的。微生物生長良好所允許的磷酸鹽濃度為0.32～300mmol/L，次級代謝產物合成良好所允許的最高平均濃度僅為1.0mmol/L。
6、發酵時間的影響及其控製
確定微生物發酵的終點，控製發酵時間，可以減少能源的消耗、提高設備的使用率，對提高產物的生產能力和經濟效益是很重要的。
在實際生產中，確定發酵周期，準確判斷放罐時間，需要綜合考慮經濟因素、產品質量因素和特殊因素。
①考慮經濟因素
fajiaochanwudeshengchannenglishishijifajiaoshijianhefajiaozhunbeishijiandezonghefanying。shijifajiaoshijian，yaokaolvjingjiyinsu，yaoyizuididechengbenhuodezuidashengchannenglideshijianweizuishifajiaoshijian，danzaishengchansulvjiaoxiao（或停止）的情況下，單位體積的產物產量增長就有限，如果繼續延長時間，使平均生產能力下降，而動力消耗、管理費用支出，設備消耗等費用仍在增加，因而產物成本增加。所以，要從經濟學觀點確定一個合理時間。
②產品質量因素
發酵時間長短對後續工藝和產品質量有很大的影響。如果發酵時間太短，尚未代謝的營養物質殘留在發酵液中，不利於後續工序；ruguofajiaoshijiantaichang，juntihuizirong，shifangchujuntidanbaihuotineidemeihuigaibianfajiaoyedexingzhi，zengjiaguolvnandu，shichanwuzhiliangxiajiang，chanwuzhongzazhihanliangzengjia。guyaokaolvfajiaozhouqichangduanduichanwutiqugongyideyingxiang。
③特殊因素
在個別特殊情況下，如染菌、代謝異常（糖耗緩慢等）就應根據不同情況，進行適當處理。為了能夠得到盡量多的產物，應該及時采取措施（如改變溫度或補充營養等），並適當提前或拖後放罐時間。
fajiaoguochenggongyifenxishishengchankongzhideyanjing，taxianshilefajiaoguochengzhongweishengwudezhuyaodaixiebianhua。tongguofenxihekongzhiyingxiangfajiaodegezhongcanshu，keyichuangzaoyigezuiyoudefajiaotiaojian，zuizhongshixianfajiaogongyejingjixiaoyidezuidahua。
參考資料：
[1]《發酵工程》，蔣新龍，浙江大學出版社，
[2]《微生物發酵製藥技術》，盛貽林，中國農業大學出版社
[3]《發酵過程中PH及溶解氧的測量與控製》，張嗣良,李凡超等，華東化工學院出版社
[4]《發酵過程優化原理與實踐》，陳堅,李寅等，化學工業出版社
[5]《發酵原理》張星元，科學出版社
[6]《發酵工廠工藝設計概論》，吳思方，中國輕工業出版社
[7]《發酵工程》，劉冬,張學仁等，高等教育出版社
[8]《發酵工藝學》，何建勇，中國醫藥科技出版社
[9]《微生物發酵技術》，燕平梅，中國農業科學技術出版社
