第五章发酵工艺过程控制
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连续不断地补加新鲜培养基，连续 不断地排出培养物
2. 特点：
菌的浓度，产物浓度，限制性基质浓度均处于恒定状态。
3. 连续培养的优缺点
优点: 1）省去了反复放料、清洗、装料、灭菌等步骤，避免了 延迟期，提高设备的利用率和单位时间产量。 2）发酵中各参数趋于恒值，便于自动控制； 3）易于分期控制，可以在不同罐中控制不同的条件。
第五章 发酵工艺过程控制
第一节 发酵的操作方式 第二节 温度变化及其控制 第三节 pH变化及其控制 第四节 溶解氧及其控制 第五节 泡沫对发酵的影响及控制 第六节 发酵染菌及其防治 第七节 发酵终点的判断
工艺条件控制的目的：就是要为生产菌创造一个最适 的环境，使我们所需要的代谢活动得以最充分的表达。
3.分批发酵的优缺点
优点: 操作简单；周期短，不会产生菌种老化和变异等 问题；染菌机会少；生产过程和产品质量容易掌握。 缺点: 产率低：非生产时间较长、设备利用率低。
但由于操作相对较易， 目前仍是发酵工业的主要方式
二、连续发酵（continuous culture）
1. 概念： 微生物培养到对数生长期时，在发酵罐中不断添加新鲜 的培养基，同时不断放出等量代谢物，使微生物细胞在近似 恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、 恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的培养方式。
在短流指时加数间不流内能得加维到持(最e底x大p物o量n浓e细n度t胞i不a，l-变fl还o，w可底r通a物t过e浓) 变度更会流随
率指时数间来延控长制而比逐生渐长降速低率。；
◇ 但装置相当复杂
3.补料分批培养的优缺点
优点： 与分批培养相比 (1)解除底物抑制和葡萄糖的分解阻遏效应(葡萄糖效应）。 (2)延长次级代谢产物的生产时间。
与连续培养相比 (1)降低了染菌，避免了遗传不稳定性。 (2)最终产物浓度较高，有利于产物的分离。 (3)使用范围广。
缺点： (1)存在一定的非生产时间。 (2)由于物料的加入增加了染菌机会。
4.补料分批培养应用：
应用：面包酵母、氨基酸、抗生素等工业。
1）细胞的高密度培养
◇ 一般培养基中的营养物质浓度有一定的限度，过高的底 物浓度会抑制菌体的生长； ◇ 采用补料的方法将高浓度的营养物质逐渐加入反应器， 可使发酵液中的菌体浓度达到很高的程度，如大肠杆菌浓 度可达145g/L。
分批培养中微生物的生长
迟滞期 对数生长期
稳定期
死亡期
延滞期（迟滞期）：把微生物从一种培养基中转接到另 一培养基的最初一段时间里，尽管微生物细胞的重量 （W﹠V)有所增加，但细胞的数量没有增加。
指数生长期：如以细胞数目或生物量的对数对时间作一 对数图，将得一直线，因而这一时期称作指数生长期。
➢ 对细菌、酵母等单细胞微生物来讲，单位时间内其细胞 数目将成倍增加。
死亡期：细胞的营养物质和能源储备已消耗殆尽，不能再 维持细胞的生长和代谢，细胞开始死亡。 ➢ 微生物细胞的死亡呈指数比率增加。 ➢ 在发酵工业生产中．在进入死亡期之前应及时将发酵液放 罐处理。
2.特点：
✓ 整个培养系统与外界没有其它物质交换（O2、CO2、消泡剂、 酸碱除外）。
✓ 整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度不断变 化，是一种非稳态的培养方法。
2）发生底物抑制的过程
一些微生物能利用甲醇、乙醇、乙酸、某些芳香族化合物等， 但它们在较高浓度下会对菌体的生产产生抑制。
3）分解代谢物பைடு நூலகம்遏
◇ 以某些很容易被微生物利用的物质（如葡萄糖）作为碳源 时，其某些分解代谢物会使细胞某些酶的合成受到阻遏； ◇ 采用补料的手段将葡萄糖逐渐加入反应器中，使发酵液中 的葡萄糖保持在低水平，避免分解代谢物的积累，从而可以 有效去阻遏。
2.补料方式： 间歇添加营养物质后，其在发酵液中的浓度
即会上升，然后随着微生物的利用又下降；
间歇添加法 再次补入料液后，营养物质浓度再次升高，
然后再次下降，呈现较大的波动。
连续流加法
◇ 恒速流加操作的补料速度是定值，操作简
便恒，速设流备加简单(co；ns最ta常nt用-flo；w rate)
◇ 发酵液体积呈线性增长；由于在指数生长 ◇ 指期数，流微加生补物料的的底加物入消量耗呈也指呈数指规数律增增加长，，恒能速
缺点: 长期连续培养会引起菌种退化；染菌机会增加。 应用：废水处理、葡萄糖酸发酵、酒精发酵等工业中。
例题：
B 下列对微生物连续培养优点的叙述，不正确的是( )。
A．能及时连续补充微生物所需的营养物质，提高产量 B．有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中 C．提高了设备利用率且便于自动控制与管理 D．能及时排除部分有害代谢产物
第一节 发酵的操作方式
分批发酵 补料分批发酵（半连续发酵） 连续发酵
一、 分批发酵 （batch culture or fermentation）
1.概念： 向反应器中一次投入所需的培养基，然后接种培养，
培养过程中除控制温度和pH外（O2和CO2及消泡剂 除外）不进行其他任何控制，反应结束后将全部培养 液排出进行处理。
➢ 对于丝状微生物而言，单位时间内其生物量将加倍。
稳定期：培养基中的底物不断被消耗，一些对微生物生长 代谢有害的物质在不断积累，微生物的生长速率和比生长 速率逐渐下降，直至完全停止，这时就进入稳定期。
➢ 生物量增加十分缓慢或基本不变； ➢ 微生物细胞的代谢还在旺盛地进行着，细胞的组成物质还
在不断变化。
4）营养缺陷型菌株的培养
一些营养缺陷型菌株可以积累某种有用产物，如氨基酸、 核苷、核苷酸等，利用这些菌株进行生产时须补充其不能 合成的物质供生产所需； 但这些物质过量存在时，可能产生反馈抑制或阻遏作用， 影响产物的合成。 采用补料的方法可将这些物质保持在低浓度水平，有助于 提高产物的生产。
三、补料分批发酵（fed-batch culture）
介于分批培养和连续培养之间的操作方法。
1.概念：根据菌体生长和初始培养基的特点，在分批培养的某 些阶段适当（间歇或连续地）补加培养基，使菌体或其代谢产 物的生产时间延长。
反复补料分批培养
随着补料操作的进行，发酵液的 体积逐渐增大，到了一定时候将 部分发酵液取出，剩下的发酵液 继续进行补料分批培养，如此可 反复进行多次，称为反复补料分 批培养。
2. 特点：
菌的浓度，产物浓度，限制性基质浓度均处于恒定状态。
3. 连续培养的优缺点
优点: 1）省去了反复放料、清洗、装料、灭菌等步骤，避免了 延迟期，提高设备的利用率和单位时间产量。 2）发酵中各参数趋于恒值，便于自动控制； 3）易于分期控制，可以在不同罐中控制不同的条件。
第五章 发酵工艺过程控制
第一节 发酵的操作方式 第二节 温度变化及其控制 第三节 pH变化及其控制 第四节 溶解氧及其控制 第五节 泡沫对发酵的影响及控制 第六节 发酵染菌及其防治 第七节 发酵终点的判断
工艺条件控制的目的：就是要为生产菌创造一个最适 的环境，使我们所需要的代谢活动得以最充分的表达。
3.分批发酵的优缺点
优点: 操作简单；周期短，不会产生菌种老化和变异等 问题；染菌机会少；生产过程和产品质量容易掌握。 缺点: 产率低：非生产时间较长、设备利用率低。
但由于操作相对较易， 目前仍是发酵工业的主要方式
二、连续发酵（continuous culture）
1. 概念： 微生物培养到对数生长期时，在发酵罐中不断添加新鲜 的培养基，同时不断放出等量代谢物，使微生物细胞在近似 恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、 恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的培养方式。
在短流指时加数间不流内能得加维到持(最e底x大p物o量n浓e细n度t胞i不a，l-变fl还o，w可底r通a物t过e浓) 变度更会流随
率指时数间来延控长制而比逐生渐长降速低率。；
◇ 但装置相当复杂
3.补料分批培养的优缺点
优点： 与分批培养相比 (1)解除底物抑制和葡萄糖的分解阻遏效应(葡萄糖效应）。 (2)延长次级代谢产物的生产时间。
与连续培养相比 (1)降低了染菌，避免了遗传不稳定性。 (2)最终产物浓度较高，有利于产物的分离。 (3)使用范围广。
缺点： (1)存在一定的非生产时间。 (2)由于物料的加入增加了染菌机会。
4.补料分批培养应用：
应用：面包酵母、氨基酸、抗生素等工业。
1）细胞的高密度培养
◇ 一般培养基中的营养物质浓度有一定的限度，过高的底 物浓度会抑制菌体的生长； ◇ 采用补料的方法将高浓度的营养物质逐渐加入反应器， 可使发酵液中的菌体浓度达到很高的程度，如大肠杆菌浓 度可达145g/L。
分批培养中微生物的生长
迟滞期 对数生长期
稳定期
死亡期
延滞期（迟滞期）：把微生物从一种培养基中转接到另 一培养基的最初一段时间里，尽管微生物细胞的重量 （W﹠V)有所增加，但细胞的数量没有增加。
指数生长期：如以细胞数目或生物量的对数对时间作一 对数图，将得一直线，因而这一时期称作指数生长期。
➢ 对细菌、酵母等单细胞微生物来讲，单位时间内其细胞 数目将成倍增加。
死亡期：细胞的营养物质和能源储备已消耗殆尽，不能再 维持细胞的生长和代谢，细胞开始死亡。 ➢ 微生物细胞的死亡呈指数比率增加。 ➢ 在发酵工业生产中．在进入死亡期之前应及时将发酵液放 罐处理。
2.特点：
✓ 整个培养系统与外界没有其它物质交换（O2、CO2、消泡剂、 酸碱除外）。
✓ 整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度不断变 化，是一种非稳态的培养方法。
2）发生底物抑制的过程
一些微生物能利用甲醇、乙醇、乙酸、某些芳香族化合物等， 但它们在较高浓度下会对菌体的生产产生抑制。
3）分解代谢物பைடு நூலகம்遏
◇ 以某些很容易被微生物利用的物质（如葡萄糖）作为碳源 时，其某些分解代谢物会使细胞某些酶的合成受到阻遏； ◇ 采用补料的手段将葡萄糖逐渐加入反应器中，使发酵液中 的葡萄糖保持在低水平，避免分解代谢物的积累，从而可以 有效去阻遏。
2.补料方式： 间歇添加营养物质后，其在发酵液中的浓度
即会上升，然后随着微生物的利用又下降；
间歇添加法 再次补入料液后，营养物质浓度再次升高，
然后再次下降，呈现较大的波动。
连续流加法
◇ 恒速流加操作的补料速度是定值，操作简
便恒，速设流备加简单(co；ns最ta常nt用-flo；w rate)
◇ 发酵液体积呈线性增长；由于在指数生长 ◇ 指期数，流微加生补物料的的底加物入消量耗呈也指呈数指规数律增增加长，，恒能速
缺点: 长期连续培养会引起菌种退化；染菌机会增加。 应用：废水处理、葡萄糖酸发酵、酒精发酵等工业中。
例题：
B 下列对微生物连续培养优点的叙述，不正确的是( )。
A．能及时连续补充微生物所需的营养物质，提高产量 B．有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中 C．提高了设备利用率且便于自动控制与管理 D．能及时排除部分有害代谢产物
第一节 发酵的操作方式
分批发酵 补料分批发酵（半连续发酵） 连续发酵
一、 分批发酵 （batch culture or fermentation）
1.概念： 向反应器中一次投入所需的培养基，然后接种培养，
培养过程中除控制温度和pH外（O2和CO2及消泡剂 除外）不进行其他任何控制，反应结束后将全部培养 液排出进行处理。
➢ 对于丝状微生物而言，单位时间内其生物量将加倍。
稳定期：培养基中的底物不断被消耗，一些对微生物生长 代谢有害的物质在不断积累，微生物的生长速率和比生长 速率逐渐下降，直至完全停止，这时就进入稳定期。
➢ 生物量增加十分缓慢或基本不变； ➢ 微生物细胞的代谢还在旺盛地进行着，细胞的组成物质还
在不断变化。
4）营养缺陷型菌株的培养
一些营养缺陷型菌株可以积累某种有用产物，如氨基酸、 核苷、核苷酸等，利用这些菌株进行生产时须补充其不能 合成的物质供生产所需； 但这些物质过量存在时，可能产生反馈抑制或阻遏作用， 影响产物的合成。 采用补料的方法可将这些物质保持在低浓度水平，有助于 提高产物的生产。
三、补料分批发酵（fed-batch culture）
介于分批培养和连续培养之间的操作方法。
1.概念：根据菌体生长和初始培养基的特点，在分批培养的某 些阶段适当（间歇或连续地）补加培养基，使菌体或其代谢产 物的生产时间延长。
反复补料分批培养
随着补料操作的进行，发酵液的 体积逐渐增大，到了一定时候将 部分发酵液取出，剩下的发酵液 继续进行补料分批培养，如此可 反复进行多次，称为反复补料分 批培养。