發酵的相關參數

微生物發酵過程中，其代謝變化可通過各種狀態參數反映出來。

根據參數的性質特點，與微生物發酵有關的參數可分為物理、化學和生物三類。

1.物理參數

溫度、壓力、空氣流量、攪拌轉速及攪拌功率、黏度等屬于物理參數。對于不同菌種、不同產品、不同發酵階段，所維持的溫度會有較大差別，而發酵罐壓則般維持在（0.2~0.5）×105pa。空氣流量、攪拌轉速及攪拌功率均是好氧發酵過程的重要參數，它們的大小與氧的傳遞有關。空氣流量般控制在0.5~1.0m3（m3-min）-1；攪拌轉速視發酵罐的容積而定，如50L發酵罐，攪拌轉速般為100～

800r-min-1，而500L發酵罐，攪拌轉速為50~300r-min-1。

2.化學參數

主要有ph值、溶解氧濃度（DO）、基質濃度（如糖及氮濃度等）、產物濃度、氧化還原電位、尾氣中的氧及CO2含量等。發酵液的ph值是發酵過程中各種生化反應的綜合結果，它是發酵工藝控制的重要參數中的員。溶解氧是好氧菌發酵的條件，利用溶解氧參數可以了解生產菌對氧利用規律，反映發酵的異常情況，也可作為發酵中間控制的參數及設備供氧能力的指標。氧濃度般用含量（mmol-L-1，mg-L-1）來表示，有時也用培養液中的溶解氧濃度與在相同條件下未接種前培養基中飽和氧濃度比值的百分數表示。基質濃度和產物濃度對生產菌的生長和產物的合成均有著重要的影響，是發酵產物產量高低或合成代謝正常與否的重要參數，也是決定發酵周期長短的依據。培養基的氧化還原電位檢測在限氧發酵過程中顯得相當重要。如某些氨基酸發酵，由于溶解氧濃度低，氧電已不能精確使用，這時用氧化還原電位參數控制較為理想。從尾氣中的氧和CO2的含量可以計算出生產菌的攝氧率、呼吸嫡和發酵罐的供氧能力，從而可以了解生產菌的呼吸代謝規律。

3.生物參數

主要指菌絲形態和菌體濃度，常以菌絲形態作為衡量種子質量、區分發酵階段、控制發酵代謝變化和決定發酵周期的依據中的員。菌體濃度與培養液的表觀黏度有關，直接影響發酵液的溶解氧濃度。在生產上，對抗生素次代謝產物的發酵，常常根據菌體濃度來決定適合的補料量和供氧量，以保證生產達到預期的水平。

以上參數能直接反映發酵過程中微生物生理代謝狀況，屬于直接狀態參數。根據發酵的菌體量和單位時間的菌體濃度、溶解氧濃度、糖濃度、氮濃度和產物濃度等直接狀態參數計算求得的參數稱為間接狀態參數，如菌體的比生長速率、氧比消耗速率和產物比生成速率等。這些參數也是控制生產菌的代謝、決定補料和供氧工藝條件的主要依據，多用于發酵動力學研究，以建立能定量描述發酵過程的數學模型，并借助現代過程控制手段，為發酵生產的優化控制提供技術和條件支除上述參數外，還有跟蹤細胞生物活性的其他化學參數，如NADENADh體系、ATpEADplAMp體系、DNA、RNA、生物合成的關鍵酶等。

由于發酵生產水平主要取決于生產菌種特性和發酵條件的適合程度。因此，了解生產菌種的特性及其與環境條件（如培養基、罐溫、ph、DO等）的相互作用、產物合成代謝規律及調控機制，就可為發酵過程控制提供理論依據。