菌体浓度对发酵的影响要点

、菌体浓度对发酵的影响及控制菌体(细胞)浓度 (cellconcentration) 是指单位体积培养液中菌体的含量。无论在科学研究上，还是在工业发酵控制上，它都是一个重要的参数。菌浓的大小，在一定条

、菌体浓度对发酵的影响及控制 (cellconcentration) 菌体(细胞)浓度是指单位体积培养液中菌体的含量。无论在科学研 究上，还是在工业发酵控制上，它都是一个重要的参数。菌浓的大小，在一定条件下，不仅 反映菌体细胞的多少，而且反映菌体细胞生理特性不完全相同的分化阶段。在发酵动力学研 究中，需要利用菌浓参数来算出菌体的比生长速率和产物的比生成速率等有关动力学参数， 以研究它们之间的相互关系，探明其动力学规律，所以菌浓仍是一个基本参数。 菌浓的大小与菌体生长速率有密切关系。比生长速率科大的菌体，菌浓增长也迅速，反之就 缓慢。而菌体的生长速率与微生物的种类和自身的遗传特性有关，不同种类的微生物的生长 速率是不一样的。它的大小取决于细胞结构的复杂性和生长机制，细胞结构越复杂，分裂所 45min90min 需的时间就越长。典型的细菌、酵母、霉菌和原生动物的倍增时间分别为、、 3h6h 和左右，这说明各类微生物增殖速率的差异。菌体的增长还与营养物质和环境条件有 Monod 密切关系。营养物质包括各种碳源和氮源等成分和它们的浓度。按照方程式来看， Ks110mg/L 生长速率取决于基质的浓度(各种碳源的基质饱和系数在之间)，当基质浓 〜 c(S)>10Ks 度时，比生长速率就接近最大值。所以营养物质均存在一个上限浓度，在此限度 以内，菌体比生长速率则随基质浓度增加而增加，但超过此上限，基质浓度继续增加，反而 会引起生长速率下降。这种效应通常称为基质抑制作用。这可能是由于高浓度基质形成高渗 () 透压，引起细胞脱水而抑制生长。这种作用还包括某些化合物如甲醇、苯酚等对一些关键 g/L)100 酶的抑制，或使细胞结构成分发生变化。一些营养物质的上限浓度如下：葡萄糖、 ( NH4+5PO43-10 、。在实际生产中，常用丰富培养基，促使菌体迅速繁殖，菌浓增大，引起 () 溶氧下降。所以，在微生物发酵的研究和控制中，营养条件含溶氧的控制至关重要。影响 pH 菌体生长的环境条件有温度、值、渗透压和水分活度等因素。 菌浓的大小，对发酵产物的得率有着重要的影响。在适当的比生长速率下，发酵产物的 产率与菌浓成正比关系，即 P=QPmc(X) P——),g/(L•h); 式中发酵产物的产率(产物最大生成速率或生产率 QPmh-1; ——产物最大比生成速率， c(X)gL ——菌体浓度，／。 菌浓愈大，产物的产量也愈大，如氨基酸、维生素这类初级代谢产物的发酵就是如此。 而对抗生素这类次级代谢产物来说，控制菌体的比生长速率科比科临略高一点的水平，达到 ［c(X)］ 最适菌浓即临，菌体的生产率最高。但是菌浓过高，则会产生其他的影响，营养物质 消耗过快，培养液的营养成分发生明显的改变，有毒物质的积累，就可能改变菌体的代谢途 径，特别是对培养液中的溶氧，影响尤为明显。菌浓增加而引起的溶氧下降，会对发酵产生 各种影响。早期酵母发酵，会出现代谢途径改变、酵母生长停滞、产生乙醇的现象；抗生素 7-7 发酵中，也受溶氧限制，使产量降低。如图，为了获得最高的生产率，需要采用摄氧速 OUROTR 率与传氧速率相平衡时的菌体浓度，也就是传氧速率随菌浓变化的曲线和摄氧 c(X) 速率随菌浓变化的曲线的交点所对应的菌体浓度，即临界菌体浓度临。菌体超过此浓 度，抗生素的比生成速率和体积产率都会迅速下降。