食品生物技术：发酵终点的判断与控制技巧

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：不同的发酵类型，要求达到的目标不同，因而对发酵终点的判断标准也应有所不同。放罐临近时，加糖、补料或消泡剂都要慎重，因残留物对提取有影响，补料可根据糖耗速度计算到放罐时允许的残留量来控制。放罐时间可根据作业计划进行，但在异常发酵时，就应当机立断，以免倒罐。对新产品发酵更需摸索合理的放罐时间。不同的发酵产品，发酵终点的判断略有出入。总之，发酵终点的判断需综合多方面的因素统筹考虑。

发酵类型不同，需要达到的目标也不同，因而对发酵终点的判断标准也不同。确定合适的微生物发酵终点，对提高产物的生产能力和经济效益十分重要。生产能力是指单位时间内单位罐体积所积累的产物量，单位为g/（L·h）。生产不能只单纯追求高生产力，而不顾及产品的成本，必须把两者结合起来，既要高产量，又要低成本。发酵过程中产物的生物合成是特定发酵阶段的微生物代谢活动，有的是随菌体生长而产生，如初级代谢产物氨基酸等；有的产生与菌体生长无明显的关系，生长阶段不产生产物，直到生长末期才进入产物分泌期，如抗生素的合成。但无论是初级代谢产物还是次级代谢产物发酵，到了末期，菌体的分泌能力都要下降，使产物的生产能力下降或停止。有的生产菌在发酵末期，营养耗尽，菌体衰老而进入自溶，释放出的分解酶还可能破坏已经形成的产物。因此要确定一个合理的放罐时间，其中需要考虑下列几个因素。

（一）经济因素

实际发酵时间的确定要考虑经济因素，也就是要以能最大限度地降低成本和最大限度地取得最大生产能力的发酵时间为最适发酵时间。在生产速率较小的情况下，单位体积发酵液每小时产物的增长量很小，如果继续延长发酵时间，则平均生产能力下降；而动力消耗、管理费用支出、设备消耗等费用仍在增加，因而使发酵成本增加。因此，要从经济学观点确定一个合理的放罐时间。

（二）对产品质量的影响

发酵时间长短对后续提取工艺和产品质量有很大的影响。如果发酵时间太短，势必有过多尚未代谢的营养物质（如可溶性蛋白质、脂肪等）残留在发酵液中。这些物质对后处理过程如溶媒萃取或树脂交换等不利。因为可溶性蛋白质易于在萃取中产生乳化，也影响树脂交换容量。如果发酵时间太长，菌体会自溶，释放出菌体蛋白或体内的酶，又会显著改变发酵液的性质，增加过滤工序的难度，不仅使过滤时间延长，甚至使一些不稳定的产物遭到破坏。所有这些影响都可能使产物的质量下降，杂质含量增加。所以，要考虑发酵周期长短对产物提取工序的影响。

（三）特殊因素(www.chuimin.cn)

在特殊发酵情况下，还要考虑个别因素。对老产品的发酵来说，放罐时间已掌握，正常情况下，可根据作业计划按时放罐。但在异常情况下，如染菌、代谢异常（糖耗缓慢等），就应根据不同情况进行处理。为了能够得到尽量多的产物，应该及时采取措施（如改变温度或补充营养等），并适当提前或拖后放罐时间。

合理的放罐时间由实验确定，即根据不同的发酵时间所得的产物产量计算出的发酵罐的生产能力和产品成本，采用生产力高而成本又低的时间，作为放罐时间。

不同的发酵类型，要求达到的目标不同，因而对发酵终点的判断标准也应有所不同。一般发酵和原材料成本占整个生产成本主要部分的发酵产品，主要追求提高生产率[kg/（m3·h）]、得率（kg产物/kg基质）和发酵系数[kg产物/（罐容m3·发酵周期h）]。下游技术成本占比较大、产品价格较贵，除了高的产率和发酵系数外，还要求高的产物浓度。因此，考虑放罐时间时，还应考虑下列因素，如：体积生产率[g产物/（发酵液量L·h）]和总生产率（放罐时发酵单位/总发酵生产时间）。这里总发酵生产时间包括发酵周期和辅助操作时间，因此要提高总的生产率，则有必要缩短发酵周期。即在产物合成速率较低时放罐，延长发酵虽然略能提高产物浓度，但生产率下降，且耗电大，成本提高。

另外，放罐时间对下游工序有很大影响。放罐过早，会残留过多的养分（如糖、脂肪、可溶性蛋白质），对提取不利（这些物质能增加乳化作用，干扰树脂的交换）；放罐过晚，菌体自溶，延长过滤时间，还会使产品的量降低（有些抗生素单位下跌），扰乱提取作业计划。放罐临近时，加糖、补料或消泡剂都要慎重，因残留物对提取有影响，补料可根据糖耗速度计算到放罐时允许的残留量来控制。一般判断放罐的主要指标有：产物浓度、氨基氮、菌体形态、pH、培养液的外观、黏度等。放罐时间可根据作业计划进行，但在异常发酵时，就应当机立断，以免倒罐。对新产品发酵更需摸索合理的放罐时间。不同的发酵产品，发酵终点的判断略有出入。总之，发酵终点的判断需综合多方面的因素统筹考虑。

食品生物技术：发酵终点的判断与控制技巧

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