液體深層發(fā)酵

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

　　1、分批發(fā)酵。 營養(yǎng)物和菌種一次加入進行培養(yǎng)，直到結束放出，中間除了空氣進入和尾氣排出，與外部沒有物料交換。 特點：一次性;發(fā)酵過程中，營養(yǎng)不斷減少，微生物不斷增殖，環(huán)境非穩(wěn)態(tài);微生物生長的四個時期明顯。 應用：廣泛。

　　2、連續(xù)發(fā)酵。 連續(xù)發(fā)酵是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基，同時以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定，微生物在穩(wěn)定狀態(tài)下生長。穩(wěn)定狀態(tài)可以有效地延長分批培養(yǎng)中的對數(shù)期。 特點：培養(yǎng)基等量流入流出;各種變化=0;微生物群體生長的四個時期不存在。 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：操作穩(wěn)定;利于機械、自動化;提高設備的利用率;減少滅菌次數(shù);易于過程優(yōu)化。 缺點：易染菌;微生物易變異;對產(chǎn)品類型的適應性不廣;對設備及附件要求高。

　　3、補料分批發(fā)酵。 補料分批發(fā)酵又稱半連續(xù)發(fā)酵，是介于分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種發(fā)酵技術，是指在微生物分批發(fā)酵中，以某種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)補加一定物料的培養(yǎng)技術。通過向培養(yǎng)系統(tǒng)中補充物料，可以使培養(yǎng)液中的營養(yǎng)物濃度較長時間地保持在一定范圍內(nèi)，既保證微生物的生長需要，又不造成不利影響，從而達到提高產(chǎn)率的目的。 特點：可以解除底物抑制、產(chǎn)物抑制、分解阻遏或克服微生物過度生長;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)酵過程中，為了能對生產(chǎn)過程進行必要的控制，需要對有關工藝參數(shù)進行定期取樣測定或進行連續(xù)測量。反映發(fā)酵過程變化的參數(shù)可以分為兩類：

　　(1)直接參數(shù)：可以直接采用特定的傳感器檢測的參數(shù)。它們包括反映物理環(huán)境和化學環(huán)境變化的參數(shù)，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、基質濃度等。

　　(2)間接參數(shù)：至今尚難于用傳感器來檢測的參數(shù)，包括細胞生長速率、產(chǎn)物合成速率和呼吸嫡等。這些參數(shù)需要根據(jù)一些直接參數(shù)，借助于電腦計算和特定的數(shù)學模型才能得到。 上述參數(shù)中，對發(fā)酵過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。溫度還會影響發(fā)酵液的物理性質，以及菌種對營養(yǎng)物質的分解吸收等。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。還會影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物 質的分解等。常用的控制方法有：①調整生理堿性和酸性鹽類的比例;②選擇不同C、N的種類和比例;③添加緩沖劑。

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

　　4、泡沫：發(fā)酵過程中，通氣、攪拌、微生物的代謝過程及培養(yǎng)基中某些成分的分解等，都有可能產(chǎn)生泡沫。過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、營養(yǎng)物質的濃度：發(fā)酵液中各種營養(yǎng)物質的濃度，特別是碳氮比、無機鹽和維生素的濃度，會直接影響菌體的生長和代謝產(chǎn)物的積累。

　　三、發(fā)酵設備。 進行微生物深層培養(yǎng)的設備統(tǒng)稱發(fā)酵罐。由于微生物有好氧與厭氧之分，所以其培養(yǎng)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：有冷卻裝置。 有通風裝置。 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：有冷卻裝置。 沒有通風裝置。 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，促進氧的溶解，以保證供給微生物生長繁殖和代謝所需的溶解氧。 類型：通用式發(fā)酵罐、自吸式發(fā)酵罐。 2、通風攪拌式發(fā)酵罐。 在通風攪拌式發(fā)酵罐中，通風的目的不僅是供給微生物所需要的氧，同時還利用通入發(fā)酵罐的空氣，代替攪拌器使發(fā)酵液均勻混合。類型：循環(huán)式通風發(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：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。 類型：酒精發(fā)酵罐和用于啤酒生產(chǎn)的錐底立式發(fā)酵罐。