第4章微生物反应器操作

反复半分批式操作过程中基质的体积变化
0～t1辅助时间； t1～t2流加培养基时间； t2～t3边流加、边培养时间； t3～t4培养时间； t4～t5放料时间。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
5) 连续式操作 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。
根据是否需要氧，分为厌氧好氧培养 1)厌氧培养（anaerobic culture）
把微生物置于与分子态氧隔绝状态下所进行的培养。适 用于兼性厌氧菌和专性厌氧菌。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
2)好氧培养（aeration culture）
培养过程中通入空气（或氧气）的培养方法。液体 培养和固体培养都可以，主要的限制因子是氧气。
③通氧（或风）深层培养。
通氧深层培养又称沉没培养法，也称液体培养法。是 一种不断通入无菌空气，使微生物充分与氧气接触而迅速 繁殖的发酵方法。其特点是占地面积小,劳动力省,产量高 ,适合于机械化和自动化生产。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
深层培养操作可分为：
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 operation） 连续式操作（continuous operation)
半分批式操作过程中基质的体积变化
0～t1辅助时间； t1～t2流加培养基时间； t2～t3边流加、边培养时间； t3～t4培养时间； t4～t5放料时间。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
4) 反复半分批式操作 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。
同一设备可进行多种产品生产； 高收率（若能对培养过程了解的深入）； 发生杂菌污染或菌种变异的几率低。
不足：反应器的非生产周期较长；
由于频繁杀菌，易使检测装置损伤； 由于每次培养均要接种，增加了生产成本； 需要非稳定过程控制费用； 人员操作加大了污染的危险。
4-2 分批式操作
分批式操作特点
应用场合：进行少量产品生产；
4 微生物反应器操作
1.微生物反应器操作方式的分类与特点
是否需氧 厌氧培养 液体表面培养 分批式操作 好氧培养 通风固态发酵 反复分批式操作
通风深层培养 半分批式操作
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反复半分批式操作
2.分批式操作
特点 生长曲线 状态方程式 反复分批操作
连续式操作
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
微生物反应器培养操作方式的分类
例 如 ： 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。
连续式操作过程中基质的体积变化
0～t1辅助时间； t1～t2流加培养基时间； t2以后一直为培养时间。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
深层培养操作过程中基质的体积变化
4-2 分批式操作
分批式操作特点 优点：设备制作费用低；
生物反应工程原理
第四章 微生物反应器操作
4 微生物反应器操作
1.微生物反应器操作方式的分类与特点 2.分批式操作 3.流加式操作 4.连续式操作
学习目的： 了解不同反应器操作方式的特点，掌握分批、 流加
和连续操作的方法，明确不同操作方式中各参变量的基本 变化规律，能够依据目标产物与工艺的要求选择培养方法。
有的细菌培养，例如细菌纤维素的生物合成也属于液体 表层培养。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
②通风固态发酵
在一定的温度、湿度下，采用固体基质通风培养微生物 的过程，包括在湿固体材料上培养微生物的工艺过程。
传统白酒和陈醋生产工艺就属于典型的固态发酵；一些 真菌（蘑菇）的培养为后者。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
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）。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
2）反复分批式操作
分批操作完成后，剩 余部分反应物料，不全部 取出，重新加入一定量的 基质，再按照分批式操作 方式培养，反复进行。
例如：基于高密度培 养的反复分批发酵法生产 丁二酸
反复分批式操作过程中基质的体积变化
0～t1辅助时间； t1～t2流加培养基时间； t2～t3培养时间； t3～t4放料时间；
t4～t5再次加料时间。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
3) 半分批式操作
又称流加操作，先将一定 量基质加入反应器内，在适宜 条件下接种，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。 例如：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。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
1）分批式操作
基质一次性加入反应 器内，在适宜条件下接种 微生物进行发酵反应一定 时间，反应完成后将物料 全部取出的操作方式。
例如：灵芝胞外多糖的发酵
分批式操作过程中基质的体积变化
0～t1 辅助时间； t1～t2流加培养基时间； t2～t3培养时间； t3～t4放料时间； t4～t5辅助时间。
使用同一种反应器，进行多种产物生产； 易发生杂菌污染或菌种变异; 从培养液中提取产物采取分批式操作。
4-2-1生长曲线
分批式培养中微生物的生长曲线
4-2-1 生长曲线
微生物分批培养过程中，随培养的进行，基质浓度 下降，菌体 生 物 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如下5个阶段：
适用于实验室中的平板培养法和震荡培养。 通气与搅拌可有效增加氧的供应。 例如：谷氨酸发酵。
4-1 微生物反应器操作方式的分类与特点
①液体表面培养（如使用浅盘）；
微生物在液体培养基表面生长。液体培养基上接种霉菌 或放线菌，在培养基表面可由长出的气生菌丝形成菌盖，所 以也称为静置培养（对应于振荡培养）。