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發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化參數(shù)監(jiān)測(cè)的意義及方式-2013-2
閱讀：134 發(fā)布時(shí)間：2022-9-19
發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化參數(shù)監(jiān)測(cè)的意義及方式-2013-2
發(fā)酵的各種工藝參數(shù)分為物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)和生物學(xué)參數(shù)。
物理參數(shù)：包括溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、補(bǔ)料和泡沫等，可直接在線測(cè)量和控制。
發(fā)酵過(guò)程中的物理參數(shù)的測(cè)量方法和意義：
發(fā)酵液的溫度：℃或K：測(cè)量方法：溫度計(jì)；意義及作用：保證生產(chǎn)、繁殖和產(chǎn)物合成；
發(fā)酵罐壓力：Pa/Kg.cm-2；測(cè)量方式：壓力表；意義及作用：維持正壓及增加溶解氧；
空氣流量：m³.min-1或L.min-1；測(cè)量方式：流量計(jì)；意義及作用：供養(yǎng)及排除廢氣等；
攪拌轉(zhuǎn)速：r/min-1；測(cè)量方式：轉(zhuǎn)速表或其它測(cè)量裝置；意義及作用：物理和氣體混合；
發(fā)酵液黏度：Pa.s；測(cè)量方式：粘度計(jì)；意義及作用：反映菌體生長(zhǎng)情況；
發(fā)酵罐裝量：m3或L；測(cè)量方式：液位計(jì)；意義及作用：反映發(fā)酵生產(chǎn)批量；
發(fā)酵液密度g/l-1或kg.m-3；測(cè)量方式：密度計(jì)；意義及作用：反映發(fā)酵液性質(zhì)；
補(bǔ)加糖速率：kg.h-1；測(cè)量方式：流量計(jì)；意義及作用：反映糖消耗情況；
補(bǔ)加其它料速率：kg.h-1；測(cè)量方式：流量計(jì)；意義及作用：反映其它料消耗情況；
加消泡劑量：kg；測(cè)量方式：流量計(jì)；意義及作用：反映發(fā)酵液性質(zhì)和代謝情況；
溫度：是指發(fā)酵整個(gè)過(guò)程或不同階段中所維持的溫度。其高低與發(fā)酵中酶反應(yīng)速率、氧在培養(yǎng)液中的溶解度和傳遞速率、菌體生長(zhǎng)速率和產(chǎn)物合成速率等有密切關(guān)系。不同產(chǎn)品，發(fā)酵不同階段所維持的溫度不同。
壓力：是發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵罐維持的壓力。罐內(nèi)正壓可防止外界空氣中雜菌的進(jìn)入，同時(shí)與氧和二氧化碳在培養(yǎng)液中的溶解度有關(guān)。
攪拌轉(zhuǎn)速：與培養(yǎng)基中氧的傳遞、發(fā)酵液的均一性等有關(guān)。
攪拌功率：是指攪拌器攪拌時(shí)所消耗的功率，常指每立方米發(fā)酵液所消耗的功率（KW.m-3）。大小與氧容量傳遞系數(shù)KLa有關(guān)。
空氣流量：是指每分鐘內(nèi)每單位體積發(fā)酵液通入空氣的體積，也叫通風(fēng)比。一般控制在0.5L.L-1.min-1---1.0L.L-1.min-1；
粘度：是細(xì)胞生長(zhǎng)及形態(tài)的一項(xiàng)指標(biāo)，其大小可改變氧的傳遞阻力，也可表示菌體的相對(duì)濃度。
化學(xué)參數(shù)：包括PH,溶解氧、氧化還原電勢(shì)、二氧化碳溶解量、排氣組分（二氧化碳、氧氣）和溶液成分（總糖、總氨、各種無(wú)機(jī)離子等），有些可直接在線監(jiān)測(cè)，如PH、溶解氧和排氣組分，有些不能或難以在線監(jiān)測(cè)。
發(fā)酵過(guò)程中化學(xué)參數(shù)的測(cè)量方法和意義：
酸堿度俗稱PH用PH傳感器測(cè)量，主要反映菌體的代謝情況；
溶解氧單位mgL-1,溶氧傳感器，反映氧的供給和消耗情況；
排氣氧濃度Pa，氧傳感器，主要反映氧的消耗情況；
氧化還原電勢(shì)mV，電勢(shì)傳感器，反映菌體的代謝情況；
排氣二氧化碳%，采用紅外吸收方式，主要反映菌體的呼吸情況；
氨基酸濃度mg/ml，采用取樣測(cè)量，了解氨基酸的變化；
總糖和還原糖，采用取樣測(cè)定，了解糖的變化和消耗情況；
前體和中間體mg/ml，取樣測(cè)定，了解產(chǎn)物的合成情況；
無(wú)機(jī)鹽濃度Fe3+,NH4/mol或%，取樣測(cè)量，了解無(wú)機(jī)離子對(duì)發(fā)酵的影響；
（3）生物參數(shù)
發(fā)酵過(guò)程中的主要生物學(xué)參數(shù)包括生物量、細(xì)胞數(shù)、細(xì)胞形態(tài)和大小、、酶活性、輔酶、ATP、ADP、AMP、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞活力等，它們一般不能在線檢測(cè)。
①菌絲形態(tài)：菌絲形態(tài)的改變是生化代謝變化的反映。一般都以菌絲形態(tài)作為衡量種子質(zhì)量、區(qū)分發(fā)酵階段、控制發(fā)酵過(guò)程代謝變化和決定發(fā)酵周期的依據(jù)之一。
②菌體濃度：其大小和變化速度對(duì)菌體的生化反應(yīng)都有影響，與補(bǔ)料量、供氣量、培養(yǎng)液的表觀粘度和溶解氧濃度有關(guān)。
③脫氧核糖核酸(DNA)：以DNA為參數(shù)可以區(qū)分發(fā)酵的各個(gè)階段。
根據(jù)發(fā)酵液的菌體量和單位時(shí)間的菌體濃度、溶氧濃度、糖濃度、氮濃度和產(chǎn)物濃度等的變化值，即可分別算出菌體的比生長(zhǎng)速率、氧化消耗速率、糖化消耗速率、氮化消耗速率的產(chǎn)物比生成速率。
這些參數(shù)也是控制生長(zhǎng)菌的代謝，決定補(bǔ)料和供氧工藝條件的主要依據(jù)，多用于發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究中。
發(fā)酵的各種工藝參數(shù)分為物理參數(shù)、化學(xué)參數(shù)和生物學(xué)參數(shù)。
物理參數(shù)：包括溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、補(bǔ)料和泡沫等，可直接在線測(cè)量和控制。
發(fā)酵過(guò)程中的物理參數(shù)的測(cè)量方法和意義：
發(fā)酵液的溫度：℃或K：測(cè)量方法：溫度計(jì)；意義及作用：保證生產(chǎn)、繁殖和產(chǎn)物合成；
發(fā)酵罐壓力：Pa/Kg.cm-2；測(cè)量方式：壓力表；意義及作用：維持正壓及增加溶解氧；
空氣流量：m³.min-1或L.min-1；測(cè)量方式：流量計(jì)；意義及作用：供養(yǎng)及排除廢氣等；
攪拌轉(zhuǎn)速：r/min-1；測(cè)量方式：轉(zhuǎn)速表或其它測(cè)量裝置；意義及作用：物理和氣體混合；
發(fā)酵液黏度：Pa.s；測(cè)量方式：粘度計(jì)；意義及作用：反映菌體生長(zhǎng)情況；
發(fā)酵罐裝量：m3或L；測(cè)量方式：液位計(jì)；意義及作用：反映發(fā)酵生產(chǎn)批量；
發(fā)酵液密度g/l-1或kg.m-3；測(cè)量方式：密度計(jì)；意義及作用：反映發(fā)酵液性質(zhì)；
補(bǔ)加糖速率：kg.h-1；測(cè)量方式：流量計(jì)；意義及作用：反映糖消耗情況；
補(bǔ)加其它料速率：kg.h-1；測(cè)量方式：流量計(jì)；意義及作用：反映其它料消耗情況；
加消泡劑量：kg；測(cè)量方式：流量計(jì)；意義及作用：反映發(fā)酵液性質(zhì)和代謝情況；
溫度：是指發(fā)酵整個(gè)過(guò)程或不同階段中所維持的溫度。其高低與發(fā)酵中酶反應(yīng)速率、氧在培養(yǎng)液中的溶解度和傳遞速率、菌體生長(zhǎng)速率和產(chǎn)物合成速率等有密切關(guān)系。不同產(chǎn)品，發(fā)酵不同階段所維持的溫度不同。
壓力：是發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵罐維持的壓力。罐內(nèi)正壓可防止外界空氣中雜菌的進(jìn)入，同時(shí)與氧和二氧化碳在培養(yǎng)液中的溶解度有關(guān)。
攪拌轉(zhuǎn)速：與培養(yǎng)基中氧的傳遞、發(fā)酵液的均一性等有關(guān)。
攪拌功率：是指攪拌器攪拌時(shí)所消耗的功率，常指每立方米發(fā)酵液所消耗的功率（KW.m-3）。大小與氧容量傳遞系數(shù)KLa有關(guān)。
空氣流量：是指每分鐘內(nèi)每單位體積發(fā)酵液通入空氣的體積，也叫通風(fēng)比。一般控制在0.5L.L-1.min-1---1.0L.L-1.min-1；
粘度：是細(xì)胞生長(zhǎng)及形態(tài)的一項(xiàng)指標(biāo)，其大小可改變氧的傳遞阻力，也可表示菌體的相對(duì)濃度。
化學(xué)參數(shù)：包括PH,溶解氧、氧化還原電勢(shì)、二氧化碳溶解量、排氣組分（二氧化碳、氧氣）和溶液成分（總糖、總氨、各種無(wú)機(jī)離子等），有些可直接在線監(jiān)測(cè)，如PH、溶解氧和排氣組分，有些不能或難以在線監(jiān)測(cè)。
發(fā)酵過(guò)程中化學(xué)參數(shù)的測(cè)量方法和意義：
酸堿度俗稱PH用PH傳感器測(cè)量，主要反映菌體的代謝情況；
溶解氧單位mgL-1,溶氧傳感器，反映氧的供給和消耗情況；
排氣氧濃度Pa，氧傳感器，主要反映氧的消耗情況；
氧化還原電勢(shì)mV，電勢(shì)傳感器，反映菌體的代謝情況；
排氣二氧化碳%，采用紅外吸收方式，主要反映菌體的呼吸情況；
氨基酸濃度mg/ml，采用取樣測(cè)量，了解氨基酸的變化；
總糖和還原糖，采用取樣測(cè)定，了解糖的變化和消耗情況；
前體和中間體mg/ml，取樣測(cè)定，了解產(chǎn)物的合成情況；
無(wú)機(jī)鹽濃度Fe3+,NH4/mol或%，取樣測(cè)量，了解無(wú)機(jī)離子對(duì)發(fā)酵的影響；
（3）生物參數(shù)
發(fā)酵過(guò)程中的主要生物學(xué)參數(shù)包括生物量、細(xì)胞數(shù)、細(xì)胞形態(tài)和大小、、酶活性、輔酶、ATP、ADP、AMP、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞活力等，它們一般不能在線檢測(cè)。
①菌絲形態(tài)：菌絲形態(tài)的改變是生化代謝變化的反映。一般都以菌絲形態(tài)作為衡量種子質(zhì)量、區(qū)分發(fā)酵階段、控制發(fā)酵過(guò)程代謝變化和決定發(fā)酵周期的依據(jù)之一。
②菌體濃度：其大小和變化速度對(duì)菌體的生化反應(yīng)都有影響，與補(bǔ)料量、供氣量、培養(yǎng)液的表觀粘度和溶解氧濃度有關(guān)。
③脫氧核糖核酸(DNA)：以DNA為參數(shù)可以區(qū)分發(fā)酵的各個(gè)階段。
根據(jù)發(fā)酵液的菌體量和單位時(shí)間的菌體濃度、溶氧濃度、糖濃度、氮濃度和產(chǎn)物濃度等的變化值，即可分別算出菌體的比生長(zhǎng)速率、氧化消耗速率、糖化消耗速率、氮化消耗速率的產(chǎn)物比生成速率。
這些參數(shù)也是控制生長(zhǎng)菌的代謝，決定補(bǔ)料和供氧工藝條件的主要依據(jù)，多用于發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究中。