微生物发酵的影响因素及其控制

微生物发酵的影响因素及其控制

刘琼 1 李菁 2 张永明 2

1. 正大天晴药业集团股份有限公司 江苏连云港 222000

2.正大天晴药业集团南京顺欣制药有限公司 江苏南京 210000

摘要：微生物发酵是指微生物在适当的发酵条件下，通过特定的代谢途径，将原料中的营养成分转化为必需产物的过程，通常将发酵方法分离，补充和半连续进行，并进行连续发酵应用，微生物具有合成多种结果的潜力，但是为了在生物反应器中轻柔地表达它们，其要表达尽可能多的结果，并且易于合成和发酵。发酵质量与许多因素有关。除了真菌型的生产性能外，它还与培养基的配方说明，原料的质量，灭菌条件，种子的质量，发酵条件和工艺控制密切等相关。

关键词：微生物；发酵；影响因素；控制

引言

在微生物发酵中，将通过实验室中的小规模生产线，以及在模拟工业生产条件下进行的工艺研究，来验证和扩大后期生产工艺的可行性，并尽可能进行研发，这是为了确保生产与过程的一致性。发酵的扩展目的是验证，它可以检查和补充实验室过程中定义的反应条件，从而为全面生产提供数据。在微生物发酵中，尝试是研发与生产之间的沟通，其中产品达到生产所需的途径。这是一种有效措施，不仅可以提供工业生产所需的经验和数据支持，还可以降低工业化的风险。影响微生物发酵的因素很多，因此合理地研究和使用它们很重要。

一、菌种及培养基

（一）菌种

真菌在微生物的发酵过程中起着重要的作用，是发酵工业的基础和重点。细菌在发酵过程中的生长速率以及通过合成获得的产物的能力在某种程度上取决于细菌的发酵能力和稳定性。必须提供真菌选择教育，以改善真菌特性，提高发酵水平并满足工业生产的需求。这在改善工艺条件方面起着重要作用。

（二）培养基

该培养基不仅为微生物提供必需的营养，而且创造了微生物生长所必需的生长环境。在生产过程中，对培养基的确切组成和混合比，微生物的生长和繁殖，产品的生物合成，产品的分离和纯化以及产品的质量生产具有重要的意义。在工业生产中，根据细菌种类的特征合理混合微生物等元素的生长发酵阶段和发酵产物的特征，并根据适合微生物的营养来培养不同的成分和混合比例。细胞生长和对合成产品的需求。培养组配方的优化有效提高了发酵代谢水平，可通过胞外多糖发酵过程中的培养基配方进行优化，达到48.57g/L的5-30kD胞外多糖。培养基中的一些金属离子对发酵代谢和产生的水的活性有很大的影响。例如，为了提高BacillussubtilisBS501a发酵产物的抗真菌活性，在两次实验中对培养基的制备方法进行了优化，抑制活性提高了2.4倍，Mg2+具有显着的抑制作用。

二、灭菌

大多数工业发酵是需要氧气的纯发酵。除了在发酵过程中产生细菌外，它不允许各种细菌的生长。这就要求对所用的介质和设备进行彻底的消毒。因此，灭菌和无菌技术是工业发酵的重要组成部分。培养基灭菌条件根据发酵产物具有不同的作用。通常，灭菌温度越高，灭菌时间越长，养分向养分的破坏越严重，并且对微生物生长和代谢以及所得产物合成的影响越大。葡萄糖是微生物培养中经常使用的有效碳源，但是在高温下灭菌时，诸如葡萄糖和氨之类的物质会发生熔化反应，从而在培养基中产生有害的色素，并对微生物的生长产生不利影响。通常，将培养基中的葡萄糖单独灭菌，将温度保持在115℃，并且将灭菌时间保持在20分钟以内。

三、培养条件

（一）温度

温度主要影响微生物细胞中生物聚合物的活性，从而影响微生物的代谢活性。另外，温度的变化会引起其他环境因素的变化，从而影响微生物的生物活性。微生物的生长和最终产物的合成必须在合适的温度下进行，并且在发酵过程中，最合适的温度差取决于发酵阶段。例如，链球菌乳酸在34°C时具有最快的生长速度，在25-30°C时具有最高的细胞产量，在40°C时具有最快的发酵速度。在30°C时，乳酸的产量最高。温度会影响新陈代谢的方向并合成最终产物。金链抗生素的发酵生产同时产生四环素和青霉素。当温度低于30℃时，主要使用合成青霉素，并且随着温度的升高，合成四环素的比例增加。温度达到35°C时，仅使用四环素。温度就像大肠杆菌抵抗细菌繁殖的过程一样。发酵的效果更加明显。通常在发酵开始时在37°C下培养，这对于E的生长是有益的。在对数生长的中后期，添加诱导剂以降低培养温度对于诱导靶蛋白的表达是有利的。对高密度发酵蛋白表达的研究表明，Studie是通过在18°C的低温下诱导蛋白表达阶段来表达的，而大肠杆菌在生长阶段在37°C下孵化。3.2pH发酵pH对微生物的生长和所得产物的合成有很大的影响。pH值主要通过改变细胞膜电荷和细胞膜通透性以及最终微生物的生长和产物的合成来影响营养物的吸收和代谢产物的排泄。最佳PH取决于微生物。在正常情况下，细菌和辐射细菌适用于中性碱性环境，霉菌和酵母菌适用于酸性环境。

（二）酸碱度

1.发酵过程中pH的变化规律

最合适的微生物生长阶段的pH和通过合成获得的产物阶段的pH通常是不同的，这不仅与真菌种类的特征有关，而且与所得产物的化学性质有关。水的最佳pH，例如各种抗生素的生物合成，如下。青霉素和青霉素为中性碱性，范围为6.8至7.3。青霉素和四环素的范围从5.9到6.3。青霉素为6.5至6.8。发酵过程中pH的变化与微生物活性有关，丙酸，乙酸的变化以及与乳酸积累有关的pH值影响各种酶的活性，例如底物中细菌的利用率和这种结构导致细菌及其产物的生长。例如，在合成中，黄色霉菌细胞壁的厚度可能会随着pH值的增加而减小，并且在pH6.0时菌丝直径为2-3m。在pH7.4-2至18m时为2。显示肿胀的酵母样细胞并恢复菌丝。根据pH值是否正常，pH值还会影响细胞细胞膜的电荷状态，引起膜通透性的变化，恢复真菌，影响营养物质的吸收和代谢产物的分泌。

2.pH监测

在适当的pH控制范围内，首先考虑进行基础培养的方法，然后添加酸性碱或中间材料进行控制。在发酵过程中，将适量的CaCO3青霉素添加到基础培养基中，然后pH值会根据细菌的生理代谢需要通过调节糖含量来调节糖含​​量。这可以使青霉素的产量增加25％，不受恒定糖或酸性碱的控制，但是可以使用某些种类的抗生素（例如抗生素）来控制pH值，并且可以使用pH值来合成抗生素。通过在适当的范围内调节Y-t并加水，如果培养基的缓冲能力不强，则pH值反映细菌的生理状态。当pH值超过适当值时，表明细菌的生理状态。细菌会饿死。可以调节糖，如果添加过多的糖，pH值会下降。用氨水中和有机酸。应该注意的是，过量的NH被微生物中毒，呼吸强度迅速降低，因此在氨中，观察到溶解氧浓度的变化可防止细菌中毒。使用NaOH或ca（OH）调节pH值。维持生长和最终生产的最佳pH值将导致生产成功或失败。

结语

发酵过程中，反应的性质并不取决于实验与生产之间的差异，但是最佳工艺条件可能会取决于外部条件（例如实验规模和设备）而变化。这意味着在微生物发酵过程中进行测试。微生物发酵受真菌种类，培养基，灭菌方法和培养条件等因素的影响，可以合理地研究和利用这些因素，为发酵工业生产提供更好的服务。在具体的生产实践中，根据产品特性综合考虑影响发酵过程的因素，确定最佳工艺变量，为实现工业化提供发酵工业化生产所需的经验和数据支持，降低风险。

参考文献

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[3]王悦鹏,吴涛.微生物发酵产L-色氨酸的研究进展[J].发酵科技通讯,2020(03):153-160.