生化反应器 第四章 微生物反应器操作.pptVIP

第30页，共58页，编辑于2022年，星期日 第31页，共58页，编辑于2022年，星期日 4．3 流加操作 流加操作的优点是能够任意控制反应液中基质浓度。这与分批操作明显不同，它不会出现某种培养基成分的浓度过高影响菌体得率和代谢产物的生成速率。例如，面包酵母培养中，糖浓度过高，即使在充分供氧的条件下，糖也会转化为乙醇，减小了酵母对糖的得率。 第32页，共58页，编辑于2022年，星期日 流加操作的要点是控制基质浓度，因此，其核心问题是流加什么和怎么流加。在工程上特别要注意后者。从流加方式看，流加操作可分为无反馈控制流加操作与反馈控制流加操作。前者包括定流量流加、指数流加和最优流加量流加操作等。后者分间接控制、直接控制、定值控制和程序控制等流加操作。一般流加操作中有关参数的变化如图4—4所示。 第33页，共58页，编辑于2022年，星期日 第34页，共58页，编辑于2022年，星期日 第35页，共58页，编辑于2022年，星期日 4．3．1 无反馈控制的流加操作 采用这种操作方式时，基质的流加按预先设置好的条件进行。因此，表达系统的数学模型是否正确成为反应成败的关键。最简单的微生物的生长速率为: 第36页，共58页，编辑于2022年，星期日 第37页，共58页，编辑于2022年，星期日 第38页，共58页，编辑于2022年，星期日 4．3．1．1 定流量流加操作 第39页，共58页，编辑于2022年，星期日 4．3．1．2 指数流加操作 第40页，共58页，编辑于2022年，星期日 第41页，共58页，编辑于2022年，星期日 第1页，共58页，编辑于2022年，星期日 4．1 微生物反应器操作基础 微生物培养过程根据是否要求供氧，分为厌氧和好氧培养。前者主要采用不通氧的深层培养；后者可采用以下几种方法： (1)液体表面培养(如使用浅盘)； (2)通风固态发酵； (3)通氧深层培养。 就操作方式而言，深层培养可分为： (1)分批式操作(batchoperation)[图4—l(a)]。 (2)反复分批式操作(repeated batchoperation)[图4—1(b)]。 (3)半分批式操作(semibatch operation)[图4—l(c)]。 (4)反复半分批式操作(repeated semibatchoperation)[图4—1(d)] (5)连续式操作(continuous operation)[图4—1(e)]。 第2页，共58页，编辑于2022年，星期日 第3页，共58页，编辑于2022年，星期日 分批式操作是指基质一次性加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入，反应完成后将全部反应物料取出的操作方式。目前，发酵制品的生产中多采用这种操作方式。操作过程中基质体积变化曲线如图4—1(a)所示。 第4页，共58页，编辑于2022年，星期日 反复分批式操作是指分批操作完成后，不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一定量的基质，再按照分批式操作方式，反复进行。其培养过程中基质体积变化曲线如图4—1(b)所示。 第5页，共58页，编辑于2022年，星期日 半分批式操作又称流加操作，是指先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求加入到反应器内，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应终止时取出反应物料的操作方式[图4—l(c)1。酵母、淀粉酶、某些氨基酸和抗生素等采用这种方式进行生产。 第6页，共58页，编辑于2022年，星期日 反复半分批式操作是指流加操作完成后，不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一定量的基质，再按照流加操作方式进行，反复进行。其培养过程中基质体积变化曲线如图4—1(d)所示。 第7页，共58页，编辑于2022年，星期日 连续式操作是指在分批式操作进行到一定阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内，另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反应条件(如反应液体积等)不随时间变化的操作方式。活性污泥法处理废水、固定化微生物反应等多采用连续式操作。连续培养过程中基质体积变化曲线如图4—1(e)所示。 第8页，共58页，编辑于2022年，星期日 4．2分批式操作 分批式操作是发酵工业中广泛采用的方法之一，与连续式操作相比，分批式操作的特点(表4—1)是：微生物所处的环境是不断变化的；可进行少量多品种的发酵生产；发生杂菌污染能够很容易中止操作；当运转条件变化或转产新产品时，易改变处理对策；对原料组成要求较粗放等。下面首先介绍分批式培养时微生物的生长曲线。 第9页，