年产200吨生物素中间体二酯的合成工艺以及生产车间设计(3)
发酵环境[3~4]条件的优化是发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。温度、pH 值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时期，对环境条件可能会有不同的要求。因此，应该在生物反应器内，使温度、pH 值、溶氧、搅拌转速等不断变换，始终为其提供最佳的环境条件，以提高目的产物的获得率。
1.3影响发酵过程的主要因素
影响发酵过程的因素主要分为[5~6]物理变量、生物变量、化学变量三类，主要包括[1]：
（1）温度
对于特定的微生物，都有一个最适宜的生长温度，发酵温度低于最适温度，菌体生长缓慢；但若高于最适温度，机体的重要组成部分可能会被破坏。影响发酵温度的因素很多，如微生物发酵热，电机搅拌热，冷却水本身的温度变化以及周围环境温度的改变等。
（2）压力
发酵过程中发酵罐的罐压必须保持正压，如果罐压为零或负，则会造成充气染菌倒罐；若罐压过高，发酵液中溶入过多的二氧化碳而造成菌体中毒。影响发酵罐的压力主要因素是供给的消毒空气的压力变化和进气流量的变化。
（3）溶解氧
发酵过程中需要大量溶于发酵液中的氧，以满足菌体生长和发酵代谢的需要。在耗氧型发酵中，氧是作为微生物生长必须的原料，若供氧不足，将会抑制微生物的生长和代谢的进行，影响溶解氧的因素包括，培养基浓度的增加、发酵温度的上升、发酵罐内压力的下降、空气湿度的增加、搅拌转速的下降及通气量的减少等变化都会引起溶解氧浓度的下降。
（4）pH 值
pH 值是微生物生长的另一个重要环境参数，它影响微生物的生长繁殖和代谢产物的合成。pH 值的变化是发酵过程中代谢平衡，特别是碳、氮代谢平衡的反映。一般，pH 值上升多是由于碳代谢不足，可适当增加糖的补加量来调整；pH 值下降主要是由于碳源过量或者氮源不足引起的，可通过补加氨水的方法使其回升。
（5）补料控制
补料发酵解除了基质过浓的抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应，同时避免在分批发酵中因一次性投入糖量过多造成细胞大量生长、耗氧过多而供氧不足的状况。主要目的在于控制中间代谢，使菌丝保持在半饥饿状态，促使它大量地分泌和合成代谢产品，及时对培养液中菌丝的变化(浓度、组合、形态)和培养液主要成份的含量(糖元、氮元)进行调节控制，使发酵沿着有利于提高产量和质量的方向进行。由于缺乏在线检测、分析识别的手段，目前发酵过程中的补料控制只能依据培养液中发酵单位(或收率)、糖元、氮元、菌丝浓度、粘度等的中间取样及工艺分析的有关数据来进行。
1.4发酵过程概述
根据操作方式的不同，发酵过程主要有[7]分批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类型。
补料分批发酵，是指在发酵开始时加入基础料，发酵过程中连续流加营养物质，发酵终止时一次移走产物。由于它可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成发酵液环境突变，同时可以使菌种保持最大的生产状态，目前应用范围非常广泛，几乎遍及整个发酵行业[8]。补料分批发酵的理论研究在 20 世纪 70 年代以前几乎是个空白，直到 1973 年日本学者 Yoshida 等人提出了“Fed-batch fermen- tation”这个术语，并从理论上建立了第一个数学模型，补料分批发酵的研究才进入理论研究阶段。其后，随着研究的不断深入，补料分批发酵在多个方面取得了重大的进展。近年来更随着理论研究和应用的不断深入，流加发酵的内容大大丰富了。