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1、第五章第五章 发酵工程制药发酵工程制药 对微生物进行培养，生产有用物对微生物进行培养，生产有用物质的过程就是发酵。质的过程就是发酵。采用微生物发酵生产药物就是微采用微生物发酵生产药物就是微生物发酵制药。生物发酵制药。第一节第一节 概述概述一、微生物发酵制药的发展历史一、微生物发酵制药的发展历史 微生物发酵制药的历史悠久。但直到第微生物发酵制药的历史悠久。但直到第二次世界大战初期，人们认识到抗生素特别二次世界大战初期，人们认识到抗生素特别是青霉素重要性以后，才大大推动微生物制是青霉素重要性以后，才大大推动微生物制药工业的发展。药工业的发展。液体深层发酵技术、液体深层发酵技术、细胞融合技术、细胞融
2、合技术、基基因工程技术的出现，又为微生物发酵制药带因工程技术的出现，又为微生物发酵制药带来新的发展空间。来新的发展空间。二、微生物发酵制药的研究范围二、微生物发酵制药的研究范围1 1、微生物菌体发酵：、微生物菌体发酵：、微生物菌体发酵：、微生物菌体发酵：获得具有药用菌体为目的的发酵。获得具有药用菌体为目的的发酵。获得具有药用菌体为目的的发酵。获得具有药用菌体为目的的发酵。2 2、微生物酶发酵：、微生物酶发酵：、微生物酶发酵：、微生物酶发酵：获得药用酶为目的的发酵。获得药用酶为目的的发酵。获得药用酶为目的的发酵。获得药用酶为目的的发酵。3 3、微生物代谢产物发酵：、微生物代谢产物发酵：、微生物代
3、谢产物发酵：、微生物代谢产物发酵：获得微生物具有药用的获得微生物具有药用的获得微生物具有药用的获得微生物具有药用的各种初级产物和次级产物为各种初级产物和次级产物为各种初级产物和次级产物为各种初级产物和次级产物为目的的发酵。目的的发酵。目的的发酵。目的的发酵。4 4、微生物转化发酵：、微生物转化发酵：、微生物转化发酵：、微生物转化发酵：利用微生物发酵过程中的转化作用生产药物。利用微生物发酵过程中的转化作用生产药物。利用微生物发酵过程中的转化作用生产药物。利用微生物发酵过程中的转化作用生产药物。微生物转化微生物转化微生物转化微生物转化就是利用微生物细胞中的一种酶或多种酶将一就是利用微生物细胞中的一
4、种酶或多种酶将一就是利用微生物细胞中的一种酶或多种酶将一就是利用微生物细胞中的一种酶或多种酶将一种化合物转变成结构相关的另一种产物的生化反应。种化合物转变成结构相关的另一种产物的生化反应。种化合物转变成结构相关的另一种产物的生化反应。种化合物转变成结构相关的另一种产物的生化反应。三、微生物发酵药物的分类三、微生物发酵药物的分类 微生物药物有抗生素，维生素，微生物药物有抗生素，维生素，AAAA，核酸有关物质，有机酸，治疗酶，酶，核酸有关物质，有机酸，治疗酶，酶抑制剂，激素，免疫调节物质以及其他抑制剂，激素，免疫调节物质以及其他生理活性物质。生理活性物质。四、制药微生物四、制药微生物1 1、制药微
5、生物的种类、制药微生物的种类 生产药物的天然微生物主要包括细菌、生产药物的天然微生物主要包括细菌、放线菌和丝状真菌三大类。放线菌和丝状真菌三大类。细菌主要生产环状或链状多肽类抗生细菌主要生产环状或链状多肽类抗生素；放线菌主要产生各类抗生素；真菌的素；放线菌主要产生各类抗生素；真菌的曲霉菌属产生桔霉素，青霉素菌属产生青曲霉菌属产生桔霉素，青霉素菌属产生青霉素和灰黄霉素等，头孢菌属产生头孢霉霉素和灰黄霉素等，头孢菌属产生头孢霉素等。素等。2 2、制药微生物菌种的选育、制药微生物菌种的选育 主要有：自然选育主要有：自然选育 、诱变育种诱变育种 、杂交育种杂交育种 、基因工程技术育种四种。、基因工程技
6、术育种四种。自然选育：自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，根在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程，叫自据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程，叫自然选育或自然分离。然选育或自然分离。自然选育的常用方法是单菌落分离，需要自然选育的常用方法是单菌落分离，需要反复筛选，确定生产能力比原菌株高的菌种。反复筛选，确定生产能力比原菌株高的菌种。基本过程：基本过程：菌种菌种单孢子或单细胞悬液单孢子或单细胞悬液适当稀释适当稀释琼脂琼脂平板分离平板分离挑单个菌落进行生产能力测定挑单个菌落进行生产能力测定选出选出优良菌株。优良菌株。3 3、菌种保存菌种保存目的：目的：保持
7、长期存活、不退化、不丧失生产能力。保持长期存活、不退化、不丧失生产能力。保存原理：保存原理：使其代谢处于不活跃状态，即生长繁殖受使其代谢处于不活跃状态，即生长繁殖受抑制的休眠状态，可保持原有特性，延长生命时抑制的休眠状态，可保持原有特性，延长生命时限。限。（1 1）斜面低温保存斜面低温保存保存方法：保存方法：（2 2）液体石蜡密封存保藏液体石蜡密封存保藏（3 3）砂土管保藏砂土管保藏（4 4）冷冻干燥保藏冷冻干燥保藏（5 5）液氮低温保藏液氮低温保藏第二节第二节 发酵过程及其优化控制发酵过程及其优化控制 一、发酵制药的基本过程一、发酵制药的基本过程菌株选育菌株选育（mutation and s
8、election breedingmutation and selection breedingmutation and selection breedingmutation and selection breeding）发酵发酵(fermentation)(fermentation)(fermentation)(fermentation)分离纯化分离纯化(isolation and purification)(isolation and purification)(isolation and purification)(isolation and purification)包括三个主要工段：
9、包括三个主要工段：1 1、生产菌种选育、生产菌种选育 优良菌种应该高产、性能稳定、容易培养。优良菌种应该高产、性能稳定、容易培养。2 2、发酵阶段、发酵阶段 包括孢子制备、种子制备、发酵培养，包括孢子制备、种子制备、发酵培养，是生是生物加工工程过程。物加工工程过程。3 3、分离纯化阶段、分离纯化阶段 包括发酵液处理与过滤、分离提取、精制、包括发酵液处理与过滤、分离提取、精制、成品检验、包装、出厂检验，是化学分离工程成品检验、包装、出厂检验，是化学分离工程过程。过程。二、二、发酵工艺条件的优化控制发酵工艺条件的优化控制（一）、培养基及其制备（一）、培养基及其制备1 1、培养基的成分、培养基的成分
10、（1 1）、）、碳源碳源 凡是构成微生物细胞和代谢产物中碳素的凡是构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物质均称为碳源。其主要作用是供给菌种营养物质均称为碳源。其主要作用是供给菌种生命活动所需要的能量；构成菌体细胞成分和生命活动所需要的能量；构成菌体细胞成分和代谢产物。代谢产物。在药物发酵生产中常用的碳源有：糖类、醇类、在药物发酵生产中常用的碳源有：糖类、醇类、在药物发酵生产中常用的碳源有：糖类、醇类、在药物发酵生产中常用的碳源有：糖类、醇类、脂肪、有机酸等。脂肪、有机酸等。脂肪、有机酸等。脂肪、有机酸等。（2 2）、）、氮源氮源 凡是构成微生物细胞和代谢产物中氮素的凡是构成微生物细胞和代谢产物
11、中氮素的营养物质均称为氮源。其主要功能是构成微生营养物质均称为氮源。其主要功能是构成微生物细胞物质和含氮代谢物。可分为有机氮源和物细胞物质和含氮代谢物。可分为有机氮源和无机氮源两类。无机氮源两类。常用有机氮源有黄豆饼粉（最常用）、花生饼粉、常用有机氮源有黄豆饼粉（最常用）、花生饼粉、常用有机氮源有黄豆饼粉（最常用）、花生饼粉、常用有机氮源有黄豆饼粉（最常用）、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、棉籽饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、棉籽饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、棉籽饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、尿素等。鱼粉、尿素等。鱼粉、尿素等。鱼
12、粉、尿素等。常用无机氮源有铵盐、氨水和硝酸盐。常用无机氮源有铵盐、氨水和硝酸盐。常用无机氮源有铵盐、氨水和硝酸盐。常用无机氮源有铵盐、氨水和硝酸盐。（3 3）、）、无机盐及微量元素无机盐及微量元素 无机盐和微量元素是生理活性物质的组成成分无机盐和微量元素是生理活性物质的组成成分或具有生理活性作用的调节物，包括磷、硫、铁、或具有生理活性作用的调节物，包括磷、硫、铁、镁、钙、锰、铜、锌、钴、钾、钠、氯等。镁、钙、锰、铜、锌、钴、钾、钠、氯等。一般低浓度起促进作用，高浓度起抑制作用。一般低浓度起促进作用，高浓度起抑制作用。菌体细胞的主要成分，营养传递的介菌体细胞的主要成分，营养传递的介质。调节细胞生
13、长环境温度。质。调节细胞生长环境温度。（4 4）、水）、水 消除泡沫，防止逃液和染菌。一般为动植物消除泡沫，防止逃液和染菌。一般为动植物油脂和高分子化合物。油脂和高分子化合物。（5 5）、）、消沫剂消沫剂 生长因子是指微生物生长不可缺少的微量有机生长因子是指微生物生长不可缺少的微量有机物，包括氨基酸、维生素、核苷酸、脂肪酸等。物，包括氨基酸、维生素、核苷酸、脂肪酸等。（6 6）、生长因子）、生长因子 在药物的生物合成过程中，被菌体直接用于在药物的生物合成过程中，被菌体直接用于药物合成而自身结构无显著改变的物质称为前体药物合成而自身结构无显著改变的物质称为前体。前体明显提高产品产量和质量，一定条
14、件下还。前体明显提高产品产量和质量，一定条件下还能控制菌体合成代谢产物的方向。能控制菌体合成代谢产物的方向。（7 7）、）、前体与促进剂前体与促进剂 促进剂是指那些既不是营养物又不是前促进剂是指那些既不是营养物又不是前体，但能提高产物产量的添加剂。体，但能提高产物产量的添加剂。2 2、培养基的种类、培养基的种类按组成分为：按组成分为：合成培养基合成培养基合成培养基合成培养基(synthesized medium)(synthesized medium)(synthesized medium)(synthesized medium)天然培养基天然培养基天然培养基天然培养基(natural med
15、ium)(natural medium)(natural medium)(natural medium)半合成培养基半合成培养基半合成培养基半合成培养基(semi-synthesized medium)(semi-synthesized medium)(semi-synthesized medium)(semi-synthesized medium)按用途分为：按用途分为：选择性培养基选择性培养基选择性培养基选择性培养基(selective medium)(selective medium)(selective medium)(selective medium)鉴别性培养基鉴别性培养基鉴别性培
16、养基鉴别性培养基(identification medium)(identification medium)(identification medium)(identification medium)按物理性质分为：按物理性质分为：固体培养基固体培养基固体培养基固体培养基(solid medium)(solid medium)(solid medium)(solid medium)半固体培养基半固体培养基半固体培养基半固体培养基(semi-solid medium)(semi-solid medium)(semi-solid medium)(semi-solid medium)液体培养基液体培
17、养基液体培养基液体培养基(liquid medium)(liquid medium)(liquid medium)(liquid medium)按发酵过程中所处位置和作用分为：按发酵过程中所处位置和作用分为：斜面或平板固体培养基斜面或平板固体培养基（solid mediumsolid medium）种子培养基种子培养基（seed mediumseed medium）发酵培养基发酵培养基(fermentation medium)(fermentation medium)补料培养基补料培养基(fed medium)(fed medium)(1)(1)斜面或平板固体培养基（斜面或平板固体培养基（so
18、lid mediumsolid medium）包括细菌和酵母的固体斜面或平板培养基，包括细菌和酵母的固体斜面或平板培养基，链霉菌和丝状真菌的孢子培养基。链霉菌和丝状真菌的孢子培养基。作用作用:提供菌体的生长繁殖，形成孢子。提供菌体的生长繁殖，形成孢子。特点特点:菌体生长迅速，产生优质大量的孢子，但菌体生长迅速，产生优质大量的孢子，但不能引起变异，营养丰富。不能引起变异，营养丰富。（2 2）、）、种子培养基（种子培养基（seed mediumseed medium）种子培养基是供孢子发芽和菌体进一步生种子培养基是供孢子发芽和菌体进一步生长繁殖的培养基，包括摇瓶和一二级种子罐培长繁殖的培养基，包括
19、摇瓶和一二级种子罐培养基，为液体培养基。养基，为液体培养基。作用作用:使种子扩大培养，增加细胞数目，生长形使种子扩大培养，增加细胞数目，生长形成强壮、健康和高活性的种子。成强壮、健康和高活性的种子。特点：特点：培养基成分完全，营养丰富，含有容易利培养基成分完全，营养丰富，含有容易利用的碳、氮源和无机盐等，但总体浓度高。用的碳、氮源和无机盐等，但总体浓度高。（3 3）、）、发酵培养基发酵培养基(fermentation(fermentation medium)medium)发酵培养基是提供微生物进行目标产物发酵培养基是提供微生物进行目标产物的发酵生产的培养基，不仅要满足菌体的生的发酵生产的培养基
20、，不仅要满足菌体的生长和繁殖，还要满足菌体合成目标产物，是长和繁殖，还要满足菌体合成目标产物，是发酵生产中最关键和最重要的培养基。发酵生产中最关键和最重要的培养基。作用：作用：供菌体生长繁殖和合成大量代谢产物。供菌体生长繁殖和合成大量代谢产物。特点：特点：组成应丰富完整，营养成分浓度和粘度适组成应丰富完整，营养成分浓度和粘度适中。中。（4 4）、）、补料培养基补料培养基(fed medium)(fed medium)补料培养基是发酵过程中添加的培养基。补料培养基是发酵过程中添加的培养基。作用：作用：稳定工艺条件，延长发酵周期，提高目稳定工艺条件，延长发酵周期，提高目标产物产量。标产物产量。特点
21、：特点：一般按单一成分配制，在发酵过程中各一般按单一成分配制，在发酵过程中各自独立控制加入，或按一定比例制成复合补料自独立控制加入，或按一定比例制成复合补料培养基，再加入。培养基，再加入。3 3、影响培养基质量的因素、影响培养基质量的因素（1 1）、）、原料质量原料质量（2 2）、）、水质水质（3 3）、）、灭菌灭菌（4 4）、）、培养基的黏度培养基的黏度（二）、（二）、温度对发酵的影响及其控制温度对发酵的影响及其控制1 1、温度对发酵的影响温度对发酵的影响 发酵温度对菌体生长和产物的合成的影响存在一发酵温度对菌体生长和产物的合成的影响存在一发酵温度对菌体生长和产物的合成的影响存在一发酵温度对
22、菌体生长和产物的合成的影响存在一个最适温度范围和最佳温度点，偏离一定范围，生长个最适温度范围和最佳温度点，偏离一定范围，生长个最适温度范围和最佳温度点，偏离一定范围，生长个最适温度范围和最佳温度点，偏离一定范围，生长会受到抑制，各种酶的反应速率和产物的性质也会受会受到抑制，各种酶的反应速率和产物的性质也会受会受到抑制，各种酶的反应速率和产物的性质也会受会受到抑制，各种酶的反应速率和产物的性质也会受到影响。到影响。到影响。到影响。温度对培养基发酵液的物理性质也有很大影响，温度对培养基发酵液的物理性质也有很大影响，温度对培养基发酵液的物理性质也有很大影响，温度对培养基发酵液的物理性质也有很大影响，
23、通过影响黏度、溶解氧、传递速率等影响发酵动力学通过影响黏度、溶解氧、传递速率等影响发酵动力学通过影响黏度、溶解氧、传递速率等影响发酵动力学通过影响黏度、溶解氧、传递速率等影响发酵动力学和产物的生物合成。和产物的生物合成。和产物的生物合成。和产物的生物合成。2 2、影响发酵温度变化的因素影响发酵温度变化的因素 发酵过程中的最终能量变化决定了发酵温度，包括发酵过程中的最终能量变化决定了发酵温度，包括发酵过程中的最终能量变化决定了发酵温度，包括发酵过程中的最终能量变化决定了发酵温度，包括产能因素和失能因素的共同作用。产能因素和失能因素的共同作用。产能因素和失能因素的共同作用。产能因素和失能因素的共同
24、作用。发酵热发酵热发酵热发酵热（fermentation heatfermentation heatfermentation heatfermentation heat）等于产生热等于产生热等于产生热等于产生热(production heat)(production heat)(production heat)(production heat)与散失热与散失热与散失热与散失热(loss heat)(loss heat)(loss heat)(loss heat)之差，之差，之差，之差，产生热包括生物热产生热包括生物热产生热包括生物热产生热包括生物热(biological heat)(biolo
25、gical heat)(biological heat)(biological heat)和搅拌热和搅拌热和搅拌热和搅拌热(agitation heat)(agitation heat)(agitation heat)(agitation heat)，散失热包括蒸发热，散失热包括蒸发热，散失热包括蒸发热，散失热包括蒸发热(evaporation heat)(evaporation heat)(evaporation heat)(evaporation heat)、显热、显热、显热、显热(sensible heat)(sensible heat)(sensible heat)(sensible
26、heat)和和和和辐射热辐射热辐射热辐射热(radiant heat)(radiant heat)(radiant heat)(radiant heat)。Q Q热热Q Q生生Q Q搅搅Q Q蒸蒸Q Q显显Q Q辐辐3 3、温度的控制温度的控制 （1 1 1 1）最适温度的选择）最适温度的选择）最适温度的选择）最适温度的选择 根据发酵不同阶段对温度的不同要求，选择最适温度根据发酵不同阶段对温度的不同要求，选择最适温度根据发酵不同阶段对温度的不同要求，选择最适温度根据发酵不同阶段对温度的不同要求，选择最适温度并进行变温控制下的发酵，以期高产。并进行变温控制下的发酵，以期高产。并进行变温控制下的发
27、酵，以期高产。并进行变温控制下的发酵，以期高产。（2 2 2 2）温度的控制）温度的控制）温度的控制）温度的控制 大型发酵罐一般不需要加热，因为发酵中产生大型发酵罐一般不需要加热，因为发酵中产生大型发酵罐一般不需要加热，因为发酵中产生大型发酵罐一般不需要加热，因为发酵中产生大量的发酵热，往往经常需要降温冷却，控制发酵大量的发酵热，往往经常需要降温冷却，控制发酵大量的发酵热，往往经常需要降温冷却，控制发酵大量的发酵热，往往经常需要降温冷却，控制发酵温度。给发酵罐夹层或蛇形管通入冷却水，通过热温度。给发酵罐夹层或蛇形管通入冷却水，通过热温度。给发酵罐夹层或蛇形管通入冷却水，通过热温度。给发酵罐夹层
28、或蛇形管通入冷却水，通过热交换降温，维持发酵温度。交换降温，维持发酵温度。交换降温，维持发酵温度。交换降温，维持发酵温度。（三）、（三）、pHpH的影响及其控制的影响及其控制1 1、pHpH的影响的影响改变了细胞膜的透性，影响了物质的吸收和产物的分泌。改变了细胞膜的透性，影响了物质的吸收和产物的分泌。改变了细胞膜的透性，影响了物质的吸收和产物的分泌。改变了细胞膜的透性，影响了物质的吸收和产物的分泌。2 2、影响、影响pHpH变化的因素变化的因素 发酵液的发酵液的发酵液的发酵液的pHpHpHpH变化是菌体产酸和产碱的代谢反应变化是菌体产酸和产碱的代谢反应变化是菌体产酸和产碱的代谢反应变化是菌体产
29、酸和产碱的代谢反应的综合结果，它与菌种、培养基和发酵条件有关。的综合结果，它与菌种、培养基和发酵条件有关。的综合结果，它与菌种、培养基和发酵条件有关。的综合结果，它与菌种、培养基和发酵条件有关。培养过程中菌体对碳源、氮源物质的利用也是培养过程中菌体对碳源、氮源物质的利用也是培养过程中菌体对碳源、氮源物质的利用也是培养过程中菌体对碳源、氮源物质的利用也是造成培养体系造成培养体系造成培养体系造成培养体系pHpHpHpH变化的重要原因。变化的重要原因。变化的重要原因。变化的重要原因。3 3、pHpH的控制的控制 （1 1）培养基配方考虑。）培养基配方考虑。均衡使用产酸物质、均衡使用产酸物质、均衡使用
30、产酸物质、均衡使用产酸物质、产碱物质及使用缓冲剂，保证碳氮比平衡。产碱物质及使用缓冲剂，保证碳氮比平衡。产碱物质及使用缓冲剂，保证碳氮比平衡。产碱物质及使用缓冲剂，保证碳氮比平衡。（2 2）酸碱调节。）酸碱调节。常用生理酸性物质如硫酸铵常用生理酸性物质如硫酸铵常用生理酸性物质如硫酸铵常用生理酸性物质如硫酸铵和生理碱性物质氨水来控制，不仅调节了和生理碱性物质氨水来控制，不仅调节了和生理碱性物质氨水来控制，不仅调节了和生理碱性物质氨水来控制，不仅调节了pHpHpHpH，还补充，还补充，还补充，还补充了氮源。了氮源。了氮源。了氮源。（3 3）补料流加控制。）补料流加控制。一种是直接补加酸碱物质，一种
31、是直接补加酸碱物质，一种是直接补加酸碱物质，一种是直接补加酸碱物质，另一种方法是通过控制代谢途径实现另一种方法是通过控制代谢途径实现另一种方法是通过控制代谢途径实现另一种方法是通过控制代谢途径实现pHpHpHpH控制控制控制控制.（4 4）调节通气量。）调节通气量。（四）、溶解氧影响与控制（四）、溶解氧影响与控制 溶解氧（溶解氧（溶解氧（溶解氧（dissolved oxygen,DOdissolved oxygen,DOdissolved oxygen,DOdissolved oxygen,DO）是指溶解于培养）是指溶解于培养）是指溶解于培养）是指溶解于培养液中的氧。液中的氧。液中的氧。液中的
32、氧。溶解氧浓度由溶解氧浓度由溶解氧浓度由溶解氧浓度由供氧供氧供氧供氧和和和和需氧需氧需氧需氧两方面所决定，供氧两方面所决定，供氧两方面所决定，供氧两方面所决定，供氧(oxygen supply)(oxygen supply)(oxygen supply)(oxygen supply)是指氧溶解于培养液的过程。菌体吸收是指氧溶解于培养液的过程。菌体吸收是指氧溶解于培养液的过程。菌体吸收是指氧溶解于培养液的过程。菌体吸收溶解氧的过程是耗氧（需氧）过程。不同菌种对溶解氧溶解氧的过程是耗氧（需氧）过程。不同菌种对溶解氧溶解氧的过程是耗氧（需氧）过程。不同菌种对溶解氧溶解氧的过程是耗氧（需氧）过程。不同
33、菌种对溶解氧量的需求是不同的，有一个适宜的范围，必须通过试验量的需求是不同的，有一个适宜的范围，必须通过试验量的需求是不同的，有一个适宜的范围，必须通过试验量的需求是不同的，有一个适宜的范围，必须通过试验确定临界氧浓度和最适氧浓度，并在发酵中维持最适氧确定临界氧浓度和最适氧浓度，并在发酵中维持最适氧确定临界氧浓度和最适氧浓度，并在发酵中维持最适氧确定临界氧浓度和最适氧浓度，并在发酵中维持最适氧浓度。浓度。浓度。浓度。临界氧浓度：临界氧浓度：临界氧浓度：临界氧浓度：不影响呼吸或产物合成的最低溶解氧浓度。不影响呼吸或产物合成的最低溶解氧浓度。不影响呼吸或产物合成的最低溶解氧浓度。不影响呼吸或产物合
34、成的最低溶解氧浓度。溶解氧控制溶解氧控制直接提高溶解氧：增加氧传递推动力和通气速率等。直接提高溶解氧：增加氧传递推动力和通气速率等。直接提高溶解氧：增加氧传递推动力和通气速率等。直接提高溶解氧：增加氧传递推动力和通气速率等。间接控制溶解氧：控制菌体浓度。间接控制溶解氧：控制菌体浓度。间接控制溶解氧：控制菌体浓度。间接控制溶解氧：控制菌体浓度。工艺控制方法：控制补料速度，调节温度（降低），工艺控制方法：控制补料速度，调节温度（降低），工艺控制方法：控制补料速度，调节温度（降低），工艺控制方法：控制补料速度，调节温度（降低），培养基（配方，液化，降低粘度），中间补水，添加培养基（配方，液化，降低粘
35、度），中间补水，添加培养基（配方，液化，降低粘度），中间补水，添加培养基（配方，液化，降低粘度），中间补水，添加表面活性剂（消沫剂种类及数量次数时间）。表面活性剂（消沫剂种类及数量次数时间）。表面活性剂（消沫剂种类及数量次数时间）。表面活性剂（消沫剂种类及数量次数时间）。（五）、（五）、COCO2 2的影响及其控制的影响及其控制1 1、COCO2 2对发酵的影响对发酵的影响 CO CO CO CO2 2 2 2对微生物生长或发酵具有刺激或抑制作用，对微生物生长或发酵具有刺激或抑制作用，对微生物生长或发酵具有刺激或抑制作用，对微生物生长或发酵具有刺激或抑制作用，还影响培养基的酸碱平衡。还影响培养
36、基的酸碱平衡。还影响培养基的酸碱平衡。还影响培养基的酸碱平衡。COCO2 2对细胞的影响机理：对细胞的影响机理：直接影响细胞膜的结构，从而影响细胞的形直接影响细胞膜的结构，从而影响细胞的形直接影响细胞膜的结构，从而影响细胞的形直接影响细胞膜的结构，从而影响细胞的形态和生理过程。态和生理过程。态和生理过程。态和生理过程。与其他物质发生化学反应，或与生长必需的金属与其他物质发生化学反应，或与生长必需的金属与其他物质发生化学反应，或与生长必需的金属与其他物质发生化学反应，或与生长必需的金属离子形成碳酸盐沉淀，间接影响菌体的生长和发酵产离子形成碳酸盐沉淀，间接影响菌体的生长和发酵产离子形成碳酸盐沉淀，
37、间接影响菌体的生长和发酵产离子形成碳酸盐沉淀，间接影响菌体的生长和发酵产物的合成。物的合成。物的合成。物的合成。2 2、COCO2 2浓度的控制浓度的控制 通气和搅拌是控制通气和搅拌是控制通气和搅拌是控制通气和搅拌是控制COCOCOCO2 2 2 2浓度的一种方法。浓度的一种方法。浓度的一种方法。浓度的一种方法。降低通气量和搅拌速率，有利于增加降低通气量和搅拌速率，有利于增加降低通气量和搅拌速率，有利于增加降低通气量和搅拌速率，有利于增加COCOCOCO2 2 2 2在在在在发酵液中的浓度，反之，就会减小发酵液中的浓度，反之，就会减小发酵液中的浓度，反之，就会减小发酵液中的浓度，反之，就会减小
38、COCOCOCO2 2 2 2浓度。浓度。浓度。浓度。另外，另外，另外，另外，COCOCOCO2 2 2 2的产生与补料工艺控制密切相关，的产生与补料工艺控制密切相关，的产生与补料工艺控制密切相关，的产生与补料工艺控制密切相关，如：青霉素发酵时，补糖会增加排气中如：青霉素发酵时，补糖会增加排气中如：青霉素发酵时，补糖会增加排气中如：青霉素发酵时，补糖会增加排气中COCOCOCO2 2 2 2浓度和浓度和浓度和浓度和降低培养液的降低培养液的降低培养液的降低培养液的pHpHpHpH。（六）、（六）、补料的作用和控制补料的作用和控制1 1、补料和放料补料和放料 补料（补料（补料（补料（fillfil
39、lfillfill）：）：）：）：间歇或连续的补加一种或多种成间歇或连续的补加一种或多种成间歇或连续的补加一种或多种成间歇或连续的补加一种或多种成分的新鲜培养基就是分的新鲜培养基就是分的新鲜培养基就是分的新鲜培养基就是补料补料补料补料。放料（放料（放料（放料（wihtdrawwihtdrawwihtdrawwihtdraw）：）：）：）：发酵到一定时间，产生了代发酵到一定时间，产生了代发酵到一定时间，产生了代发酵到一定时间，产生了代谢产物，放出一部分发酵液（进行提取），又称带放。谢产物，放出一部分发酵液（进行提取），又称带放。谢产物，放出一部分发酵液（进行提取），又称带放。谢产物，放出一部分发
40、酵液（进行提取），又称带放。补料、放料的作用在于：补料、放料的作用在于：补料、放料的作用在于：补料、放料的作用在于：补充营养物质补充营养物质补充营养物质补充营养物质；改善发酵液流改善发酵液流改善发酵液流改善发酵液流变学性质变学性质变学性质变学性质；调控培养液的调控培养液的调控培养液的调控培养液的pHpHpHpH；解除基质过浓的抑制、产物解除基质过浓的抑制、产物解除基质过浓的抑制、产物解除基质过浓的抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应的反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应的反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应的反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应；避免在分批发酵中避免在分批发酵中避免在分批发酵中避免在分批发酵中因一
41、次性投糖过多造成细胞大量生长、耗氧过多而供氧因一次性投糖过多造成细胞大量生长、耗氧过多而供氧因一次性投糖过多造成细胞大量生长、耗氧过多而供氧因一次性投糖过多造成细胞大量生长、耗氧过多而供氧不足的状况。不足的状况。不足的状况。不足的状况。2 2、补料控制系统补料控制系统（1 1 1 1）、反馈控制系统）、反馈控制系统）、反馈控制系统）、反馈控制系统 由传感器、控制器、驱动器组成。依据溶氧、由传感器、控制器、驱动器组成。依据溶氧、由传感器、控制器、驱动器组成。依据溶氧、由传感器、控制器、驱动器组成。依据溶氧、pHpHpHpH、呼吸熵、排气中、呼吸熵、排气中、呼吸熵、排气中、呼吸熵、排气中COCOC
42、OCO2 2 2 2分压，代谢产物浓度等指标分压，代谢产物浓度等指标分压，代谢产物浓度等指标分压，代谢产物浓度等指标直接控制。直接控制。直接控制。直接控制。（2 2 2 2）、非反馈控制系统）、非反馈控制系统）、非反馈控制系统）、非反馈控制系统 非反馈控制流加系统是不通过固定的反馈控非反馈控制流加系统是不通过固定的反馈控非反馈控制流加系统是不通过固定的反馈控非反馈控制流加系统是不通过固定的反馈控制参数，而通过经验或数学最大优化模型法，得到制参数，而通过经验或数学最大优化模型法，得到制参数，而通过经验或数学最大优化模型法，得到制参数，而通过经验或数学最大优化模型法，得到最优流加操作曲线，从而实现
43、流加控制。最优流加操作曲线，从而实现流加控制。最优流加操作曲线，从而实现流加控制。最优流加操作曲线，从而实现流加控制。（六）、（六）、泡沫的影响及其控制泡沫的影响及其控制1 1泡沫的影响泡沫的影响减少装料量减少装料量减少装料量减少装料量；造成大量逃液，增加污染的机率造成大量逃液，增加污染的机率造成大量逃液，增加污染的机率造成大量逃液，增加污染的机率；泡沫使菌体呼吸受阻，代谢异常或自溶。泡沫使菌体呼吸受阻，代谢异常或自溶。泡沫使菌体呼吸受阻，代谢异常或自溶。泡沫使菌体呼吸受阻，代谢异常或自溶。2 2泡沫控制泡沫控制（1 1 1 1）培养基与工艺调整。调整培养基的成分，少加或）培养基与工艺调整。调
44、整培养基的成分，少加或）培养基与工艺调整。调整培养基的成分，少加或）培养基与工艺调整。调整培养基的成分，少加或缓慢加易起泡的原材料；改变某些物理化学参数，如缓慢加易起泡的原材料；改变某些物理化学参数，如缓慢加易起泡的原材料；改变某些物理化学参数，如缓慢加易起泡的原材料；改变某些物理化学参数，如pHpHpHpH，升高温度，减少通气和降低搅拌速率；改变发酵工艺，升高温度，减少通气和降低搅拌速率；改变发酵工艺，升高温度，减少通气和降低搅拌速率；改变发酵工艺，升高温度，减少通气和降低搅拌速率；改变发酵工艺，如采用分次投料。如采用分次投料。如采用分次投料。如采用分次投料。（2 2 2 2）菌种选育。筛选
45、出不产生流态泡沫的菌种。）菌种选育。筛选出不产生流态泡沫的菌种。）菌种选育。筛选出不产生流态泡沫的菌种。）菌种选育。筛选出不产生流态泡沫的菌种。（3 3 3 3）机械消沫（）机械消沫（）机械消沫（）机械消沫（mechanical defoaming mechanical defoaming mechanical defoaming mechanical defoaming）。利用机。利用机。利用机。利用机械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。械强烈振动或压力变化而使泡沫破裂。（4 4 4 4）化学消沫。加入消沫剂）化学消沫。加入消
46、沫剂）化学消沫。加入消沫剂）化学消沫。加入消沫剂(defoaming agent)(defoaming agent)(defoaming agent)(defoaming agent)，降，降，降，降低泡沫的液膜强度和表面黏度，使泡沫破裂。常用的消低泡沫的液膜强度和表面黏度，使泡沫破裂。常用的消低泡沫的液膜强度和表面黏度，使泡沫破裂。常用的消低泡沫的液膜强度和表面黏度，使泡沫破裂。常用的消沫剂有天然油脂类沫剂有天然油脂类沫剂有天然油脂类沫剂有天然油脂类(lipid)(lipid)(lipid)(lipid)、高碳醇脂肪酸、高碳醇脂肪酸、高碳醇脂肪酸、高碳醇脂肪酸(high(high(high(
47、high alcohol fatty acid)alcohol fatty acid)alcohol fatty acid)alcohol fatty acid)和酯类和酯类和酯类和酯类(ester)(ester)(ester)(ester)、聚醚类、聚醚类、聚醚类、聚醚类(polyether)(polyether)(polyether)(polyether)、硅酮类、硅酮类、硅酮类、硅酮类(silicone)(silicone)(silicone)(silicone)。（七）、发酵终点的判断（七）、发酵终点的判断判断原则：判断原则：判断原则：判断原则：高产量、低成本。高产量、低成本。高产量、
48、低成本。高产量、低成本。以原料和发酵成本占整个生产成本为主的药品，主要在于提高以原料和发酵成本占整个生产成本为主的药品，主要在于提高以原料和发酵成本占整个生产成本为主的药品，主要在于提高以原料和发酵成本占整个生产成本为主的药品，主要在于提高产率产率产率产率（单位体积、单位时间内的产量，（单位体积、单位时间内的产量，（单位体积、单位时间内的产量，（单位体积、单位时间内的产量，kg/(hmkg/(hmkg/(hmkg/(hm3 3 3 3)）、）、）、）、得率得率得率得率（转化率，单位原料生产的产物量，（转化率，单位原料生产的产物量，（转化率，单位原料生产的产物量，（转化率，单位原料生产的产物量，
49、kgkgkgkg产物产物产物产物/kg/kg/kg/kg原料）、原料）、原料）、原料）、发酵系数发酵系数发酵系数发酵系数（单位发酵周期内的发酵体积生成的产物，（单位发酵周期内的发酵体积生成的产物，（单位发酵周期内的发酵体积生成的产物，（单位发酵周期内的发酵体积生成的产物，kgkgkgkg产物产物产物产物/(/(/(/(容积容积容积容积m m m m3 3 3 3周期周期周期周期h)h)h)h)）。）。）。）。影响发酵终点判断的因素：影响发酵终点判断的因素：1 1经济因素经济因素发酵终点应是最低成本获得最大生产能力的时间。发酵终点应是最低成本获得最大生产能力的时间。发酵终点应是最低成本获得最大生
50、产能力的时间。发酵终点应是最低成本获得最大生产能力的时间。2 2产品质量产品质量3.3.生物、物理、化学指标生物、物理、化学指标主要产物浓度、过滤速度、菌体形态、氨基氮、主要产物浓度、过滤速度、菌体形态、氨基氮、主要产物浓度、过滤速度、菌体形态、氨基氮、主要产物浓度、过滤速度、菌体形态、氨基氮、pHpHpHpH、DODODODO、发酵液的外观和粘度等。、发酵液的外观和粘度等。、发酵液的外观和粘度等。、发酵液的外观和粘度等。4 4、特殊因素、特殊因素如染菌、代谢异常等情况。如染菌、代谢异常等情况。如染菌、代谢异常等情况。如染菌、代谢异常等情况。三、三、灭菌操作技术灭菌操作技术杂菌（杂菌（cont