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第八章发酵培养方法及发酵动力学.pptVIP

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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 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 二、分批补料培养技术 分批补料培养特点 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、氨基酸、酶、核苷酸、有机酸等的生产。 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 活塞流反应器 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(一般指碳源)所产生的菌体重(g),即Yx/s=ΔX/ΔS。 第三节 发酵动力学与发酵过程控制 1、微生物细胞的生长动力学 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 例题:某微生物的 =0.125 h-1,求td。 2、基质的利用 3、产物的形成 类型Ⅰ(相关模型):产物的形成和菌体的生长相偶联,乙醇、葡萄糖酸、乳酸; 类型Ⅱ(部分相关模型):产物的形成和菌体的生长部分偶联,柠檬酸、氨基酸; 类型Ⅲ(非相关模型):产物的形成和菌体的生长不偶联,抗生素、微生物毒素。 二、发酵过程的代谢变化规律 (一) 分 批 发 酵 1. 菌体生长及基质利用动力学 Monod方程的适用范围。 3. 分批发酵过程的生产率 每升发酵液每小时产生的产物(或菌体)克数(g/L/h),是对发酵过程总成果的一种衡量。 (二) 连 续 发 酵 1. 基于细胞量(X)的物料平衡 简化后: 在连续培养技术中被称为稀释速率,用符号“D”表示 (等于培养液在罐中平均停留时间τ的倒数) 在稳定状态下,细胞的比生长速率等于稀释速率。 2. 基于限制性营养成分(S)的物料平衡 养分进入系统的速率-养分流出系统的速率-用于生长的养分消耗的速率-用于维持的养分消耗的速率-用于产物形成的养分消耗的速率 =养分在系统中积累的速率 在稳定状态下 ,则 以代入上式, 得 生产率 每升发酵液每小时产生的产物克数(g/L/h) b = DX(或DP) 请大家自己推导 第四节 发酵动力学计算实例 1. Monod方程有关参数计算 3. 酵母在需氧条件下,以乙醇为基质进行生长可表示下列总反应式: C2H5OH+aO2+bNH3→cCH1.704N0.149O0.408+dCO2 + eH2O 试求: (1)当RQ=0.66时,a、b、c、d和e的值。 (2)确定YX/S和YX/O2的值。 产物形成的速率 = 产物合成速率 – 产物移去速率

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