2020年第五章 微生物反应器操作参照模板

应用的场合
分
设备制作费用低；
反应器的非生产周期较长；
进行少量产品生产；
分
同一设备可进行多种产品生产；
由于频繁杀菌，易使检测装置损伤；
使用同一种反应器，进行多种产物生
批
高收率（若能对培养过程了解的深
由于每次培养均要接种，增加了生产成本
产；
式
入）；
；
易发生杂菌污染或菌种变异
操
发生杂菌污染或菌种变异的几率低
连
节约劳动力；
需要原料的品质均一；
大量生产的产品）；
续
反应器体积小（由于无非生产准备
设备投资高（控制、自动化等操作具有一
基质是气体、液体和可溶性固体；
式
时间）；
定难度）；
不易发生杂菌污染或菌种变异。
操
可确保产品品质稳定；
长时间培养，增加了杂菌污染或菌种变异
作
由于机械化操作，减少了操作人员
的几率；
的操作带来的污染；
•
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4-1e 所示。
•
优点
不足
人员的操作加大了污染的危险；
出现基质抑制；
操
性质，可获得产物高收率。
由于频繁杀菌，易使检测装置损伤。
使用营养要求变异株
作
一定培养基成分的浓度是菌体收率或
代谢产物生产速度的影响因素；
需要高菌体浓度。
分批式操作特点
连
易机械化、自动化；
通融性低（同一装置不能生产多种产品）； 需生产速率高的场合（对于同一品质，
需要非稳定过程控制费用；
从培养液中提取产物采取分批式操作
作
。Baidu Nhomakorabea
人员操作加大了污染的危险。
。
流
高通融性；
有反应器的非生产周期；
不能进行连续式操作；
流
可任意控制反应器中的基质浓度；
需要较高的劳动力（需要控制和高价的检
分批操作生产效率低；
加
可确保微生物所需的环境；
测装置）；
希望延长反应时间；
式
如果能够了解菌体在分批过程中的
第五章 微生物反应器操作
•
本章拟解决问题：
1、微生物反应器操作基础（自学） **2、分批操作 **3、流加操作 **4、连续操作
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5.1 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
根据所用培养基的状态，可分为液体发酵和固体 发酵
液体发酵根据微生物的聚集状态，又可分为深层 培养（浸没培养）、表面培养和附着培养
优点：①设备制作费用低；②同一设备可进行多种产 品生产；③发生杂菌污染或菌种变异概率低等
缺点：①反应器非生产周期长；②频繁灭菌易使检测 装置损伤；③每次培养均要接种导致生产成本增加； ④需要非稳定过程控制费用等
•
培养过程中基质体积变化
a 分批式操作 b 反复分批式操作 c 半分批式操作 d 反复半分批式操作
•
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 4-1b所示 。
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4-1d所示。
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分批式培养中微生物的生长曲线
•
5.2.2 状态方程式
分批式培养过程的状态方程式（环境过程的 状态方程式）可表示为： 基质：dS/dt=-yX 菌体：dX/dt=μX 产物：dP/dt=X
氧： OUR
Qo2 X
F V
Pall
Po2 in Po2 in Pco2 in
Pall
Po2 out Po2 out Pco2 out
CO ： 2
CER Qco2 X
F V
Pall
Pco2 out Po2 out Pco2 out
Pall
Pco2 Po2 in
in
Pco
2
in
•
上式中， F为惰性气体流速， V为反应液总容积， Pall为气体总压力， (Po2)out为排气中氧的分压， (Po2)in为进气体中氧的分压， (Pco2)in为进气体中C02的分压， (Pco2)out为排气中CO2的分压。
反应器内保持醪液的恒定，有一定困难（
几乎没有因杀菌，使检测装置损伤
由于产生气泡、丝状菌堵塞管路等）。
的可能。
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5.2.1 生长曲线
分批培养中微生物的生长曲线如图5-2。随 培养的进行，基质浓度下降，菌体量增加，产 物量相应增加。分批式培养过程中，微生物的 生长可分为： 1、迟缓期（lag phase)； 2、对数生长期（lagarithmic growth phase）； 3、减速期（fransient phase）； 4、静止期（stationary phase）； 5、衰退期（decline phase）5个阶段。
operation） 连续式操作（continuous operation)
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5.2 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。
特点：①微生物所处的环境不断变化；②适合于少量 多品种的发酵生产；③发生杂菌污染时终止操作容易； ④可比较容易通过改变处理对策来改变运转条件变化 或转产新产品；⑤对原料组成要求较粗放等。
好氧培养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。
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•
深层培养
培养方式分类： 分批式操作（batch operation） 半分批式操作（semi-batch operation） 反复分批式操作（repeated batch operation） 反复半分批式操作（repeated semi-batch
当 t = 0 S S0 ; X X 0 ; P 0; 0 ;
时
0;
0;
e 连续式操作
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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，以控制限制性基质保持一定，当 反应终止时取出反应物料的操作方式 。
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。