微生物發酵工藝及其控制簡述

王利 周海嬌 初歆 王海軍 張瑞(正大天晴藥業集團股份有限公司，江蘇 連云港 222000)

微生物發酵工藝及其控制簡述

王利 周海嬌 初歆 王海軍 張瑞(正大天晴藥業集團股份有限公司，江蘇 連云港 222000)

微生物發酵即是指利用微生物，在適宜的條件下，將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要的產物的過程。微生物發酵生產水平主要取決于菌種本身的遺傳特性和培養條件。發酵工藝分為間歇發酵，連續發酵和流加發酵三種類型，其中連續發酵在生產和科研上應用最為廣泛。在發酵過程中將受到一系列物資或條件的影響，這些物質或條件變化將直接影響到發酵工業的生產率和產物品質。本文從對發酵工藝過程影響較大的發酵溫度、pH值兩個方面闡述如何進行發酵工藝的控制。

微生物;發酵工藝;控制;變化參數

微生物發酵即是指利用微生物，在適宜的培養條件下，將原料經過特定的代謝途徑轉化為人們所需要的代謝產物的一個過程。微生物發酵生產的好壞主要取決于菌種本身的遺傳特性和培養氛圍及培養的環境。同時，微生物發酵還受到諸如發酵溫度、溶解氧、泡沫、pH值、菌體濃度和發酵時間等的影響，為了得到理想的發酵產物，往往會控制其中關鍵因素。現在，發酵工藝以遍布醫藥工業、食品工業、能源工業、化學工業、農業、改造植物基因、生物固氮、工程殺蟲菌生物農藥、微生物飼料、境保護等方面。

1 發酵工藝概述

微生物發酵主要是指選育優良的菌種，人們制定想要的發酵產物，根據目標產物選取相應的環境，并控制如pH、溫度、溶氧和營養組成等客觀條件，最終得到需要的代謝產物的一個過程。在這個過程中最重要的是菌種的選取以及客觀條件的控制。這里影響目標產物得到最大的是PH值以及培養基的溫度，下面會詳細介紹二者及其控制。值得一提的是，在進行培養基大量發酵的過程中，工藝要求必須嚴格控制為無菌條件，此外，為得到優良而且大量的發酵產物，我們往往還會引進計算機控制技術，在工藝生產線上發酵過程中通過計算機控制不斷向發酵罐中通入干燥無菌空氣的空氣，使發酵源源不斷的進行下去并保證得到相應的代謝產物，在此過程中應保持空氣的干燥以及無菌。此外，根據人們對發酵產物不同的需要，發酵工藝上還會將發酵產物進行分離和提純，代謝出來的初級代謝產物往往還達不到人們對于目標代謝產物的要求，此時往往需要對代謝產物進行二次加工，將代謝產物進行分離并提純，工業上運用較多的就是產物分離技術，將代謝產物進行一至兩次分離過后往往就能達到要求，再次過程中也必須嚴格控制無菌條件，同時在收集分離提純產物時也必須保持無菌條件，無菌條件必須全過程掌控。

2 影響發酵工藝的因素

2.1 溫度對發酵影響

溫度對微生物發酵主要存在4方面的影響：影響微生物細胞的生長、影響代謝產物的形成、影響發酵液的物理性質、影響產物的合成方向。

溫度影響微生物細胞生長。隨著溫度的上升，細胞的生長繁殖加快。生長代謝以及繁殖都是酶參與的。

溫度對產物形成的影響。微生物生長的溫度并不一定是適合產物形成的溫度，要根據實際情況來嚴格把關。

溫度影響發酵液的物理性質。溫度影響微生物的各種反應速度，還會通過發酵液的物理性質間接地影響微生物的生物合成。

溫度對產物的合成方向有影響。例如，金色鏈霉菌在35℃時合成的為四環素，而在30℃的時候合成的卻是金霉素。

2.2 PH值對發酵影響

①影響原生質膜的性質，改變膜電荷狀態，影響細胞的結構。

②影響酶的活性。由于酶作用均有其最適的ph值，所以在不適宜的ph值下，微生物細胞中某些酶的活性受到抑制，從而影響菌體對基質的利用和產物的合成。由于ph的高低對菌體生長和產物的合成能產生上述明顯的影響，在工業方面如何嚴格控制ph值是工業發酵的關鍵所在。

③影響產物的穩定性，Ph過酸或者過堿都會影響代謝產物的穩定性。

④影響代謝產物的合成途徑。

3 發酵工藝的控制

3.1 溫度的控制

液體發酵罐,通過給罐體升溫和降溫來控制最適宜的溫度,即溫度低,通過往罐體夾套內通蒸汽或給罐內蛇形排管通熱水來進行發酵液的升溫,反之,通冷水進行降溫。固體發酵,通過通風、發酵物料的翻動次數等方法進行降溫處理。發酵溫度的控制與生產工藝有很大的關系,要根據具體情況,具體操作。

3.2 pH值的控制

發酵過程中的PH值一般是隨著菌體生長繁殖,PH值會逐漸下降,所以PH值的控制就是如何升高PH值。通常是用流加（就是向發酵液中補充）尿素溶液或氨水、液氨的方法升高PH值,同時增加氮源供給。加氨水或液氨可使PH值迅速升高。所以,流加氨水或液氨,PH值變化迅速,波動性也較高。而加尿素溶液時,尿素要先經過分解,才能被微生物利用,所以PH升高較慢,但下降也較慢。也就是說,PH值的波動程度較小。也可以加硫酸氨溶液。同時，還可以在基礎料中加入維持pH的物質、在發酵過程中根據糖氮消耗需要進行補料，當補料與調pH發生矛盾時，加酸堿調pH。

3 結語

要想得到我們想要的發酵產物，就必須針對代謝環境控制，同時選取優良的菌種也是必要的手段。所以對于溫度、PH值、溶解氧、泡沫、菌體濃度和基質、發酵時間等方面的良好控制是發酵學里永遠不變的課題。在發酵過程中，我們關注的不僅僅是一個好的菌種，還應該采取科學的技術，嚴格控制溫度、PH值、溶解氧、泡沫、菌體濃度和基質、發酵時間等來達到發酵目的。

[1]蔣新龍.微生物發酵工程.杭州：浙江大學出版社，2011.

[2]盛貽林.微生物發酵制藥技術.北京：中國農業大學出版社，2008.8.

[3]何建勇.微生物發酵工藝學.北京：中國醫藥科技出版社，2009.

[4]燕平梅.微生物發酵技術.北京：中國農業科學技術出版社，2010

[5]劉冬,張學仁等.發酵工程.北京：高等教育出版社，2007.4.

[6]何建勇.發酵工藝學.北京：中國醫藥科技出版社，2009.