发酵工程课件

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5微生物发酵类型及培养基
二.培养基的选择
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从经济效 益方面考虑
从生产和科
研的要求选
从微生物
ห้องสมุดไป่ตู้
的特点来选
择
择
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三．培养基的配制原则
提供合成 细胞和发酵产 物的基本成分
利于提高产 物的合成速率
利于减少培 养基原料的单耗
对 培 养 基 的 要 求
减少副产物， 利于产品的 分离纯化
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细胞的比生 长速率开始 下降
活细胞浓 度不断下降
延迟期
对数生长期
减速期
静止期
衰亡期
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对数生长期： dX /dt =µ X 其中： X--- 细胞干重 t--- 时间 µ --- 比生长速率 微生物的比生长速率µ 与微生物的种类、培养温度、pH 、 培养基成分及限制性基质浓度等因素有关。
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1．动力学描述参数
菌体 生长 速率
比生 长速率
菌体得 率系数
产物得 率系数
（Vx）：单 位体积，单 位时间里生 长的菌体量 g/(L h)
（µ）： 菌体浓度 除菌体生 长速率或 繁殖速率 h-1
（Yx/s）:
消耗1g或 1mol营养 物质生成 的菌体的g 数或mol 数
（Yp/s）： 消耗1g或 1mol营养 物质生成 的产物的 g数或mol 数
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2．发酵类型
根据产物的形成与
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产物形成表 面上与 碳源利
产物形成间接
与碳源利用有 关
产物形成直
用有关
接与碳源利用
有关
基质消耗的关系分
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2．发酵类型
特 点
I
II
III
菌体生长，碳 源利用和产物
形成几乎都在
相同的时间出 现高峰。
微生物生长和 产物合成是分 开的。 糖既满 足细胞生长所 需能量又充作 产物合成的碳 源。
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控制补充的培养基 的流速，使培养液 的细胞浓度保持恒 定。
恒化
恒浊
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连续发酵
循环式
单级连 续培养
多级串联 连续培养
非循环式：
进行单级连续 培养时，流出 的培养液进行 固液分离 后，经浓缩的 细胞悬液再被 送回发酵罐中 的方法。
17 先作分批培养，让 微生物生长繁殖达到 一定程度，并进 入产物合成期，然后 开始以恒定的流 量向发酵罐流加培养 基，同时以相同 的流量排放培养液， 使发酵罐内培养液的 体积保持恒 定，微生物能持续生 长并合成产物。
利于提高培养 及产物的浓度
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利于减少能耗
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营养 需要 适当 配比
氧化还 原电位
原则
渗透压
pH
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典型培养基
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5.3 培养基的设计


完善的培养基设计是实验室的实验，实验工 厂的放大和生产规模中的一个重要步骤。 培养基的组成必须满足细胞的生长和代谢所 需的元素，并能提供生物合成和细胞维持活力所 需要的能量。
产物形成一般 在菌体生长接 近或达到最高 生长时期。产 物形成与碳源 利用无准量关 系。
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二． 发酵方式：
1． 分批发酵： 是一种准封闭式系统。 一次投 料，一次接种，一次收获的间歇式培养方式。培 养过程中，接种物要经过5个时期。即延迟期、 对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期。
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3．补料分批发酵
在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培 养基，而不从发酵罐中间断地放出培养液的培养 方法。 工业上利用分批补料培养以消除阻遏并保持通 气条件。分批补料培养还可以防止培养基中某一 组分的毒性。
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分批培养过程的生产率 P: 生产率=产物浓度/发酵时间 生产率是评价发酵过程的成本和效率的综合指 标。在分批培养时，计算时间还应包括放罐、清 洗、装料和消毒的时间等非发酵过程所占用的时 间。
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微生物发酵工程
5微生物发酵类型及培养基
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微生物发酵的类型和方式 培养基选择和配制的原则 培养基的设计 淀粉水解糖的制备
基因工程菌的不稳定性及对策
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5.1微生物发酵的类型和方式
一． 发酵类型：

发酵类型是为了描述菌体生长，碳源利 用与代谢产物形成速率变化，以及它们相 互间动力学关系而确定的。
2. 连续发酵：连续发酵是指在培养过程中，连续地 向发酵罐中加入培养基，同时以相同的流速从发酵 罐中排出含有产品的培养基的发酵方式。一般连续 培养方式很多：搅拌发酵罐和管式反应器；恒化和 恒浊；循环式和非循环式；单级和多级。
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依据培养物的 生长率是受到 化学环境控制 的。即培养 基中某一限 制性组分的 作用。
5.2 培养基选择和配制的原则
培养基：提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢 产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的 混合物。
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一、培养基的类型和用途
根据来源
根据目的
根据生 产工艺
天然 合成 和半 合成
基础 ，繁殖 和鉴 别培 养基
孢子， 种子和 发酵培 养基
分批培养的特点：操作简单、周期短、染菌机会 少和生产过程、产品质量易掌握。但是生产率相 对较低。
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特点
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细胞浓度的 增加不明显。 受菌龄和接 种量的影响。
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细胞浓度随 培养时间呈 指数增长。 细胞浓度的 变化率与细 胞浓度成正 比。
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细胞浓度达 到最大值， 细胞的比生 长速率为0
把多个发酵罐 串连起来，第 一个罐的情况 与单罐培养相 同，以后下一 罐的进料便是 前一发酵罐的 出料，这样就 组成了多级串 联连续培养。
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单级连续培养进入稳定状态后，细胞的比生长速率与稀释率 相等。 连续培养的最大特点：微生物细胞的生长速率、产物 的代谢均处于恒定状态，可达 到稳定、高速培养微生物细胞 或生产大量的代谢产物的目 的。生产率得以提高。