微生物反应器操作.ppt

* * * * * * * * * 低基质浓度的优点：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。 * * * * * * * * * 在谷氨酸发酵过程中的某阶段，生产菌的摄氧率和基质消耗速率之间存在着线性关系。根据这种关系，补料的联机控制可通过摄氧率来执行。可将补科速率控制在与基质消耗速率相等的状态。测出分批加糖过程中排气中氧浓度，计算摄氧率(OUR)，其与糖耗速率(QsX)，之间的线性关系式如下： 利用K值和摄氧率可间接估算糖耗。从理论上按反应式(10．19)计算可得K值似应为1．5。根据摄氧率与糖耗速率之间的线性关系制定的加糖模型在加糖时发现，最佳K值应为1．75。在30L发酵罐中进行了计算机控制系统与常规分批加糖方法的比较研究；其结果见表10-8。实验证明，以估算糖耗为基础的连续加糖法可缩短发酵周期，而且最终谷氨酸浓度和转化率比分批加糖法高。 * * * * * * * * * * * 1.连续发酵法特点 从系统外部予以调整，使菌体维持在衡定生长速度下进行连续生长和发酵。 要维持这一衡定的速度，必须使发酵罐中发酵液的稀释度，恰恰等于该微生物的生长速度。 大大提高了发酵的生长效率和设备利用率。 恒定状态可以有效地延长分批培养中的指数生长期。 在恒定的状态下，微生物所处的环境条件，如营养物质浓度、产物浓度、pH值，以及微生物细胞的浓度、比生长速率等可以始终维持不变，甚至还可以根据需要来调节生长速率。 2.单批培养与培养的关系 3.连续培养器的分类 4.连续发酵的优点 （1）有利于缩短发酵周期，提高劳动生产率。连续发酵减少分批发酵中的清洗、投料、消毒等辅助时间，大大缩短发酵周期和提高设备利用率。同时连续培养过程始终使细胞生长处于最高生长繁殖状态，因此可明显提高生产效率，特别是对生产周期短的产品，效果更为显著。 （2）连续发酵生产过程比较稳定、均衡，各项参数也较恒定，便于自动化控制，品质量稳定。 （3）由于连续发酵采用管道化和自动化生产，明显降低劳动强度。生长与代谢产物形成的两种类型节约了大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、电的负荷均匀合理。 连续发酵优点 （4）高效，它简化了装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等许多单元操作，从而减少了非生产时间和提高了设备的利用率； （5）自控，便于利用各种仪表进行自动控制； （6）产品质量较稳定。 5.连续发酵存在的问题 以中间代谢产物为发酵产品的发酵，在理论和实践上都没有完全解决，如发酵过程中微生物生理生化特性变化，发酵动力学等并未充分了解。 在生产上要保持在连续发酵的整个过程中，生产菌株不发生退化也十分不容易。 长时间的连续发酵中对发酵设备和空气净化系统的无菌要求更高。不能保持长时间的无菌操作是导致连续发酵失败的主要原因。 对于某些原材料价格昂贵的产品，由于连续发酵对基质利用率较低，往往造成生产成本的增加。 连续发酵缺点 菌种易于退化。 其次是易遭杂菌污染。所谓“连续”是有时间限制的，一般可达数月至一、二年。 在连续培养中，营养物的利用率一般亦低于单批培养。 6.连续发酵的应用 采用连续发酵的方法可以有效地提高产量，但是也存在着某些较难克服的困难，因此目前仅在—些比较简单的发酵产品中应用，如酵母，单细胞蛋白，酒精发酵、丙酮乙醇、石油脱蜡、活性污泥废水处理等。其余产品的连续发酵尚未工业化生产。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 生产连动型产物的生成反应可表示如下： 产物形成的比速率则与微生物的比生长速率呈正比。 所以，对于这种类型的产物来说，调整发酵工艺参数，使微生物保持高的比生长速率，对于快速获得产物、缩短发酵周期十分有利。 (二)部分生长连动型产物形成(II型发酵) 部分生长连动型产物又称混合型产物，它们通常都间接地与微生物的初级产能代谢途径相关，是由产能代谢派生的代谢途径产生的。 其生成反应可表示为； 柠檬酸、衣糠酸、乳酸和部分氨基酸为这种类型产物的典型代表。 在分批发酵中，这种类型产物的形成分成两个极限：起初，微生物消耗大量底物用于产能代谢和生长，而产物形成很缓馒，甚至根本不形成； 此后，当微生物的生长速率开始减慢后，细胞开始大量消耗底物以合成产物。 对这类产物来说，营养期和分化期在时间上是彼此分开的。 〖二类发酵〗 产物的形成和菌体的生长部分偶联 x p 分批生物工艺中各种比速率 (生长速率μ、基质消耗qk和产物形成qp) 之间关系的图示 (b)部分生长连动型 产物的形成只与发酵液中的菌体浓度有关，而微生物的生长速率对它无直接影响。 对于这一类型发酵，只要能保证获得足够高浓度的生物量，就可以获得高