微生物工業(yè)是利用微生物的生長代謝活動生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的現(xiàn)代工業(yè)，由于它以培養(yǎng)微生物為主，習(xí)慣上稱為發(fā)酵工業(yè)。在發(fā)酵工業(yè)上，發(fā)酵體系是一個非常復(fù)雜的多相共存的動態(tài)系統(tǒng)，要實施有效優(yōu)化的發(fā)酵中間控制，必須采用各種監(jiān)測手段獲得發(fā)酵過程中各種參數(shù)隨時間的變化。常規(guī)的發(fā)酵工藝控制參數(shù)主要有溫度、PH、溶氧、泡沫、補料。

　　一、溫度控制

　　溫度是保證各種酶活性的重要條件，微生物的生長和產(chǎn)物合成均需在其各自適合的溫度下進行。

　　1、影響發(fā)酵溫度的因素。在發(fā)酵過程中，引起溫度變化的原因是由于發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的凈熱量，稱為發(fā)酵熱，它包括生物熱、攪拌熱、蒸發(fā)熱、通氣熱、輻射熱和顯熱等。由于生物熱、蒸發(fā)熱、顯熱在發(fā)酵過程中隨時間而變化，因此發(fā)酵熱在整個發(fā)酵過程中也隨時間而變化，必須加以控制，才能滿足微生物生長代謝的需要，從而達到高效生產(chǎn)的目的。

　　2、溫度對微生物生長的影響。溫度對微生物的影響，不僅表現(xiàn)在對菌體表面的作用，而且對菌體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)物質(zhì)也會產(chǎn)生影響。溫度對微生物生長的影響是多方面的，每種微生物都有其最低、最適和最高生長溫度。

　　3、最適溫度的控制。不同的菌種、不同的培養(yǎng)條件以及不同的生長階段，最適溫度都有所不同。為了使微生物的生長速度最快和代謝產(chǎn)物的產(chǎn)率最高，在發(fā)酵過程中必須根據(jù)菌種的特性，選擇和控制最合適的溫度。如青霉素產(chǎn)生菌的最適生長溫度是30℃，而最適于青霉素合成的溫度是25℃。

　　二、pH控制

　　不同種類的微生物其生長的最適pH值有所不同，而同種微生物在生長階段和產(chǎn)物合成階段的最適pH值也有所不同，pH值不僅影響著微生物的生長，也影響著代謝產(chǎn)物的形成。大多數(shù)細菌的最適生長pH為6.5～7.5，真菌為5.0～6.0，放線菌為6.5～8.0。青霉菌的最適生長pH為6.5～7.2，而青霉素合成的最適pH為6.2～6.8。

　　酵母菌在最適生長pH(4.5～5.0)時，發(fā)酵產(chǎn)物主要是酒精;而在pH為8.0時，發(fā)酵產(chǎn)物不僅有酒精，還有醋酸和甘油。所以，在發(fā)酵過程中，應(yīng)根據(jù)不同微生物的特性，控制適當(dāng)?shù)膒H。

　　三、溶氧控制

　　發(fā)酵過程中，微生物只能利用溶解于發(fā)酵液中的氧，因此，溶解氧的量直接關(guān)系到微生物的生長和代謝產(chǎn)物的積累。發(fā)酵過程中，應(yīng)將發(fā)酵液中氧的濃度維持在氧的臨界濃度以上，并要采用有效而又經(jīng)濟的方法(如攪拌)使發(fā)酵液維持這樣的溶解氧濃度。如在普魯蘭多糖發(fā)酵過程中攪拌速度300r/min時,細胞生物量最大。原因是隨著攪拌速度的增高,培養(yǎng)基的溶氧量會增加, 有助于細胞生長和多糖量的產(chǎn)生;但過高的攪拌速度對細胞和酶的穩(wěn)定性是不利的。[1]

　　四、泡沫控制

　　在通氣發(fā)酵過程中，發(fā)酵液常含有一定數(shù)量的泡沫，這屬于正?，F(xiàn)象，但泡沫過多會給發(fā)酵帶來不利影響。發(fā)酵工業(yè)上消除泡沫的方法有兩大類：機械消泡和化學(xué)消泡劑消泡。機械消泡借助機械攪拌促使氣泡破裂消除泡沫，不需加入外源物質(zhì)，可節(jié)省原材料，減少因加入消泡劑而引起的污染及泡沫，但不能從根本上消除泡沫的形成。化學(xué)消泡使用化學(xué)消泡劑消除泡沫，用量少，消泡效果好，但使用過量會改變細胞的結(jié)構(gòu)形態(tài)，影響微生物生理、產(chǎn)物合成等。因此，宜使用機械方法與化學(xué)方法聯(lián)合控制泡沫。試驗表明，在啤酒工業(yè)中結(jié)合機械方法使用消泡劑“FOAMSOL”可行且可推廣。[2]

　　五、補料控制

　　所謂補料，是指在發(fā)酵過程中補充某些養(yǎng)料以維持微生物的生理代謝活動與合成的需要。補料中間控制的明顯效果是維持較高的產(chǎn)物增長幅度和增加發(fā)酵的總體積，從而使產(chǎn)量大幅度上升。如在以混合糖為發(fā)酵底物制取乙醇過程中,采用分批補料可消除由于底物濃度過高對微生物發(fā)酵所產(chǎn)生的抑制作用,提高產(chǎn)率。其原理是基于底物碳源和氮源的添加速度等于微生物的消耗速度,維持底物濃度在一個較低的水平。底物添加速度較低,酵母因不能獲得足夠的碳源和氮源而逐漸死亡;底物添加速度過快,酵母來不及利用底物而使體系中底物不斷積累,會抑制乙醇的生成——都會使產(chǎn)率下降。[3]

　　總之，在發(fā)酵工業(yè)中，發(fā)酵中間控制非常重要，控制不當(dāng)，會導(dǎo)致產(chǎn)量下降，甚至目標(biāo)產(chǎn)物不能合成。掌握發(fā)酵過程中各種參數(shù)隨時間的變化情況有助于發(fā)酵中間控制，達到工業(yè)生產(chǎn)的目的。