1.青海發(fā)光桿菌基質(zhì)濃度 在分批發(fā)酵中，常常因為前期基質(zhì)量濃度過高，對生物合成酶系產(chǎn)生阻遏（或抑制）或?qū)z生長產(chǎn)生抑制（如葡萄糖和錢的阻遏或抑制 , 苯乙酸的生長抑制）, 而后期基質(zhì)濃度低限制了菌絲生長和產(chǎn)物合成 , 為了避免這一現(xiàn)象 , 在青霉素發(fā)酵中通常采用補料分批操作法 , 即對容易產(chǎn)生阻遏、抑制和限制作用的基質(zhì)進行緩慢流加以維持一定的zui適濃度。這里必須特別注意的是葡萄糖的流加 , 因為即使是超出zui適濃度范圍較小的波動 , 都將引起嚴(yán)重的阻遏或限制 , 使生物合成速度減慢或停止。目前 , 糖濃度的檢測尚難在線進 行 , 故葡萄糖的流加不是依據(jù)糖濃度控制 , 而是間接根據(jù)pH 值、溶氧或 C02 釋放率予以調(diào)節(jié)。
2.溫度 青霉素發(fā)酵的zui適溫度隨所用菌株的不同可能稍有差別 , 但一般認(rèn)為應(yīng)在25 °C 左右。溫度過高將明顯降低發(fā)酵產(chǎn)率 , 同時增加葡萄糖的維持消耗 , 降低葡萄糖至青霉素的轉(zhuǎn)化率。對菌絲生長和青霉素合成來說 , zui適溫度不是一樣的, 一般前者略高于后者, 故有的發(fā)酵過程在菌絲生長階段采用較高的溫度，以縮短生長時間, 到達階段后便適當(dāng)降低溫度 , 以利于青霉素的合成。
3. pH 值 青霉素發(fā)酵的zui適 pH 值一般認(rèn)為在 6. 5 左右 , 有時也可以略高或略低一些 , 但應(yīng)盡量避免 pH 值超過7.0, 因為青霉素在堿性條件下不穩(wěn)定, 容易加速其水解。在緩沖能力較弱的培養(yǎng)基中, pH 值的變化是葡萄糖流加速度高低的反映。過高的流加速率造成酸性中間產(chǎn)物的積累使 pH 值降低； 過低的加糖速率不足以中和蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)生的氨或其他生理堿性物質(zhì)代謝產(chǎn)生的堿性化合物而引起 pH 值上升。
4.溶氧 對于好氧的青霉素發(fā)酵來說 , 溶氧濃度是影響發(fā)酵過程的一個重要因素。當(dāng)溶氧濃度降到 30% 飽和度以下時, 青霉素產(chǎn)率急劇下降, 低于 10% 飽和度時, 則造成不可逆的損害。溶氧濃度過高 , 說明菌絲生長不良或加糖率過低, 造成呼吸強度下降, 同樣影響能力的發(fā)揮。溶氧濃度是氧傳遞和氧消耗的一個動態(tài)平衡點, 而氧消耗與碳能源消耗成正比, 故溶氧濃度也可作為葡萄糖流加控制的一個參考指標(biāo)。
5.菌絲濃度 青海發(fā)光桿菌發(fā)酵過程中必須控制菌絲濃度不超過臨界菌體濃度, 從而使氧傳遞速率與氧消耗速率在某一溶氧水平上達到平衡。青霉素發(fā)酵的臨界菌體濃度隨菌株的呼吸強度 (取決于維持因數(shù)的大小, 維持因數(shù)越大,呼吸強度越高) 、發(fā)酵通氣與攪拌能力及發(fā)酵的流變學(xué)性質(zhì)而異。呼吸強度低的菌株降低發(fā)酵中氧的消耗速率，而通氣與攪拌能力強的發(fā)酵罐及黏低的發(fā)酵液使發(fā)酵中的傳氧速率上升, 從而提高臨界菌體濃度。
6.菌絲生長速度 用恒化器進行的發(fā)酵試驗證明，在葡萄糖限制生長的條件下，青霉素比速率與產(chǎn)生菌菌絲的比生長速率之間呈一定關(guān)系。當(dāng)比生長速率低于0.015h-1時，比速率與比生長速率成正比, 當(dāng)比生長速率高于 O. 015h-1時, 比速率與比生長速率無關(guān) D 因此, 要在發(fā)酵過程中達到并維持zui大比速率, 必須使比生長速率不低0.015h-1 。這一比生長速率稱為 臨界比生長速率。對于分批補料發(fā)酵的階段來說, 維持0.015h斗的臨界比生長速率意味著每 46h 就要使菌絲濃度或發(fā)酵液體積加倍, 這在實際工業(yè)中是很難實現(xiàn)的。事實上 , 青霉素工業(yè)發(fā)酵階段控制的比生長速率要比這一理論臨界值低得多, 卻仍然能達到很高的比速率。這是由于工業(yè)上采用的補料分批發(fā)酵過程不斷有部分菌絲自溶, 抵消了一部分生長, 故雖然表觀比生長速率低, 但真比生長速率卻要高一些。
7.菌絲形態(tài) 在長期的菌株改良中 , 青霉素產(chǎn)生菌在沉沒培養(yǎng)中分化為主要呈絲狀生長和結(jié)球生長兩種形態(tài)。前者由于所有菌絲體都能充分和發(fā)酵液中的基質(zhì)及氧接觸, 故一般比速率較高； 后者則由于發(fā)酵液黏度顯著降低, 使氣-液兩相間氧的傳遞速率大大提高, 從而允許更多的菌絲生長 (即臨界菌體濃度較高), 發(fā)酵罐體積產(chǎn)率甚至高于前者。
8.加糖控制 加糖量的控制是根據(jù)殘?zhí)橇考鞍l(fā)酵過程中的 pH 值確定 , 是根據(jù)排氣中CO2 量及 O2 量來控制, 一般在殘?zhí)墙抵?0.6% 左右, pH 值上升時開始加糖。
9. 補氮及加前體 補氮是指加硫酸銨、氨水或尿素, 使發(fā)酵液氨氮控制在 O. 01%-0.05%,補前體以使發(fā)酵液中殘存苯乙酰胺濃度為 0.05%-0.08% 。-
10. pH 值控制 對pH 值的要求視不同菌種而異, 一般為 pH 6.4-6.8, 可以補加葡萄糖來控制。目前一般采用加酸或加堿控制pH值。
11. 溫度控制 前期 2 5- 2 6 °C, 后期 23 °C, 以減少后期發(fā)酵液中青霉素的降解破壞。
12. 青海發(fā)光桿菌溶解氧的控制 一般要求發(fā)酵中溶解氧量不低于飽和溶解氧的30% 。通風(fēng)比一般為1 : 0. 8L/(L • min), 攪拌轉(zhuǎn)速在發(fā)酵各階段應(yīng)根據(jù)需要而調(diào)整。
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