微生物的发酵方式

微生物的发酵
依据发酵工程动力学简化发酵过 程的原则和描述步骤，我们将微生物 的发酵方式分为分批发酵、连续发酵 和补料分批发酵。
一、分批发酵
又称间歇式发酵
• 定义：在操作上，先将一定量底物一次性装入密 封的培养系统的单罐中，在适宜的温度下接种使 发酵开始，经过一定时间后将全部发酵液取出， 分离提取产物。 • 菌体的生长阶段：延迟期、对数生长期、稳定期 和死亡期。
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半偶联型：是介于偶联与非偶联之间的一种类型。产物 的形成存在生长偶联与非偶联两部分。 半偶联的特点： 产物的形成间接的与基质（糖类）的消耗有关，虽然不 是碳源的直接氧化得来，却是菌体内氧化过程的主要代 谢流程。糖分既是供应菌体生长所需要的能量，又是充 当产物合成碳源。 产物比生成速率的最高时期要迟于菌体的比生长速率的 最高期。
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分批发酵的特点： 微生物所处的环境是不断变化的 可进行少量多品种的发酵生产 发生杂菌污染时能够很容易终止发酵 当运转条件发生变化时或者需要生产新产品时，灵活机 动 对原料组成要求较粗放
二、连续发酵
• 定义：所谓连续发酵是指在微生物培养至对数生 长期时，以一定的速率把新鲜的培养基连续的供 给均匀混合的发酵系统，并以相同的速率放出含 有细胞和产物的发酵液的过程，发酵液中营养基 质的浓度始终维持恒定状态，微生物保持在生长 旺盛的对数生长期。 • 连续发酵的生长特征：在开放式连续发酵系统中 ，培养系统中的微生物细胞随着发酵液的流出而 被带走，细胞流出的速度等于细胞生成的速度。 细胞在整个发酵过程中始终处于生长旺盛的对数 生长期。
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连续发酵的缺点： 一次生代谢产物为发酵产品的发酵，发酵过程中的生理 生化特性，发酵动力学等均未充分了解。 连续发酵对基质利用率比较低，造成成本增加 生产菌株容易退化 菌种容易受到污染 工业培养基的组成成分波动比较大，严重制约了连续发 酵。
三、补料分批发酵
• 定义：补料分批发酵以分批发酵为基础，是介于分批发酵 与连续发酵之间的一种发酵技术。在分批发酵培养开始， 投入较低的浓度底物，当微生物开始消耗底物后，间歇或 连续地补加新鲜培养基，而不从发酵罐中放出培养液的一 种发酵方式。 • 补料分批发酵目的：打破底物阻遏作用。
• 青霉素的生产分为两个阶段： 1. 前期菌体快速生长 ①过多的葡萄糖将引起酸积累过量和菌体对氧气的需求过量 ②葡萄糖不足导致有机氮源被菌体当碳源利用，导致pH升高 ，菌体产量不足。 2.后期产物积累 控制流加葡萄糖的量，并补加一定量的青霉素前提物质，在 保证菌体量的前提，促使青霉素大量的产生。
• 补料分批发酵的优点： 1. 利用分批发酵的方式可以，使得发酵系统中维 持较低基质浓度，解除底物阻遏效应，并维持 适当的菌体浓度，不至于加剧供氧矛盾。 2. 利用补料分批发酵的方式避免在培养基中积累 有毒的代谢物。 3. 能够增加微生物细胞的合成能力，因为通过补 料工艺能够不断的提供足够的养料用于合成产 物。尤其是提高非偶联型产物的合成量。 4. 能够降低发酵液的黏性，提高溶氧
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连续发酵的特点： 简化了装料、灭菌、出料、投料、清洗、消毒等许多单 元操作，从而减少了非生长时间和提高了设备的利用率 ，缩短了发酵运转周期，提高了生产率。 连续培养始终使得细胞处于生长旺盛的对数生长期，可 以明显的提高生产率。
3.连续发酵生产过程比较稳定、均衡Baidu Nhomakorabea发酵罐内的微生物、 基质、产物、溶氧浓度、冷却要求以及pH值的控制等各 种参数均维持在一定的水平上便于利用各种仪表进行自 动控制。 4.由于连续化发酵采用管道化和自动化生产，明显降低了劳 动强度，节约了大量的动力、人力、水和蒸汽 5.产品稳定，产量比较高
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补料分批发酵的缺点： 要求操作着具有较高的操作技能。 容易染菌 需要附加反馈控制系统，增加了投资。（绝大多数发酵 车间都已经具有反馈控制系统）。
菌体的生长与产物的形成
1. 2. 偶联型：所谓的偶联型的微生物反应，是指产物的形成 和微生物的生长直接相关，两者的生成是平行的。 偶联型的特点：此类的产物是直接由葡萄糖代谢的初级 产物。产物的生成与葡萄糖的利用有直接的化学计量关 系。
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非偶联型：产物的合成发生在生长停止以后。 非偶联型的特点 发酵产物的生成速率只与现有的菌体量有关，而产物的 比生长速率为一常数，与菌体的比生长速率没有直接的 关系。产物的浓度高低取决于细胞生长结束时的细胞浓 度。 产物的生成是在菌体的浓度接近或者达到最大值后，才 开始的，产物的合成高峰要比菌体的生长高峰滞后。