發酵過程的種類-發酵工藝過程控制

根據微生物的生理特征、營養要求、培養基性質以及發酵生產方式不同，可以將工業微生物發酵分成不同的類型。

1.按微生物與氧的關系

按微生物與氧的關系分，發酵可以分為好氧發酵、厭氧發酵以及兼性厭氧發酵三大類型。

好氧發酵是由好氧菌在有分子氧存在的條件下進行的發酵過程，因此，在好氧發酵過程中要不斷地向發酵液中通入無菌空氣，以滿足微生物對氧的需求。多數現代工業發酵屬于好氧發酵類型，如利用棒狀桿菌進行的發酵，利用黑曲霉進行的檸檬酸發酵，以及絕大多數的抗生素發酵都屬于好氧發酵。厭氧發酵是由厭氧菌進行的發酵，在整個發酵過程中無需供給空氣，發酵產品包括丙酮、乳酸、丁醇、丁酸等。有的微生物屬于兼性厭氧型，如酵母菌，在有氧供給的情況下，可以積累酵母菌體，進行好氧呼吸，而在缺氧的情況下它又進行厭氧發酵，積累代謝產物-酒精。

2.按培養基的物理性狀分

按培養基的物理性狀分，發酵可以分為液體發酵和固體發酵兩大類型。

固體發酵又分為淺盤固體發酵和深層固體發酵，統稱曲法培養，源自于我釀造生產的傳統制曲技術，如白酒的釀造和固體制曲過程。淺盤固體發酵是將固體培養基鋪成薄層（厚2~3cm）裝盤，進行發酵；而深層固體發酵是將固體培養基堆成厚層（厚30cm），并在培育期間不斷通入空氣進行的發酵方法。現在許多微生物菌體蛋白飼料、蛋白酶的生產大多采用固體發酵法。固體發酵大的特點是固體曲的酶活力高，但無論淺盤與深層固體通風培養都需要較大的勞動強度和工作面積。目前比較*的深層固體通風制曲可以在曲房周圍使用循環的冷卻增濕的無菌空氣來控制溫度和濕度，并且能適應菌種在不同生理時期的需要加以靈活調節，曲層的翻動全部自動化。在液體發酵工藝中，淺盤液體培養法由于占地面積大，技術管理不便，而為液體深層培養所代替。目前，現代工業發酵中，幾乎所有好氧發酵都采用液體深層發酵法，如、、酸、檸檬酸等大多數發酵產品都先后采用此法大量生產。液體深層發酵的特點是容易按照生產菌種營養要求以及在不同生理時期對通氣、攪拌、溫度及ph等的要求，選擇適發酵工藝條件。但是，液體深層發酵無菌操作要求高，在生產上防止雜菌污染是個十分重要的問題。隨著微生物培養技術的發展，些新的培養方法逐漸產生，并被廣泛應用在大規模工業生產上，如載體培養和兩步法液體深層培養等。

載體培養的特點是用天然或人工合成的多孔材料代替麥麩之類固態基質作微生物生長的載體，營養成分可嚴格控制。發酵結束后，只需將菌體和培養液擠壓出來抽提，載體又可以重新使用。此種培養法適于菌絲豐富的菌種培養。常用的載體為脲烷泡沫塑料。

在酶制劑和氨基酸生產中，由于微生物生長與產物生成的適條件往往有很大差異，常采取兩步法培養將菌體生長條件與產物生成條件區分開來，利于控制各個生理時期的適條件。如在某些氨基酸的二步法生產中，步是屬有機酸發酵或氨基酸發酵，第二步是在微生物產生的某種酶的作用下，把步產物轉化為所需的氨基酸。

3.按投料方式分

按投料方式分，發酵可分為分批發酵、連續發酵和補料分批發酵三大類型。

分批發酵指的是次性投入料液，經過培養基滅菌、接種后，在后續發酵過程中不再補入料液。

連續發酵是在特定的發酵設備中進行的，在連續不斷地輸入新鮮無菌料液的同時，也連續不斷地放出發酵液。連續發酵又可分為單恒化器連續發酵、多恒化器連續發酵及帶有細胞再循環的單恒化器連續發酵。

補料分批發酵是介于分批培養和連續培養之間的操作方法，在發酵過程中次或多次補入含有種或多種營養成分的新鮮料液，以達到延長產物合成周期、提高產量的目的。

4按菌體的生長、碳源的利用及產物的生成三者的動力學關系

分按菌體的生長、碳源的利用及產物的生成三者的動力學關系分，發酵分為三種類型。

種類型為生長偶聯型發酵，特點是菌體的生長、碳源的利用和產物的生成幾乎是平行的，即表現出產物直接和碳源利用有關。這類型又分為以單純菌體培養為目的和獲得代謝產物為目的的兩種發酵情況。前者如酵母、蘑菇菌絲、蘇云金桿菌等的培養，終產物是菌體本身，菌體增加和碳源利用平行，且兩者有定量關系。單細胞微生物培養時，菌體增長與時間的關系多為對數關系。在酵母生產過程中，為防止過量糖的加入引起酒精產生，常用的辦法就是根據對數生長關系和菌體產量常數計算加糖速度。代謝產物類型指的是產物的積累與菌體生長平行，并與碳源消耗有準量關系，如乳酸、酒精、a酮戊二酸等都是碳源的直接氧化產物。

第二種類型為部分生長偶聯型發酵，特點是產物不是碳源的直接氧化產物，而是菌體內生物氧化過程的主流產物，因而產量較高。發酵分為兩個時期：在個時期，菌體生長迅速，而產物生成很少；在第二個時期，產物快速生成，生長也可能出現第二個高峰。碳的利用在菌體高生長期和大產物形成期出現兩個高峰。

第三種類型為非生長偶聯型發酵，特點是產物生成在菌體生長和基質消耗完以后才開始，即產物在穩定期生成，與生長不相偶聯，產物合成與碳源利用無定量關系，產物生成量遠遠低于碳源消耗量。如抗生素、維生素等次代謝產物的發酵多屬于此類型，但和等次代謝產物的發酵屬于型發酵。

此外，依據代謝產物生物合成與菌體生長關系的不同，發酵可以分為初代謝產物發酵和次代謝產物發酵；依據產品的類別不同，發酵還可以分為抗生素發酵、氨基酸發酵、維生素發酵與有機酸發酵等。