《发酵工艺原理》课件.pptVIP

*************************************连续培养稀释速率连续培养的核心参数是稀释速率(D)，定义为单位时间内流入（或流出）的培养液体积与发酵罐工作体积的比值，单位为h?1。在稳态条件下，D等于微生物的比生长速率μ。临界稀释速率(Dc)是能维持稳态的最大稀释速率，超过此值微生物将被冲出发酵罐。连续培养通常在D略低于Dc的范围内操作，以获得较高的生产率。稀释速率的控制是连续培养成功的关键。稳态特性连续培养的最大特点是可以建立稳态，即微生物处于动态平衡状态，生物量、底物浓度和产物浓度保持恒定。稳态条件下，微生物通常处于对数生长期，代谢活性高，且生理状态均一。稳态特性使得连续培养成为研究微生物生理生化特性的理想工具，可以在控制条件下研究特定参数的影响。工业生产中，稳态操作也简化了过程控制和产品质量控制。应用领域连续培养在单细胞蛋白、酵母生产、污水处理等领域应用广泛。它特别适合产物与生长密切相关的过程，如酵母生物量生产、某些初级代谢产物的生产等。对于需要非生长条件的次级代谢产物生产，可采用多级连续培养系统，前期保持高生长率产生生物量，后期降低稀释速率促进产物积累。连续培养也是大规模生物制氢、生物燃料生产的理想方式。发酵终点判断物理指标发酵罐出口气体组成变化，如CO2浓度降低、O2浓度升高，表明微生物代谢活动减弱；发酵热的产生减少，温度控制系统加热频率增加；发酵液黏度、浊度等物理性质变化也可作为终点参考指标。化学指标底物浓度降至特定水平，如糖类、氮源等主要营养物质耗尽；产物浓度达到稳定值或开始下降；pH值变化趋势发生改变；还原电位、溶氧浓度等参数的变化也可反映发酵状态。生物学指标微生物形态学变化，如细胞破裂增多、菌丝断裂、孢子形成等；细胞活力下降，如比呼吸速率降低、特定酶活性变化；生物量不再增加或开始下降，预示发酵进入衰退期。第八章：发酵产物分离纯化固液分离从发酵液中分离出微生物细胞和其他固体颗粒，可采用离心、过滤或膜分离等方法。是下游处理的第一步，对后续纯化效率有重要影响。提取从澄清的发酵液或破碎的细胞中提取目标产物，常用溶剂提取、吸附、离子交换等方法。提取步骤决定了产物的初步纯度和回收率。浓缩通过蒸发、膜浓缩或冷冻浓缩等方法减少溶液体积，提高目标物质浓度。浓缩过程需控制温度和时间，避免产物变性或降解。精制通过结晶、色谱分离等方法进一步提高产物纯度，去除微量杂质。精制是获得高纯度产品的关键步骤，对医药级产品尤为重要。固液分离方法离心分离利用发酵液组分密度差在离心力作用下实现分离。常用设备有管式离心机、碟片式离心机和卧式螺旋卸料离心机等。管式离心机适用于小颗粒、低粘度发酵液；碟片式适合连续大规模操作；螺旋卸料型适合处理高固含量发酵液。过滤利用多孔介质截留固体颗粒，使液体通过的分离方法。常见的有板框过滤、转鼓过滤和旋转真空过滤等。过滤法适用于固含量高、颗粒较大的发酵液，如丝状真菌发酵液。预处理如加入助滤剂可提高过滤效率。膜分离利用半透膜的选择透过性分离物质的技术，包括微滤、超滤和纳滤等。微滤孔径0.1-10μm，可截留微生物细胞；超滤孔径1-100nm，可截留大分子物质；纳滤孔径1-10nm，可截留小分子有机物。膜分离具有低能耗、常温操作的优点，适合热敏性产品。提取方法溶剂提取利用目标物质在不同溶剂中溶解度差异实现分离的方法。基本原理是物质在两相间的分配，关键参数是分配系数。常用设备有混合沉降器、喷射混合器、脉冲萃取塔等。溶剂选择需考虑分配系数、选择性、溶解能力、沸点、毒性、价格等因素。常用的有乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。多级逆流提取可提高提取效率，但增加设备复杂性和能耗。吸附利用固体吸附剂表面对溶液中特定物质的选择性吸附实现分离。吸附过程包括吸附和洗脱两个主要步骤。常用吸附剂有活性炭、离子交换树脂、分子筛等，选择依据是对目标物的吸附容量和选择性。吸附操作方式有搅拌吸附、固定床、流化床等。吸附法能高效分离低浓度物质，如发酵液中的抗生素、维生素等，但也存在吸附剂再生、非特异性吸附等问题。离子交换利用带电离子与固定在不溶性基质上的相反电荷离子基团之间的可逆交换反应分离离子物质的方法。离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂，根据酸碱强度又可细分为强酸、弱酸、强碱、弱碱型。离子交换广泛应用于氨基酸、抗生素、蛋白质、核酸等带电荷分子的分离纯化。操作包括装柱、平衡、上样、洗脱和再生等步骤。现代工艺常采用连续离子交换系统提高生产效率。浓缩方法蒸发浓缩通过加热使溶剂蒸发减少体积的方法1膜浓缩利用压力差驱动溶剂通过半透膜的浓缩技术2冷冻浓缩通过冷冻析出溶