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發(fā)酵過程中的代謝變化參數(shù)監(jiān)測的意義及方式-2013-2
閱讀：143 發(fā)布時間：2022-9-19
發(fā)酵過程中的代謝變化參數(shù)監(jiān)測的意義及方式-2013-2
發(fā)酵的各種工藝參數(shù)分為物理參數(shù)、化學參數(shù)和生物學參數(shù)。
物理參數(shù)：包括溫度、壓力、流量、轉速、補料和泡沫等，可直接在線測量和控制。
發(fā)酵過程中的物理參數(shù)的測量方法和意義：
發(fā)酵液的溫度：℃或K：測量方法：溫度計；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；測量方式：流量計；意義及作用：供養(yǎng)及排除廢氣等；
攪拌轉速：r/min-1；測量方式：轉速表或其它測量裝置；意義及作用：物理和氣體混合；
發(fā)酵液黏度：Pa.s；測量方式：粘度計；意義及作用：反映菌體生長情況；
發(fā)酵罐裝量：m3或L；測量方式：液位計；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；測量方式：密度計；意義及作用：反映發(fā)酵液性質；
補加糖速率：kg.h-1；測量方式：流量計；意義及作用：反映糖消耗情況；
補加其它料速率：kg.h-1；測量方式：流量計；意義及作用：反映其它料消耗情況；
加消泡劑量：kg；測量方式：流量計；意義及作用：反映發(fā)酵液性質和代謝情況；
溫度：是指發(fā)酵整個過程或不同階段中所維持的溫度。其高低與發(fā)酵中酶反應速率、氧在培養(yǎng)液中的溶解度和傳遞速率、菌體生長速率和產(chǎn)物合成速率等有密切關系。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入，同時與氧和二氧化碳在培養(yǎng)液中的溶解度有關。
攪拌轉速：與培養(yǎng)基中氧的傳遞、發(fā)酵液的均一性等有關。
攪拌功率：是指攪拌器攪拌時所消耗的功率，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。
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，也叫通風比。一般控制在0.5L.L-1.min-1---1.0L.L-1.min-1；
粘度：是細胞生長及形態(tài)的一項指標，其大小可改變氧的傳遞阻力，也可表示菌體的相對濃度。
化學參數(shù)：包括PH,溶解氧、氧化還原電勢、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、各種無機離子等），有些可直接在線監(jiān)測，如PH、溶解氧和排氣組分，有些不能或難以在線監(jiān)測。
發(fā)酵過程中化學參數(shù)的測量方法和意義：
酸堿度俗稱PH用PH傳感器測量，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mV，電勢傳感器，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，采用取樣測量，了解氨基酸的變化；
總糖和還原糖，采用取樣測定，了解糖的變化和消耗情況；
前體和中間體mg/ml，取樣測定，了解產(chǎn)物的合成情況；
無機鹽濃度Fe3+,NH4/mol或%，取樣測量，了解無機離子對發(fā)酵的影響；
（3）生物參數(shù)
發(fā)酵過程中的主要生物學參數(shù)包括生物量、細胞數(shù)、細胞形態(tài)和大小、、酶活性、輔酶、ATP、ADP、AMP、蛋白質、核酸、細胞活力等，它們一般不能在線檢測。
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)作為衡量種子質量、區(qū)分發(fā)酵階段、控制發(fā)酵過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菌體的生化反應都有影響，與補料量、供氣量、培養(yǎng)液的表觀粘度和溶解氧濃度有關。
③脫氧核糖核酸(DNA)：以DNA為參數(shù)可以區(qū)分發(fā)酵的各個階段。
根據(jù)發(fā)酵液的菌體量和單位時間的菌體濃度、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)也是控制生長菌的代謝，決定補料和供氧工藝條件的主要依據(jù)，多用于發(fā)酵動力學的研究中。
發(fā)酵的各種工藝參數(shù)分為物理參數(shù)、化學參數(shù)和生物學參數(shù)。
物理參數(shù)：包括溫度、壓力、流量、轉速、補料和泡沫等，可直接在線測量和控制。
發(fā)酵過程中的物理參數(shù)的測量方法和意義：
發(fā)酵液的溫度：℃或K：測量方法：溫度計；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；測量方式：流量計；意義及作用：供養(yǎng)及排除廢氣等；
攪拌轉速：r/min-1；測量方式：轉速表或其它測量裝置；意義及作用：物理和氣體混合；
發(fā)酵液黏度：Pa.s；測量方式：粘度計；意義及作用：反映菌體生長情況；
發(fā)酵罐裝量：m3或L；測量方式：液位計；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；測量方式：密度計；意義及作用：反映發(fā)酵液性質；
補加糖速率：kg.h-1；測量方式：流量計；意義及作用：反映糖消耗情況；
補加其它料速率：kg.h-1；測量方式：流量計；意義及作用：反映其它料消耗情況；
加消泡劑量：kg；測量方式：流量計；意義及作用：反映發(fā)酵液性質和代謝情況；
溫度：是指發(fā)酵整個過程或不同階段中所維持的溫度。其高低與發(fā)酵中酶反應速率、氧在培養(yǎng)液中的溶解度和傳遞速率、菌體生長速率和產(chǎn)物合成速率等有密切關系。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入，同時與氧和二氧化碳在培養(yǎng)液中的溶解度有關。
攪拌轉速：與培養(yǎng)基中氧的傳遞、發(fā)酵液的均一性等有關。
攪拌功率：是指攪拌器攪拌時所消耗的功率，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。
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，也叫通風比。一般控制在0.5L.L-1.min-1---1.0L.L-1.min-1；
粘度：是細胞生長及形態(tài)的一項指標，其大小可改變氧的傳遞阻力，也可表示菌體的相對濃度。
化學參數(shù)：包括PH,溶解氧、氧化還原電勢、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、各種無機離子等），有些可直接在線監(jiān)測，如PH、溶解氧和排氣組分，有些不能或難以在線監(jiān)測。
發(fā)酵過程中化學參數(shù)的測量方法和意義：
酸堿度俗稱PH用PH傳感器測量，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mV，電勢傳感器，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，采用取樣測量，了解氨基酸的變化；
總糖和還原糖，采用取樣測定，了解糖的變化和消耗情況；
前體和中間體mg/ml，取樣測定，了解產(chǎn)物的合成情況；
無機鹽濃度Fe3+,NH4/mol或%，取樣測量，了解無機離子對發(fā)酵的影響；
（3）生物參數(shù)
發(fā)酵過程中的主要生物學參數(shù)包括生物量、細胞數(shù)、細胞形態(tài)和大小、、酶活性、輔酶、ATP、ADP、AMP、蛋白質、核酸、細胞活力等，它們一般不能在線檢測。
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)作為衡量種子質量、區(qū)分發(fā)酵階段、控制發(fā)酵過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菌體的生化反應都有影響，與補料量、供氣量、培養(yǎng)液的表觀粘度和溶解氧濃度有關。
③脫氧核糖核酸(DNA)：以DNA為參數(shù)可以區(qū)分發(fā)酵的各個階段。
根據(jù)發(fā)酵液的菌體量和單位時間的菌體濃度、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)也是控制生長菌的代謝，決定補料和供氧工藝條件的主要依據(jù)，多用于發(fā)酵動力學的研究中。