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【金秋计划】如何判断发酵终点？

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2024/09/06

食品常规理化分析

在日常发酵过程中，发酵终点的判断是否准确对于提高产物质量及降低实验成本至关重要。因此，发酵终点的判断是生产系统构建的重要指标。
（1）影响放罐时间的因素。
无论是初级代谢产物还是次级代谢产物的发酵，到了发酵末期，菌体的分泌能力都会下降，产物的生产能力也会随之下降。
此外，有的菌体衰老后会自溶，释放出体内的分解酶，破坏已经形成的产物。因此，发酵终点确定合理的放罐时间需要考虑以下因素。
①经济因素。
在实际发酵过程中，发酵周期缩短，设备的利用率就会提高。
然而，在生产速率较小（或停止）的情况下，单位体积内的产物产量增长就会受到限制，如果继续延长发酵时间，使平均生产能力下降，发酵成本增加。因此，需要从经济角度确定一个合理的发酵时间。
②产品质量因素。
发酵时间长短对后续工艺和产品质量会产生很大的影响。
发酵时间过短，会有很多尚未代谢的营养物质残留在发酵液中，这些物质对下游操作如提取、分离等实验会产生不利影响。
发酵时间过长，菌体会自溶，释放出菌体蛋白或菌体内的分解酶，进而改变发酵液的性质，不仅会破坏代谢产物，还会增加后续过滤难度。因此，需要进行相应的实验验证，取得最佳发酵时间区间以及综合其它因素考虑放罐。
③其他因素。
在个别特殊发酵情况下，还要考虑其他因素，比如，染菌、代谢异常（糖耗缓慢等），这就需要结合菌体和产物特点进行放罐判断。
（2）发酵终点的判断依据。
①计算单位体积生产率和总生产率。单位体积生产率是指每升发酵液每小时形成的产物量；总生产率是指放罐时发酵单位除以总发酵生产时间。
其中，总发酵时间包括发酵周期和辅助操作时间，这就要求在产物合成速率较低时放罐，以缩短发酵周期；而延长发酵时间虽然略能提高产物浓度，但生产率下降，生产成本反而会提高。
此外，临近放罐时，加糖、补料或消泡剂都要慎重，防止残留物对后续提取的影响。补料可根据糖耗速率计算得到放罐时允许的残留量来进行控制。
对于抗生素的发酵，一般在放罐前约16h便应停止加糖或放入消泡剂，并控制在菌体自溶前进行放罐，以便胞内抗生素释放出来。
②一般判断放罐的主要指标，包括产物浓度、菌体浓度、氨基氮、菌体形态、pH值、培养液的外观、黏度等。

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