Liquid Submerged fermentation

　　液体深层发酵

　　一、液体深层发酵的操作方式。 根据操作方式的不同，液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类型。

　　1、分批发酵。 营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放出，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没有物料交换。 特点：一次性;发酵过程中，营养不断减少，微生物不断增殖，环境非稳态;微生物生长的四个时期明显。 应用：广泛。

　　2、连续发酵。 连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。稳定状态可以有效地延长分批培养中的对数期。 特点：培养基等量流入流出;各种变化=0;微生物群体生长的四个时期不存在。 应用：常用于废水处理、葡萄糖酸、酒精、氨基酸发酵等工业中。 优点：操作稳定;利于机械、自动化;提高设备的利用率;减少灭菌次数;易于过程优化。 缺点：易染菌;微生物易变异;对产品类型的适应性不广;对设备及附件要求高。

　　3、补料分批发酵。 补料分批发酵又称半连续发酵，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。通过向培养系统中补充物料，可以使培养液中的营养物浓度较长时间地保持在一定范围内，既保证微生物的生长需要，又不造成不利影响，从而达到提高产率的目的。 特点：可以解除底物抑制、产物抑制、分解阻遏或克服微生物过度生长;提高有用产物的转化率; 应用：应用广泛，用于面包酵母、氨基酸、抗生素等工业;

　　二、发酵工艺控制。 发酵过程中，为了能对生产过程进行必要的控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量。反映发酵过程变化的参数可以分为两类：

　　(1)直接参数：可以直接采用特定的传感器检测的参数。它们包括反映物理环境和化学环境变化的参数，如温度、压力、搅拌功率、转速、泡沫、发酵液粘度、浊度、pH、离子浓度、溶解氧、基质浓度等。

　　(2)间接参数：至今尚难于用传感器来检测的参数，包括细胞生长速率、产物合成速率和呼吸嫡等。这些参数需要根据一些直接参数，借助于电脑计算和特定的数学模型才能得到。 上述参数中，对发酵过程影响较大的有温度、pH、溶解氧浓度等。

　　1、温度：温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。应采用具备热交换装置发酵罐。

　　2、pH：pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带 电荷状况。还会影响培养基中营养物 质的分解等。常用的控制方法有：①调整生理碱性和酸性盐类的比例;②选择不同C、N的种类和比例;③添加缓冲剂。

　　3、溶解氧：在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在发酵液中的溶解度。

　　4、泡沫：发酵过程中，通气、搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。过多的持久性泡沫对发酵是不利的。常采用机械消泡和消泡剂消沫。

　　5、营养物质的浓度：发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。

　　三、发酵设备。 进行微生物深层培养的设备统称发酵罐。由于微生物有好氧与厌氧之分，所以其培养装置也相应地分为好氧发酵设备与厌氧发酵设备。

　　(1)液态好氧发酵罐。 特点：有冷却装置。 有通风装置。 代表：机械搅拌发酵罐、通气搅拌发酵罐。

　　(2)液态厌氧发酵罐。 特点：有冷却装置。 没有通风装置。 代表：酒精发酵罐、啤酒发酵罐。 1、机械搅拌式发酵罐。 它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促进氧的溶解，以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧。 类型：通用式发酵罐、自吸式发酵罐。 2、通风搅拌式发酵罐。 在通风搅拌式发酵罐中，通风的目的不仅是供给微生物所需要的氧，同时还利用通入发酵罐的空气，代替搅拌器使发酵液均匀混合。类型：循环式通风发酵罐(空气带升式发酵罐或带升式发酵罐)、高位塔式发酵罐。 3、厌氧发酵设备。 特点：严格的厌氧液体深层发酵的主要特色是排除发酵罐中的氧。 类型：酒精发酵罐和用于啤酒生产的锥底立式发酵罐。