《发酵培养技术》PPT课件

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1、第4章发酵培养技术固体发酵液体发酵厌氧发酵耗氧发酵发酵按培养基的形式按微生物对氧的需求分批发酵补料分批发酵半连续发酵连续发酵发酵培养技术恒化器反馈恒化器多级连续发酵细胞循环连续发酵4.1分批发酵分批发酵是指在一封闭培养系统中含有初始限制量的基质的发酵方式。即种子接种到培养基中后，除了气体流通外发酵液始终留在发酵罐中，直至发酵结束。图3-1分批培养的典型生长曲线停滞期加速期对数期减速期平衡期死亡期分批发酵过程一、停滞期即刚接种后的一段时间内，因菌种对新的生长环境有一适应过程，细胞数目和菌量不变的过程。其长短主要取决于种子的活性、接种量、培养基的可利

2、用性和浓度。一般种子采用对数生长期且达到一定浓度的培养物，该种子能耐含高渗化合物和低CO2分压的培养基。工业生产从发酵产率和发酵指数以及避免染菌考虑，应尽量缩短适应期。这可通过使用合适的种子和提高接种量来达到。二、加速期通常很短，比生长速率可在短时间内从最小升到最大值。三、对数期当细胞已完全适应其周围环境后，便进入恒定的对数或指数生长期比生长速率达最大，且为一常数，可用m表示。可用下式表示：另外，处于对数期的细胞的形态、大小和生理特征比较一致，细胞内蛋白质、核酸等大分子组成保持不变，新陈代谢旺盛。对数生长期的长短主要取决于培养基，包括溶氧的可利

3、用性和有害代谢产物的积累。对数期越长，最后获得的活菌数就越多，因此，生产上通常应尽可能地延长对数生长期。四、减速期随着养分的减少，有害代谢物的积累，生长不可能再无限制地继续。这时虽然细胞量仍旧在增加，但其比生长速率不断下降，细胞在代谢与形态方面逐渐蜕化。减速期的长短取决于菌对限制性基质的亲和力(Ks)，亲和力高，即Ks值小，则减速期短。五、平衡期实际上是一种生长和死亡的动态平衡，净生长速率等于零，即＝(为比死亡速率)。由于此时菌体的次级代谢十分活跃，许多次级代谢产物在此时大量合成，菌的形态也发生较大的变化(如菌体分化，染色变浅，形成空胞等)

4、。六、死亡期当养分耗竭，对生长有害代谢物在发酵液中大量积累便进入死亡期。这时。＞，生长呈负增长。工业发酵一般不会等到菌体开始自溶时才结束培养。发酵周期的长短不仅取决于前面五期的长短还取决于X0。七、分批发酵过程产物的形成动力学产物比生成速率单位质量菌体细胞在单位时间内所能生成的产物的量产物形成动力学生长耦联型非生长耦联型混合生长耦联型微生物分解基质途径的直接产物和某些酶类，如酒精、黑曲霉葡萄糖氧化酶和根霉脂肪酶，其产物浓度与菌体生长随时间的变化呈平行关系产物的形成速度与菌体生长速率无关，而与菌体量的多少有关。如次生代谢产物Luedeking-

5、Piret方程。如乳酸、黄原胶和一些次生代谢产物发酵图3-2分批发酵生长与产物形成的动力学模型.(a)生长耦联型；(b)混合生长耦联型；(c)非生长耦联型当产物为生长耦联型时，则延长与产物合成有关的对数生长期；当产物为非生长耦联型时，如次生代谢产物，则以缩短菌体的对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后延长生产期，以提高产量；当产物为混合生长耦联型时，则根据其耦联程度而灵活调节。八、分批发酵过程中基质的消耗动力学A.得率系数细胞对基质的得率系数YX/S：细胞对氧的得率系数YX/O：产物对基质的得率系数YP/S：当限制性基质为碳源时，消耗掉的碳源一

6、部分用于形成细胞物质，一部分形成产物，一部分产生能量供细胞维持生命活动，对其进行质量衡算可得，则B.基质消耗速率基质的消耗＝细胞生长所耗基质＋产物生成所耗基质＋细胞维持生命活动所耗基质即若用一些得率系数来表示，则，YG——细胞的得率系数；YP——产物得率系数；m——维持系数上式为基质消耗速率方程。YX/S、YP/S是对碳源的总消耗而言，而YG、YP则分别是对用于生长和用于产物生成所消耗的碳源而言。即代入上式，则，如果用比速率来表示基质消耗和产物生成：基质比消耗速率产物比生成速率因此，基质消耗速率方程也可表示为当产物生成可忽略不计时，则根据qS的定

7、义有：合并上面两式，则，因此，测定细胞在不同比生长速率时下的YX/S，根据上式的1/YX/S对1/作图，就可求出m和YG。4.2补料分批发酵补料分批发酵又称为流加分批发酵(fed-batch)，是指在分批发酵过程中，间隙或连续的补加新鲜培养基的培养技术。由于只有料液的输入，没有输出，因此，发酵液的体积在不断增加。其目的是克服由于养分的不足，导致发酵过早结束。补料分批发酵与分批发酵相比，其优点在于能使发酵系统中维持很低的基质浓度，导致1)可以除去快速利用碳源的阻遏效应，即葡萄糖效应，并维持适当的菌体浓度，不致于加剧供氧的矛盾；2)避免有毒代谢副产

8、物的积累。其应用范围十分广泛，包括各种产物的发酵。近年来尤其在基因工程菌的高密度发酵中，其优势更加明显。4.3半连续发酵1.概念在补料分