微生物反应器操作.

Pall
Po2 out Po2 out Pco2 out

CO ： 2
CER
Biblioteka Baidu Qco2 X

F V


Pall
Pco2 out Po2 out Pco2 out

Pall

Pco2 Po2 in
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Pco2
员的操作带来的污染； 几乎没有因杀菌，使检测装置损 伤的可能。
通融性低（同一装置不能生产多种产 品）； 需要原料的品质均一； 设备投资高（控制、自动化等操作具有 一定难度）； 长时间培养，增加了杂菌污染或菌种变 异的几率； 反应器内保持醪液的恒定，有一定困难 （由于产生气泡、丝状菌堵塞管路等） 。
需生产速率高的场合（对于同一品 质，大量生产的产品）； 基质是气体、液体和可溶性固体； 不易发生杂菌污染或菌种变异。
时
0;
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Qo2 (Qo2 )0 ;
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一般微生物的最适温度、最适pH的范围较窄。 例 如 ， Calam 等 人 研 究 了 温 度 对 产 黄 青 霉 （Penicillum chrysogenum）生长速率和青霉 素生成速率的影响，发现最适生长温度为30℃， 进行呼吸的最适温度为21.7～28.6℃，产物青霉 素的最适生成温度为24.7℃。生产中一般采用定 值控制。在这样的条件下，可以认为分批培养过 程中的动态特性取决于基质与微生物浓度（接种 量）及微生物反应的诸比速率的初始值，因此， 支配分批式培养统的主要因素是基质与微生物的 浓度的初始值。
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
应用的场合
分 批 式 操 作 特 点
分 设备制作费用低； 分 同一设备可进行多种产品生产； 批 高收率（若能对培养过程了解的 式 深入）； 操 发生杂菌污染或菌种变异的几率 作 低。
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。
分批式培养中微生物的生长曲线
4.2.2 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
4.2.1 生长曲线
分批培养中微生物的生长曲线如图4-2。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。
第四章 微生物反应器操作
主要内容 1、微生物反应器操作基础 2、分批操作 3、流加操作 4、连续操作
4.1 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 。
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。
4.2 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。
培 养 过 程 中 基 质 体 积 变 化
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。
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 4-1c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。
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
operation） 连续式操作（continuous operation)
不能进行连续式操作； 分批操作生产效率低； 希望延长反应时间； 出现基质抑制； 使用营养要求变异株 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。
连 易机械化、自动化； 连 节约劳动力； 续 反应器体积小（由于无非生产准 式 备时间）； 操 可确保产品品质稳定； 作 由于机械化操作，减少了操作人
进行少量产品生产； 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。
流 高通融性； 流 可任意控制反应器中的基质浓度 加； 式 可确保微生物所需的环境； 操 如果能够了解菌体在分批过程中 作 的性质，可获得产物高收率。
有反应器的非生产周期； 需要较高的劳动力（需要控制和高价的 检测装置）； 人员的操作加大了污染的危险； 由于频繁杀菌，易使检测装置损伤。
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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。
当 t=0 S S0; X X 0; P 0; 0;