在酶的發(fā)酵設計生產(chǎn)中,菌株的產(chǎn)酶性能是決定發(fā)酵效果的重要因素,但發(fā)酵條件也會(huì )影響細菌的生長(cháng)和酶的產(chǎn)量。除了適宜的培養基外,酶的合成還需要適宜的溫度、pH、溶解氧等。各種參數相互影響,相互聯(lián)系,只有配合得當,才能取得預期的效果。
1、溫度:微生物的生長(cháng)、繁殖和代謝都需要在適宜的溫度下進(jìn)行,不同的細菌有不同的適生長(cháng)溫度。發(fā)酵設計過(guò)程中細胞產(chǎn)酸的理想溫度通常低于細胞的生長(cháng)溫度,這是因為在較低的溫度下,可以提高酶的穩定性,但溫度越低越好。選擇生長(cháng)期適合細菌生長(cháng)的溫度和產(chǎn)酶期適合產(chǎn)酶的溫度,在這樣的發(fā)酵條件下獲得的酶產(chǎn)量將是理想的。
2、pH:微生物的生長(cháng)和代謝產(chǎn)物的合成不僅需要適宜的溫度,還需要適宜的pH,發(fā)酵對微生物細胞的生長(cháng)和酶的合成有重要影響,在適宜的pH下酶的產(chǎn)量會(huì )增加幾倍甚至十幾倍,由于菌株的遺傳轉化、培養基的成分、培養條件和營(yíng)養物質(zhì)的分解代謝,發(fā)酵設計過(guò)程中的pH發(fā)生變化,發(fā)酵液的初始PH對發(fā)酵酶活性影響很大。
3、溶氧:微生物根據需氧量的不同分為好氧、厭氧和兼性厭氧微生物,而工業(yè)發(fā)酵所需的微生物大部分是好氧的,它們需要從周?chē)h(huán)境中不斷獲取氧氣。特別是在深層發(fā)酵中,溶解氧的控制是一個(gè)非常重要的參數。供氧不足會(huì )影響產(chǎn)酶量,但溶解氧濃度越高越好。不同的發(fā)酵階段需要不同的溶解氧濃度,發(fā)酵過(guò)程中有一些酶。然而,有些酶在發(fā)酵設計過(guò)程中對溶解氧的需求正好相反,這取決于菌株、酶的種類(lèi)和培養基的成分等因素。
4、泡沫:發(fā)酵過(guò)程中,由于必要的通氣和攪拌,培養基成分的變化,發(fā)酵過(guò)程中氣體的產(chǎn)生,培養基中蛋白質(zhì)表面活性劑的存在等。泡沫將不可避免地產(chǎn)生,這將對發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生嚴重的負面影響,過(guò)多的泡沫會(huì )降低發(fā)酵罐的負荷系數。由于泡沫是氣體分散在少量液體中的膠體體系,會(huì )造成氣液不循環(huán),降低發(fā)酵過(guò)程中的氧傳遞效率。此外,如果泡沫過(guò)多,因此,泡沫控制是發(fā)酵設計過(guò)程中的重要內容。
除上述條件外,攪拌、壓力、CO濃度和濕度都會(huì )影響發(fā)酵過(guò)程,它們也是發(fā)酵設計過(guò)程中的重要參數。在發(fā)酵過(guò)程中,還要防止雜菌的污染。發(fā)酵罐要消毒,接菌后要進(jìn)行嚴格的無(wú)菌操作。發(fā)酵過(guò)程中應及時(shí)取樣和鏡檢,防止雜菌污染。發(fā)酵是多種因素綜合作用的結果,在發(fā)酵過(guò)程中,需要探索獲得合理產(chǎn)酶量的理想條件。