发酵工艺：常见的毕赤酵母发酵补料调控策略（营养物质补料、pH值、气体、温度、底物浓度及代谢产物 ）
毕赤酵母是一种广泛应用于工业发酵的微生物，具有较高的酒精耐受性和糖类利用能力。在毕赤酵母高密度发酵过程中，补料调控策略对于提高酵母的生长速率、代谢能力和产物产量具有重要作用。本文将就营养物质补料、pH值调控、气体环境控制、温度调控、底物浓度控制及代谢产物疏导与排放等方面进行探讨。
在毕赤酵母高密度发酵过程中，营养物质补料是至关重要的一环。适当的营养物质补料可以提高酵母的生长速率和代谢能力，同时也可以防止底物抑制和代谢产物积累。一般来说，毕赤酵母高密度发酵的营养物质补料策略主要包括：
(1)氮源补料：氮源是酵母生长和代谢所需的重要营养成分之一。在发酵过程中，可以通过添加适量的氮源，如尿素、硫酸铵等，来满足酵母对氮元素的需求。
(2)糖类补料：糖类是酵母发酵的主要底物之一。在发酵过程中，可以根据需要添加适量的糖类，如葡萄糖、果糖等，来提高酵母的生长速率和代谢能力。
(3)矿物质和微量元素补料：毕赤酵母的生长和代谢需要各种矿物质和微量元素，如磷、钾、钙、镁、铁、锌等。在发酵过程中，可以根据需要添加适量的矿物质和微量元素，以满足酵母的需求。
(4)氨基酸和维生素补料：氨基酸和维生素是酵母生长和代谢所需的重要营养成分之一。在发酵过程中，可以根据需要添加适量的氨基酸和维生素，以提高酵母的生长速率和代谢能力。
毕赤酵母发酵生产工艺流程图
pH值是影响毕赤酵母高密度发酵的重要因素之一。适当的pH值可以保证酵母的健康成长，提高酵母的生长速率和代谢能力。实验表明，在pH值为5.5-6.5的范围内，酵母的生长速率和酒精产量均达到较高水平。一般来说，毕赤酵母高密度发酵的pH值调控策略主要包括：
(1)监测pH值：在发酵过程中，需要实时监测pH值的变化，以便及时采取措施进行调控。常用的pH值监测方法包括电极法和颜色法。
(2)添加酸碱试剂：根据监测到的pH值，可以适时添加酸或碱试剂来调节pH值。常用的酸碱试剂包括氨水、硫酸、氢氧化钠等。
(3)控制底物浓度：在发酵过程中，可以通过控制底物浓度来间接调控pH值。例如，增加糖类物质的浓度可以降低pH值，减少糖类物质的浓度则可以提高pH值。
(4)调整搅拌速度：在发酵过程中，可以通过调整搅拌速度来控制pH值。搅拌速度过快会使发酵液变得黏稠，不利于氧气的传递和二氧化碳的排放，同时也会影响酸碱试剂的渗透和扩散；搅拌速度过慢则会使发酵液变得澄清，不利于营养物质的传递和吸收。
(5)控制气体环境：在发酵过程中，可以通过控制氧气和二氧化碳的浓度来调节pH值。例如增加氧气浓度可以促进酵母的有氧呼吸和代谢，使发酵液的pH值上升；增加二氧化碳浓度则可以促进酵母的无氧呼吸和代谢，使发酵液的pH值下降。
需要注意的是，pH值调控的时机、方式、程度都会影响酵母的生长和代谢。因此，在实际生产过程中，需要根据具体的工艺条件和需求选择适合的pH值调控策略，以达到提高酵母生长速率、代谢能力和产物产量的目的。
在毕赤酵母高密度发酵过程中，气体环境对于酵母的生长和代谢具有重要影响。氧气是酵母生长和代谢所需的重要气体之一，而二氧化碳则是酵母酒精发酵的产物之一。因此，控制氧气和二氧化碳的浓度对于提高酵母的生长速率和代谢能力具有重要作用。实验表明，在氧气浓度为20%-40%的条件下，酵母的生长速率和酒精产量均达到较高水平。同时，通过控制二氧化碳的排放量，可以有效避免泡沫的产生和控制发酵液的黏度。一般来说，毕赤酵母高密度发酵的气体环境控制策略主要包括：
(1)氧气供应：在发酵过程中，应保证氧气的充足供应，以满足酵母生长和代谢的需求。可以通过增加通气量、提高通气速率、优化通气方式等方法来增加氧气的供应量。同时，也可以通过选择具有较高氧利用率的酵母品种来提高氧气的利用率。
(2)二氧化碳排放：在发酵过程中，应控制二氧化碳的排放量，以避免泡沫的产生和控制发酵液的黏度。可以通过增加搅拌速度、优化发酵罐结构、选择合适的通气方式等方法来促进二氧化碳的排放。同时，也可以通过选择具有较低二氧化碳产生速率的酵母品种来控制二氧化碳的产生量。
(3)气体浓度监测：在发酵过程中，需要实时监测氧气和二氧化碳的浓度，以便及时采取措施进行调控。常用的气体浓度监测方法包括气相色谱法、红外线法等。
温度是影响毕赤酵母高密度发酵的重要因素之一。适当的温度可以保证酵母的健康生长和代谢。温度控制策略主要包括：
(1)设定适宜温度范围：毕赤酵母的适宜生长温度范围较广，一般在15℃至35℃之间。在这个温度范围内，酵母菌的生长速度较快，代谢活性高，能够有效地发酵产生酒精和二氧化碳。因此，在发酵过程中，应根据酵母的品种和发酵工艺的要求，设定适宜的温度范围。
(2)控制温度稳定性：温度的波动会影响酵母的生长和代谢。在发酵过程中，应保持温度的稳定性，避免温度波动对酵母生长和代谢的影响。可以通过选择适宜的发酵设备、控制发酵液的温度等方式来保持温度的稳定性。
(3)调节发酵液的温度：在发酵过程中，应根据需要调节发酵液的温度。可以通过加热或冷却的方式来实现温度的调节。同时，也可以通过选择具有较高热传导率的发酵设备来提高温度调节的效率。
(4)监测温度变化：在发酵过程中，需要实时监测温度的变化，以便及时采取措施进行调控。常用的温度监测方法包括温度计法、热电偶法等。
适当的底物浓度可以保证酵母的正常生长和代谢。在葡萄糖浓度为2%-4%、麦芽糖浓度为0.8%-1.2%的条件下，酵母的生长速率和酒精产量均达到较高水平。因此，在发酵过程中，应通过控制底物浓度来控制酵母的生长和代谢。底物浓度控制策略主要包括：
(1)监测底物浓度：在发酵过程中，需要实时监测底物浓度的变化，以便及时采取措施进行调控。常用的底物浓度监测方法包括滴定法、光谱法等。
(2)控制糖类物质浓度：糖类物质是酵母发酵的主要底物之一。在发酵过程中，应根据需要控制糖类物质的浓度。可以通过添加适量的糖类物质来提高酵母的生长速率和代谢能力，但应注意防止糖类物质浓度过高导致的底物抑制和代谢产物积累。
(3)控制氮源浓度：氮源是酵母生长和代谢所需的重要营养成分之一。在发酵过程中，应根据需要控制氮源的浓度。可以通过添加适量的氮源来满足酵母对氮元素的需求，但应注意防止氮源浓度过高导致的营养过剩和代谢产物积累。
(4)控制pH值：pH值也是影响底物浓度的重要因素之一。在发酵过程中，应通过控制pH值来间接调控底物浓度。例如，增加酸碱试剂的添加量可以降低底物浓度，减少酸碱试剂的添加量则可以提高底物浓度。
(5)调整搅拌速度：搅拌速度也是影响底物浓度的重要因素之一。在发酵过程中，可以通过调整搅拌速度来控制底物浓度。搅拌速度过快会使发酵液变得黏稠，不利于底物扩散和吸收；搅拌速度过慢则会使发酵液变得澄清，不利于营养物质的传递和吸收。
在毕赤酵母高密度发酵过程中，适当的代谢产物疏导与排放可以保证酵母的正常生长和代谢，防止代谢产物积累对酵母生长的抑制作用。一般来说，毕赤酵母高密度发酵的代谢产物疏导与排放控制策略主要包括：
(1)优化发酵罐设计：通过优化发酵罐的设计，可以促进代谢产物的疏导与排放。例如，增加发酵罐的底部通气孔的数量和面积，可以促进二氧化碳的排放，减少泡沫的产生，同时也可以促进氧气的传输效率。
(2)选择合适的通气方式：例如采用气液混合搅拌的通气方式可以促进二氧化碳的排放和氧气的传输效率。
(3)控制发酵时间：发酵时间过长会导致代谢产物积累，抑制酵母的生长和代谢。因此，应根据发酵工艺的要求控制发酵时间，及时终止发酵过程。
(4)添加代谢产物转化酶：在发酵过程中，可以添加适量的代谢产物转化酶，将代谢产物转化为其他物质或降低代谢产物的浓度，以减轻对酵母生长和代谢的影响。
(5)定期排放代谢产物：在发酵过程中，可以通过排放部分发酵液、增加通气量等方式来实现代谢产物的排放，以降低代谢产物浓度对酵母生长和代谢的影响。
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文章转载自发酵大师网微信公众号，2024上海生物发酵展周彬13167144125整理发布！
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