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1、一.分批发酵(batchfermentation)1.分批发酵概况操作工艺 2.分批发酵中的菌体生长规律、代谢变化 3.分批发酵过程的最优化、生产率二.补料分批发酵（Fed-batchFermentation）1．补料分批发酵技术含义及二者区别2．补料分批发酵技术特点和类型：3．补料分批发酵的适用范围4.流加物料的方式和补料分批发酵的技术评价三高密度发酵（Highcell-densityfermentation）1.高密度发酵的定义、生产影响因素、策略以及反应器：2.重组大肠杆菌高密度发酵、3.除去抑制
2、物的方法和存在的问题第七章分批发酵、补料分批发酵和高密度发酵分批发酵是指生物反应器的间歇操作,在发酵过程中,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,是一种最为广泛使用的方式。分批发酵的主要特征是所有工艺变量都随时间而变化。主要的工艺变量是各种物质的浓度及其变化速率。(见下表)微生物工艺中的变量及其变化速率rx分批发酵的思考在分批发酵中,低浓度培养基中的营养物会迅速耗尽,引起培养物过早地从指数生长期向稳定期转变。提高底物浓度的优点与不
3、足:a.提高底物浓度可以延长微生物的指数生长期,从而提高发酵的容量产率和产物浓度。b.提高底物浓度(对于某些可溶性碳源来说,微生物的Ks值多在1-10mg/L范围内,当超过10Ks或10-100mg/L时,微生物就会以接近最大比生长速率(μmax)的速度生长)c.过高的底物浓度会造成一系列不利影响,底物抑制,培养基粘度升高引起传质效率降低等。克服此不足的方法就是采用Fed-Batch法(补料分批技术)一.分批发酵1.分批操作工艺分批发酵目的产物种类虽然不同,但操作工艺基本相同.(见下图)典型的分批发酵工
4、艺流程图1)主要设备主培养罐(主发酵罐)和种子培养罐(种子罐),均属于深层培养装置。(含有配料,蒸气灭菌,冷却,通气,空气过虑,搅拌和消泡装置等)。种子罐:为主发酵罐培养基接种所需要的菌体种子。 摇瓶培养----种子培养----发酵培养(10倍体积逐级扩大)2)发酵生产基本过程种子罐高压蒸气灭菌(空消)------投入培养基再灭菌(实消)------接入从摇瓶培养得来的种子------培养。同时,准备发酵罐------空消------连消:利用专门的灭菌装置对发酵培养基进行连续灭菌------投入空消过
5、的发酵罐。经培养种子罐内达到一定菌体量时-----发酵罐------发酵终点------提取精制。发酵周期:每批反应的全过程即加入灭菌的培养基,接种,培养的诱导期,反应过程,放罐,洗罐以及空罐灭菌所需要时间的总合。2.分批发酵中的菌体生长规律微生物的生长包含两个含义 即：细胞的生长 微生物群体数量的增加1)典型的生长周期分批培养是一个封闭的系统。接种后,除氧之外,一般都不向系统内添加和除去任何物质。因此,分批培养系统只能在一段时间内支持微生物的增殖。可以分为五个时期: A延迟期 B对数生长期 C减速期
6、D静止期 E衰退期分批发酵中细胞浓度的变化延迟期；2.对数生长期；3.减速期；4.稳定期；5.衰退期①延迟期或延滞期发酵培养基在接种后，一段时间内细胞浓度的增加不明显，该阶段为延迟期。新环境中存在某些旧环境中没有的营养物质，细胞须合成有关酶类来利用该营养物质，从而出现延迟期。许多胞内酶需要辅酶或活化剂，它们是一些小分子物质或离子，具有较大的通过细胞膜的能力。当细胞转移到新环境中，这些物质可因扩散作用而从细胞中向外流失，这是产生延迟期的又一原因。如：产气气杆菌在葡萄糖磷酸缓冲液中的延迟期与镁离子浓度有关，
7、当培养基中镁离子浓度较高时，细胞内镁的流失少，延迟期较短；而当培养基中镁离子浓度低时，由于镁的流失而使延迟期大大延长。延迟期的长短与种子的菌龄及接种量的大小有关。年轻的种子产生的延迟期较短，接种量愈大，则延迟期愈短，生产实践中缩短延迟期的方法主要有：加大接种量；在新的培养基中加入上次培养基的某些成分。②对数生长期延迟期末，由于培养基中的营养物质比较充足，目标产物尚未开始积累或积累的很少，有害代谢物亦很少，所以细胞的生长不受到限制，细胞浓度随培养时间呈对数增长，称为对数生长期，也称为指数生长期。初始接种量
8、越大，即：培养液中的细胞浓度愈大，细胞浓度的增长速率也就愈大。所以，菌体细胞浓度的变化率与细胞浓度成正比：如在t1时的菌体细胞浓度为X1，则在t2时的细胞浓度为：X2=X1exp［μm(t2–t1)］所以，在对数生长期，细胞浓度随时间指数增长，细胞浓度增长一倍所需的时间称为倍增时间(doub1ingtime，td)。根据式上式可得倍增时间的计算公式：比生长速率μ与细胞种类、培养温度、pH、培养基组成成分和限制性基质浓度等因素有关。在对数生长
