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1、第八章发酵培养方法及发酵动力学根据操作方式不同分为：分批培养：底物一次装入罐内，在适宜条件下接种进行反应，经过一定时间后将全部反应系取出。连续培养：反应开始后，一方面把底物连续地供给到反应器中，另一方面又把反应液连续不断地取出，使反应条件不随时间变化。分批补料培养：介于分批与连续培养之间，又分为。半分批培养（流加培养）反复分批培养反复半分批式培养第一节发酵培养的方法一、分批发酵培养基中接入菌种以后，除了空气的进出，没有物料的加入和取出。过程中发酵参数（菌浓、底物浓度、产物浓度等）都随时间变化。F(X,P,S,T,...,t)分批发酵的
2、特点优点可进行少量多品种的发酵生产原料要求较粗放操作简单周期短染菌机会少缺点产率低不适于测定动力学数据分批培养中微生物的生长迟滞期对数生长期稳定期衰亡期二、分批补料培养技术较低浓度底物补加底物底物消耗底物浓度保持在一定范围维持微生物生长促进产物形成避免不利因素产生体积产量、产物浓度和产物得率提高优点：在于使发酵系统维持低的基质浓度。低基质浓度的优点为：①可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不致于加剧供氧的矛盾。②避免培养基积累有毒代谢物。缺点：增加了染菌机会；比生产速率下降。适用范围：补料分批发酵广泛应用于抗生素、
3、氨基酸、酶、核苷酸、有机酸等的生产。分批补料培养特点三、连续培养技术连续进出料液，保持发酵液体积恒定，使培养物在近似恒定状态下生长的培养方法。达到稳态后，整个过程中所有发酵参数（X、P、S等）恒定不变。优点：高效、可自控、产品质量稳定、降低劳动强度等连续培养过程中的主要问题易遭杂菌污染生产菌株突变问题（菌种易退化）回复突变的菌株有可能会取代生产菌株而成为优势菌株，使连续发酵过程失败。培养基质量工业培养基的组成成分，如玉米浆、蛋白胨和淀粉等，批与批之间有时会出现较大变化。连续培养装置均匀混合的生物反应器恒化器恒浊器非均匀混合的生物反应器
4、活塞流反应器恒化器(A)、恒浊器(B)和活塞流反应器(C)中的连续发酵第二节发酵动力学基本概念发酵动力学是研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。1.常用参数符号及意义X：细胞干重（g/L）S：底物浓度（g/L）P：产物浓度（g/L)T：温度（ºC）t：发酵时间（h）F：补料速率或体积流率（L/h）V：发酵体积（L）D：稀释率（F/V，h-1）2.发酵动力学中常用术语得率(Y)，是指被消耗的物质和所合成产物之间的量的关系，包括生长得率(Yx/s)和产物得率(Yp/s)。生长得率：是指每消耗1g(或mo1)基质
5、(一般指碳源)所产生的菌体重(g)，即Yx/s=ΔX/ΔS。（1）得率产物得率：是指每消耗1g(或mo1)基质所合成的产物g数(或mol数)，即YP/S=P/(S。-S)。转化率：（已经反应的基质量）/（总共加入的基质量）*100%基质消耗速率：菌体生长速率：(g·L-1·h-1)(g·L-1·h-1)XS（底物）─→X（菌体）＋P（产物）（2）发酵过程反应速度的描述产物生成速率：(g·L-1·h-1)基质的消耗比速：（比消耗速率）(qs,h-1)菌体的生长比速：（比生长速率）产物的形成比速：（比生成速率）(qx,h-1)(qp,h-
6、1)单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念第三节发酵动力学与发酵过程控制F0,S0,X0,P0S,X,Xd,V,PF,S,X,P,Xd1、微生物细胞的生长动力学一、发酵动力学细胞量的积累速率=细胞生长速率–细胞的死亡速率+细胞的添加速率-细胞的移去速率死细胞积累速率菌体生长速率与培养基中菌体浓度之比，它与微生物的生命活动有联系在对数生长期，是一个常数，这时（1）比生长速率（μ)如何推导？例题：某微生物的＝0.125h-1，求td。此式可在△t=td（td为倍增时间）时求得，td
7、即在时所需时间，于是td=ln2/μ=0.693/μ。为比生长速率，单位是h-1。（2）微生物的生长动力学、Monod方程微生物的生长速度：μ＝f(S,P,T,pH,……,)在一定条件下(基质限制)：μ＝f(S)现代细胞生长动力学的奠基人Monod在1942年指出，在培养基中无抑制剂存在的情况下，细胞的比生长速率与限制性基质浓度的关系可用下式表示：μ：菌体的比生长速率S：限制性基质浓度Ks：半饱和常数μmax:最大比生长速率μ单一限制性基质：就是指在培养微生物的营养物中，对微生物的生长起到限制作用的营养物。（Monod方程）μmax/
8、2KsMonod方程中：比生长速率(h-1)；：最大比生长速率(h-1)S：限制性基质浓度(g/L)；Ks：饱和常数(g/L)，当μ等于1/2时的限制性基质浓度。Monod方程的参数求解(双倒数法)：将Monod方程取倒
