发酵的中后期营养物消耗造成微生物所需营养缺乏，我们应采取什么措施？,增加基础料的营养成分含量 一定阶段补入必要的营养成分,哪个方法更合理？,四、补料控制,1，补料控制目的,解除基质过浓的抑制 解除产物的反馈抑制 解除葡萄糖分解代谢阻遏效应,补充微生物能源和碳源的需要。 补充菌体所需要的氮源。 补充微量元素或无机盐。 前体。,2、补料的内容,控制微生物的中间代谢，使之向着有利于产物积累的方向发展。 为实现这一目标，在中间补料控制时，必须选择恰当的反馈控制参数和补料速率。,3、补料的原则,4 、补料控制,（1）补充微生物所需的能源和碳源,碳源是微生物长菌体时需要量最大的物质，在发酵前期消耗很快，到了产物合成阶段菌体要维持活性必须补充碳源，以便延长产物合成期。,补什么? 怎么补?,例 谷氨酸：在原工艺的基础上，减少初糖浓度，增加生物素用量达5g/l，加大接种量到10%左右，以利于菌体迅速繁殖，获得生产需要的足够量的菌体。 当进入产酸期，糖耗达2%左右，连续补糖，维持2%左右的糖浓度，提高温度36370C，流加氨水或尿素，维持pH7.07.5，利用菌体所形成的酶系继续进行发酵，产酸可达10%。 后来补糖方法在抗生素发酵中普遍采用。,补糖控制考虑：补糖时间、补糖量、补糖方式,参考数据：糖耗速率、残糖浓度、pH变化、菌体浓度、菌丝形态、发酵液粘度、溶氧浓度等 指标 根据还原糖水平，如赤霉素还原糖降到0.6就需要补糖， 根据总糖水平，根据菌的酶系和pH变化的大小决定。 注意：不同的发酵阶段控制的残糖浓度不同,补糖时间控制很重要，过早会刺激菌体生长，加速糖的消耗；补糖过迟会使菌体所需要的能量供应跟不上，干扰菌的代谢。 例：四环素 补糖时间 96h效价 20h 6000u/ml 45h 10000u/ml 62h 6000u/ml,补糖时间,说明 开始补糖的时间必须根据代谢的变化情况来决定，根据基础培养基的碳源种类及用量、菌丝生长情况、糖的消耗速率及残留水平来综合考虑，不能单纯以时间为依据。,补糖量的控制，以控制菌体浓度不增或略增为原则，使产生菌的代谢活动有利于产物合成。一般在补糖开始阶段控制还原糖在较高水平，以利于产物合成，但高浓度的还原糖不易维持过久，否则会导致菌体大量繁殖影响产物的合成。一般还原糖水平维持在0.81.5之间较为合适。,补糖量,补料方式可分为：连续流加 少量多次 大量少次 连续流加效果最好，可以避免因一次大量加入引起环境突然改变给菌体代谢带来的影响。,补料方式,（2）补充微生物所需的各种氮源,补氮是发酵控制的另一个重要项目，主要作用是调节pH和补充产生菌所需的氮源，从而控制代谢活动。 生产上补氮有两种：,补充有机氮源 补充无机氮源 通氨、补硫酸铵,补充有机氮源 添加某些具调节生长代谢作用的有机氮源如尿素、酵母粉、蛋白胨、玉米浆，保持菌的活性，补充产物合成所需的氮源。 有时与碳源一起配合补料，工厂称作补混合料。,例：土霉素发酵前期补23次酵母粉，放罐单位比对照高1500u/ml。青霉素发酵47小时开始加尿素，每6小时补加一次，结合补加乳糖，发酵单位可达40000u/ml以上。 赤霉素生产补加的氮源是花生粉，配16的花生粉液体，当菌生长到粘度大于15秒时，说明氮源被消耗很多，就开始补加花生粉。对于含氮的产物的生产特别需要补氮。,补料依据：氨基氮的消耗、菌的浓度、pH,补无机氮源,通氨 通氨是某些抗生素提高产量的有效措施，它的作用是补充无机氮源和调节pH。通氨一般使用压缩氨气或氨水（20%），采用少量间歇添加或自动流加，由空气管道流入与发酵液均匀混合。氨浓度控制通过测定氨的比消耗速率，菌的比生长速率，产物比合成速率，pH值来控制补加速率。,例：林可霉素原来基础培养基中(NH4)2SO4为0.6，18小时后减少到7mg/100ml，发酵后期缺少氮源。 改进工艺：将基础培养基中(NH4)2SO4减少为0.5，14.6小时开始补加30(NH4)2SO4溶液，根据培养液的pH和NH2-N浓度控制补加量。正常情况下NH2-N保持在10mg/100ml以下，平均补加(NH4)2SO41.5%,提高了发酵单位。,补硫酸铵,补氮控制：补氮时间、补氮量、补氮方式,根据氮消耗速率、菌浓度、发酵液粘度、pH决定补料的时间和补料的量。 补充黄豆饼粉、酵母粉一般采取分批补料，而无机氮源和尿素一般采取流加方式，因为这些氮源对pH的影响大，而且过多的氨离子会对菌的生长产生抑制作用。,当同时需要补充碳源和氮源时可以混合起来一起加入。,补入碳源还是氮源以及它们的量要根据产物的分子结构及细胞组成来决定。有的发酵氮源很低时也不需补氮源，是因为产物分子中几乎不含氮。,补料浓度的确定可以以摇瓶的基质残留浓度为依据进行试验。,（3）补前体和无机盐,在发酵过程中添加前体可以显著增加产量及控制发酵方向。,苯乙酸对青霉素产量和类型的影响 苯乙酸添 苯乙酸 青霉素 青霉素类型 加速度% 总量% 产量 X G F FH 0 0 550 13.6 31.8 22.8 17.6 0.025 0.18 1321 2.1 82.8 7.3 5.1 0.050 0.40 1823 0.2 96.2 1.9 1.2,添加速率为0.05，青霉素产量大，而且可使青霉素G含量提高。,但苯乙酸在pH低时比pH髙时对青霉菌毒性大，因此发酵早期pH低时加入会影响青霉素产量。 含高浓度苯乙酸（0.5）的培养液pH酸性时毒性很大，但在低浓度（0.3）培养液酸性时并不显毒性作用。,当培养液pH上升后，一次加入苯乙酸0.20.8克/升比较好。每隔12小时加入0.080.175则显著增加青霉素产量。总量为0.3的苯乙酸多次加入培养液中，可提高前体的利用率，增加青霉素产量。,但并非添加速率越大越好，据研究表明，加入苯乙酸浓度越高，苯乙酸的利用率越低。 苯乙酸可被菌氧化，先氧化成邻羟苯乙酸，然后苯环被破坏形成-酮戊二酸，再经TCA循环氧化为CO2和H2O，苯乙酸作为碳源被消耗掉。 苯乙酸 具有毒性，青霉菌是借苯乙酸与氨基酸结合形成青霉素而解毒，因此加入前体能形成青霉素，但必须适量而不能过量，所以添加量在每12小时0.080.175苯乙酸为好 。,添加时间的影响 在肌苷生产中发酵需添加次黄嘌呤作为前体实验表明24小时、48小时补加，分别增加产量199%和130。可见24小时补加比48小时补加增长产量更多 。,（4）补水和无机盐,当发酵液过于粘稠时补水可以稀释发酵液，增加氧的溶解度，提高供氧能力。有的抗生素发酵中采用带放措施，提高总产量。,有些金属离子特别是二价阳离子是酶的激活剂，适当时间补入无机盐，可以提高酶活，从而提高产量。,中间补料优点 推迟菌体自溶期，延长产物分泌期，维持较高的生产速率，增加发酵液总体积，使产量大幅度上升。现在大多数抗生素都采取补糖措施。 补料的缺点：补料使工艺复杂化，而且增加了染菌机会。因此工厂管理十分重要，一定要严格消毒，包括料液消毒和管道消毒。,