微生物发酵动力学.ppt

细胞形成产物的速率：DP2稳态时第二级发酵罐产物浓度同理类推操作简单、投资少运行周期短染菌机会减少生产过程、产品质量较易控制优点：01不利于测定过程动力学，存在底物限制或抑制问题，会出现底物分解阻遏效应及二次生长现象。对底物类型及初始高浓度敏感的次级代谢物如一些抗生素等就不适合用分批发酵（生长与合成条件差别大）；养分会耗竭快，无法维持微生物继续生长和生产；非生产时间长，生产率较低。缺点：02分批发酵的优缺点第二节连续发酵动力学连续发酵：在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基，同时以相同流量从发酵罐中取出培养液。01连续发酵特点：添加培养基的同时，放出等体积发酵液，形成连续生产过程，获得相对稳定的连续发酵状态。02连续发酵类型：单级多级连续发酵03连续发酵类型及装置连续发酵动力学模型单级恒化器连续发酵多级恒化器连续发酵进行细胞回流的单级恒化器连续发酵连续发酵动力学理论的应用主要内容罐式连续发酵单级多级串联细胞回流式塞流式连续发酵连续发酵类型及装置连续发酵动力学-发酵装置连续发酵动力学-发酵装置-单级单级连续发酵示意图两级连续发酵示意图连续发酵动力学-发酵装置-多级串联两个及以上的发酵罐串联起来，前一级发酵罐的出料作为下一级发酵罐的进料。连续发酵动力学-发酵装置-多级串联罐式连续发酵实现方法恒浊法：通过调节营养物的流加速度，利用浊度计检测细胞浓度，使之恒定。恒化法：保持某一限制性基质在一恒定浓度水平，使菌的比生长速率μ保持一定。培养基输入培养基进入下一级发酵罐培养基进入后处理或到下一级发酵罐多级罐式连续发酵装置示意图连续发酵动力学-发酵装置-细胞回流式细胞回流的单级连续发酵示意图a:再循环比率（回流比）c:浓缩因子连续发酵动力学-发酵装置-塞流式发酵罐培养物流出无菌培养基流入供给连续接种再循环d定义：①稀释率D=F/V(h-1)F—流量（m3/h）V—培养液体积（m3）②理论停留时间细胞的物料衡算（μ和D的关系）对于单级恒化器：X0=0且通常有：连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵A.稳定状态时，此时μ=D（单级连续发酵重要特征）不稳定时，当μD，当μD，积累的营养组分=流入量-流出量-生长消耗量-维持生命需要量-形成产物消耗量稳态时，=0,一般条件下,mx产物相对菌体生长量较少,限制性基质的物料衡算稳态时,单级连续培养两个稳态方程是：限制性基质的物料衡算两个稳态方程隐含了几点假设：Yx/s对于一个特定微生物及具体操作参数(D)来讲是常数Yx/s只受一种限制性营养基质S的影响：S一定，μ一定，则Yx/s一定细胞浓度与稀释率的关系（x与D的关系）临界稀释率Dc导致菌体开始从系统中洗出时的稀释率，当流入底物浓度为S0时，临界稀释率Dc为：稀释率D的大小不能超过连续发酵系统的临界稀释率如果取DDC，则会出现：DDCμ由可知负增长，x↓，进入非稳态，菌体最终被洗出，即x=0时，达到“清洗点”，此时，应用Monod方程，此时，细胞浓度与稀释率的关联（X与D的关系）生长模型由两个稳态方程可以推出D与X关联的生长模型当DDC时，细胞衡算底物衡算细胞生产率当即时可获得最大的细胞生产率，为细胞生产率若S0Ks（S010Ks），底物供给浓度很大，为非限制性则此时，最大临界稀释率∴当DDc=时，细胞生产率x,s,Dx与D关系总结：产物的物料衡算产物变化率=细胞合成产物速率+流入-流出-分解项当连续发酵处于稳态，，且加料中不含产物，即，P分解速率可忽略。得几个假设：①μ只受单一底物限制②Yx/s对一定的μ来讲，为常数③DDC若已知：则实例稀释率（D）对底物浓度(S)、细胞浓度(x)和细胞生产率(DX)的影响。连续发酵动力学-理论-多级恒化器连续发酵01多级恒化器的第一级动力学模型假设两级发酵罐内培养体积相同，即V1=V2；且第二级不加入新鲜培养基，则对于第一级动力学模型（方程）