宋存江《微生物发酵工程》微生物发酵作业

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1、第五章1.分批发酵、补料分批发酵和高密度发酵之间的关系？答：分批发酵、补料分批发酵和高密度发酵时现代发酵工程技术中的重要方式。几种方式既有联系，也有区别，是目前从事生物技术科研与生产实践的人员必须掌握的细胞培养技术。分批发酵是指生物反应器的间歇操作，在发酵过程屮，除了不断进行通气（好氧发酵）和为调节发酵液的pH而加入酸碱溶液外，与外界没有其它物料交换。这种培养方式操作简单,是一种最为普遍使用的方式。分批发酵的主要特征是所有工艺变量都随时问而变化。主要的工艺变量是各种物质的浓度及其变化速率。补料分批发酵技术是指在微生物分批发

2、酵中，以某种方式向培养系统中补加一定物料的培养技术。通过向培养系统中补充物料，可以使培养液屮的底物浓度较长时间地保持在一定范围内，即保证微生物的生长需要，乂不造成不利影响，从而达到提高容量产率，产物浓度和得率的目的。补料分批发酵技术的特点是：由于基质的缓慢补入，既满足了微生物生长和产物合成的持续需要，又要避免了由于基质过量引起的各种调控反应，从而能使产率获得很大提高；补料技术本身的提高：少次多量——少量多次——流加——微机控制流加；整个发酵过程屮不断地调节补料率，维持各项物质的供需平衡。高细胞密度发酵是一个相对概念，是指应

3、用一定的培养技术和装置提高菌体的发酵密度，使菌体密度比普通发酵培养有显著的提高，最终提高特定产物的比生产率。它采用增加发酵菌种对•数期的生长时间、相对缩短衰亡时间來提高菌体的发酵密度，极大地改进了发酵工艺，最终提高产物的比生产率（单位体积单位时间内产物的产量），不仅可减少培养体积，强化下游分离提取，还可以缩短生产周期，减少设备投资从而降低生产成本，在一定程度上减少废水量，极大地提高了发酵产品在市场上的竞争力。补料分批发酵是介于分批发酵和连续发酵之间的发酵形式；区别于分批发酵技术：由于补加物料，补料分批发酵系统不一再是封闭系

4、统；区别于连续发酵技术：补料分批系统并不是连续地向外放出发酵液，罐内的培养液体积（V）不再是个常数，而是随时间（t）和物料流速（F）而变化的变量（变体积操作）。而高密度发酵是在传统发酵技术上改进的发酵技术。表补料分批发酵与分批发酵，连续发酵的区别补料函数Fex特征Fin特征发酵方式F=F(t)Fex=OFin二0分批发酵（Fin二Fex二0）Fin二Fin(t)补料分批发酵FexHOFinHFex补料分批发酵Fin二Fex连续发酵（Fin二FexHO）2.既然高密度发酵具有非常好的特点，为什么还要研究普通的补料分批发酵呢？

5、答：尽管高密度发酵工艺进行生产Z前需要考虑的问题很多，包括•高细胞密度发酵过程屮,水溶液中的固体与气体物质的溶解度，机制对生长的限制或抑制，基质和产物的不稳定性和挥发性，产物或副产物的积累是否达到抑制生长水平，高浓度的二氧化碳与热的释放速率,高的痒需求以及培养及浓度不断增加等方面。发酵生产中选用高密度发酵工艺过程时，需结合目的产物，全面考虑其效益和费用，己评价其可行性。故实际发酵生产中，应用较多的是补料分批发酵，仅需改善发酵工艺就可投入生产。因此补料分批发酵是研究和应用的最多的高密度发酵方式。3.深刻理解补料分批发酵涉及到

6、的五种操作，即：间歇补料操作、连续补料操作、循环分批操作、循环间歇补料操作和循环连续补料操作。答：Fex特征Fin特征补料操作方式FexHFinFinHFex循环连续补料操作循环间歇补料操作循环分批操作Fex=OFin=Fin(t)连续补料操作指数速率补料恒速补料变速补料间歇补料操作连续补料操作循环分批操作间歇补料操作循环间歇循坏连续F■流速；Fin-流入速净；流出速率；发SF液体积；S-限制性营养物质浓度4•为什么说“生物过程的优化在生物技术产业化中具有非常重要的意义”？答：生物过程的优化就是将影响过程的所有因素最佳化，

7、使发酵产率达到最大。牛物过程的优化通常涉及普通微生物学、细胞工程、生物化学、生理学、数学及计算机科学等。进行生物过程的优化主要是进行以下主要步骤：①全部影响因素确认；②.影响因素的筛选，确定各个因素的影响程度；③根据影响因素和过程优化的要求，选择优化策略；④实验结果的数学或统计学分析；⑤.最佳条件验证。影响生物过程的因素往往影响产物的生产成本，决定研究成果可能实施产业化。所以，牛物过程的优化在生物技术产业化中具有非常重要的意义。5、影响发酵工程中高密度发酵生产的因素有哪些?答：①发酵培养基及培养条件：培养基与发酵液中的产物

8、含量以及比生长速率之间存在直接关系，高浓度的培养基成分对高密度培养有一定的抑制作用，培养条件则与发酵过程中不同菌体的生理生化特性有关。两者都是在高密度培养过程中最基本和必需优化的因素。②充足的底物：这是是高密度培养的基础，培养过程屮可以通过流加补料等方式补充菌体所耗费的营养物质。其中低浓度氨水是常用的底