L-苏氨酸①发酵工艺控制因素分析
摘要： L-苏氨酸的发酵生产过程需要严格的控制。其中pH值，温度，溶氧，补料的加入及泡敌的加入等等对L-苏氨酸发酵有重大影响。本文对上述工艺控制因素逐一进行分析。 关键词：pH值 温度 溶氧 补料的加入 泡敌
Abstract: L-threonine fermentation production process needs to be strictly controlled. PH, temperature, dissolved oxygen, feeding to join and soak the enemy to join L-threonine fermentation have a significant impact. In this paper, the process control factors analyzed one by one. Keywords: pH value, temperature dissolved oxygen feeding Add to bubble enemy
L-苏氨酸是人体必需的8种氨基酸之一，在医药，食品，饲料等方面都得到广泛的应用。苏氨酸生产无论从技术指标、成本指标、产品质量来讲,国内生产水平与国外还有较大差距,产品价格也是高于国内价格,近两年,通过国内生产厂家的增多,苏氨酸生产日趋成熟,与国外的差距也越来越小。以下对各工艺因素做一综述. 一pH对苏氨酸发酵的影响
⒈发酵过程不同时期pH值变化的原因 ； 1.1基质代谢：
1.1.1 糖代谢：特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降，糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一； 1.1.2 氮代谢：当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。 1.1.3 生理酸碱性物质利用。
1.2 产物形成：
某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化：如有机酸类产生使pH下降；红霉素、缬霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。 1.3 菌体自溶：
pH上升，发酵后期，pH上升。 ⒉pH值对发酵的影响②：
2.1 pH影响酶的活性：当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌体的新陈代谢受阻； 2.2 pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行 ；
2.3 pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物的利用 。 2.4 pH影响代谢方向及发酵产物：pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。 3.苏氨酸的最适pH
3.1苏氨酸生产菌生长的最适pH为7.0，菌体呼吸作用最为旺盛，调整pH略偏离最适值。 4.pH的控制：
可以从以下4方面进行控制： 4.1 调节好基础料的pH
基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。灭菌后（消后）pH值往往降低；
4.2 在基础料中加入维持pH的物质。如CaCO3 ，或具有缓冲能力的试剂,如磷酸缓冲液等 4.3 通过补料调节pH
在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH； 如（1）调节补糖速率，调节空气流量来调节pH
(2)当NH2-N低，pH低时补氨水；当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4。 4.4 当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH 二.温度对苏氨酸发酵的影响
微生物的生长和产物的合成都是在各种酶的催化下进行的， 温度是保持酶活性的重要条件。温度影响营养物和氧在发酵液中的溶解，菌体生物合成方向以及菌体的代谢调节。 1.温度对发酵的影响主要有如下几方面： 1.1对酶的影响：
1.1.1 从酶动力学看，T升，代谢及生长速度增快，生产期提前; 1.1.2 从酶性质看，T越高，酶越易失活 ,菌衰老,减产。 1.2 改变发酵液的物理性质：
温度影响氧的溶解度和基质的传质速率以及菌体对养分的分解和吸收速率，间接影响产物的合成。
1.3 影响生物合成的方向。 例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。 在低于30 ℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强。当温度提高，合成四环素的比例也提高。在温度达35℃则只产生四环素而金霉素合成几乎停止。 1.4 温度与菌体代谢的调节机制关系密切：
例如，在20℃，氨基酸合成途径的终产物对第一个酶的反馈抑制作用比在37℃的更大。 2.最适温度的确定
2.1 在发酵的整个周期内仅选一个最适培养温度不一定好。
2.2 温度的选择要参考其它发酵条件。 温度的选择要参考其它发酵条件。 2.3 温度的选择还应考虑培养基成分和浓度 三.溶氧对发酵的影响
1.溶氧对发酵的影响
影响菌体生长、产物合成及产物的性质。
1.1 有时，氧充分促进产物合成，如谷氨酸和金霉素发酵； 1.2 有时，氧充足会对产物有抑制作用，如维生素B12发酵。 因此溶氧并非越高越好。
在一定的发酵条件下，每种产物发酵的溶氧变化都有自身的规律。 总的规律：先下降，后上升，不同产物后期出现最低谷的时间不同。 1.3 溶氧异常下降的原因： 1.3.1 污染好气性杂菌； 1.3.2 菌体代谢异常；
1.3.3 某些设备或工艺控制发生故障，如搅拌 1.4引起溶氧异常升高的原因： 1.4.1 代谢异常，菌体过早衰老； 1.4.2 污染噬菌体。 2. 溶氧浓度的控制
溶氧浓度是由氧的供需平衡所决定的。供大于需时，溶氧上升；供小于需时，溶氧下降③。
2.1 提高供氧的方法：
2.1.1 提高氧传递动力和液相体积氧传递系数。
2.1.2 传递动力的提高受限，只能通过搅拌、通气及发酵液粘度氧控制。 四．补料的加入对苏氨酸发酵的影响
微生物生长需要的主要生长物质包括碳源，氮源，能源，无机盐，生长因子，水等
苏氨酸发酵过程需要的碳源主要由糖类提供；氮源主要由硫酸铵，酵母粉，玉米浆，氨基酸粉，棉籽饼粉和液氨提供。无机盐由含有硫酸镁，氯化钾，磷酸，硫酸铵,Fe2+等。生长因子主要由玉米浆提供。能源一般由碳源提供。 1.1 碳源对发酵的影响
1.1.1 碳源种类对苏氨酸发酵有影响。经研究表明：使用二糖作碳源 , 苏氨酸 产量较高。
1.1.2 不同比例碳源混合添加对苏氨酸发酵有影响④
以葡萄糖和蔗糖按不同比例混合作为碳源 ,进行发酵 ,实验结果如表 2 所示。 表 2 不同比例碳源混合添加对 L - 苏氨酸产量的影响 m (葡萄糖)∶ m (蔗糖) L - 苏氨酸产量/ g· L - 1 2611 1913 1318 1012 2∶ 1 3∶ 1 4∶ 1 5∶ 1 由表 2 可以看出 ,葡萄糖和蔗糖按 2∶ 1 的质量比进行混合 ,亦可取得和纯蔗糖同样的效果。
1.1.3 不同初糖浓度对苏氨酸发酵有影响。
1.1.4 糖氨混和补料对 L - 苏氨酸发酵的影响。L - 苏氨酸发酵周期较短 ,耗糖耗氨速度很快，把握流加糖氨的时机非常重要。
1.2. 但愿对苏氨酸发酵的影响
1.2.1 不同有机氮源对苏氨酸发酵的影响。经研究表明：使用酵母粉作为有机氮源,对菌体生长和产酸最为有利。
1.2.2 不同无机氮源对苏氨酸发酵有影响。经试验表明：以硫酸铵作无机氮源,菌体生长和产 酸远远优于其它其他无机氮源,这主要是因为硫酸铵不仅为菌体生长和发酵产酸提供氮元素,其中 SO42-也是苏氨酸生产菌代谢活动中不可缺少的成分。 1.2.3 酵母粉用量对苏氨酸发酵有影响 五 泡敌对苏氨酸发酵的影响
1 发酵过程中因通气搅拌，发酵产生的二氧化碳以及发酵液中糖、白质和代谢物等稳定泡沫的物质存在，使发酵液含有一定数量的泡沫。泡沫给发酵带来许多副作用主要表现在：
1.1 降低了发酵罐的装料系数（料液体积比发酵罐容积）一般取0.7左右。通常充满余下时间的泡沫约占所需培养基的10%且配比也不完全与主体培养基相同。
1.2 增加了菌群的非均一性，由于泡沫高低的变化和处在不同生长周期的微生物随泡沫漂浮或黏附在罐壁上，使这部分菌有时在气相环境中生长，引起菌的分化甚至自溶，从而影响了菌群的整体效果。 1.3 增加了污染杂菌的机会
1.4 大量起泡控制不及时会引起“逃液”，招致产物流失 1.5 消泡剂的加入有时会影响发酵或给提炼工序带来麻烦 2 消泡的方法
2.1 泡沫过多可以通过减少通气量和搅拌速度作消极预防。 2.2 泡沫的控制方法可分为机械消泡和消泡剂消泡。
2.2.1机械消泡是借机械引力起剧烈振动或压力变化起消泡作用； 2.2.2 消泡剂消泡是利用一些溶解度较小、分散性较差的高分子化合物的消泡剂达到消泡的目的⑤。最常用的消泡剂是天然油脂和聚醚