《发酵工程》课件

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1、微生物发酵工程5微生物发酵类型及培养基微生物发酵的类型和方式培养基选择和配制的原则培养基的设计淀粉水解糖的制备基因工程菌的不稳定性及对策5微生物发酵类型及培养基25微生物发酵类型及培养基一．发酵类型：发酵类型是为了描述菌体生长，碳源利用与代谢产物形成速率变化，以及它们相互间动力学关系而确定的。5.1微生物发酵的类型和方式35微生物发酵类型及培养基1．动力学描述参数菌体生长速率比生长速率菌体得率系数产物得率系数（Vx）：单位体积，单位时间里生长的菌体量g/(Lh)（µ）：菌体浓度除菌体生长速率或繁殖速率h-

2、1（Yx/s）:消耗1g或1mol营养物质生成的菌体的g数或mol数（Yp/s）：消耗1g或1mol营养物质生成的产物的g数或mol数45微生物发酵类型及培养基231产物形成直接与碳源利用有关产物形成间接与碳源利用有关产物形成表面上与碳源利用有关2．发酵类型根据产物的形成与基质消耗的关系分55微生物发酵类型及培养基2．发酵类型IIIIII特点菌体生长，碳源利用和产物形成几乎都在相同的时间出现高峰。微生物生长和产物合成是分开的。糖既满足细胞生长所需能量又充作产物合成的碳源。产物形成一般在菌体生长接近或达到最

3、高生长时期。产物形成与碳源利用无准量关系。65微生物发酵类型及培养基75微生物发酵类型及培养基1．分批发酵：是一种准封闭式系统。一次投料，一次接种，一次收获的间歇式培养方式。培养过程中，接种物要经过5个时期。即延迟期、对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期。二．发酵方式：分批培养的特点：操作简单、周期短、染菌机会少和生产过程、产品质量易掌握。但是生产率相对较低。85微生物发酵类型及培养基95微生物发酵类型及培养基细胞浓度随培养时间呈指数增长。细胞浓度的变化率与细胞浓度成正比。2对数生长期细胞的比生长速率开始下

4、降3细胞浓度达到最大值，细胞的比生长速率为04活细胞浓度不断下降5细胞浓度的增加不明显。受菌龄和接种量的影响。1延迟期减速期静止期衰亡期特点105微生物发酵类型及培养基对数生长期：dX/dt=µX其中：X---细胞干重t---时间µ---比生长速率微生物的比生长速率µ与微生物的种类、培养温度、pH、培养基成分及限制性基质浓度等因素有关。115微生物发酵类型及培养基125微生物发酵类型及培养基分批培养过程的生产率P:生产率=产物浓度/发酵时间生产率是评价发酵过程的成本和效率的综合指标。在分批培养时，计算时间

5、还应包括放罐、清洗、装料和消毒的时间等非发酵过程所占用的时间。135微生物发酵类型及培养基145微生物发酵类型及培养基2.连续发酵：连续发酵是指在培养过程中，连续地向发酵罐中加入培养基，同时以相同的流速从发酵罐中排出含有产品的培养基的发酵方式。一般连续培养方式很多：搅拌发酵罐和管式反应器；恒化和恒浊；循环式和非循环式；单级和多级。155微生物发酵类型及培养基依据培养物的生长率是受到化学环境控制的。即培养基中某一限制性组分的作用。恒化12控制补充的培养基的流速，使培养液的细胞浓度保持恒定。恒浊165微生物发

6、酵类型及培养基连续发酵先作分批培养，让微生物生长繁殖达到一定程度，并进入产物合成期，然后开始以恒定的流量向发酵罐流加培养基，同时以相同的流量排放培养液，使发酵罐内培养液的体积保持恒定，微生物能持续生长并合成产物。进行单级连续培养时，流出的培养液进行固液分离后，经浓缩的细胞悬液再被送回发酵罐中的方法。把多个发酵罐串连起来，第一个罐的情况与单罐培养相同，以后下一罐的进料便是前一发酵罐的出料，这样就组成了多级串联连续培养。循环式单级连续培养多级串联连续培养非循环式：175微生物发酵类型及培养基单级连续培养进入稳

7、定状态后，细胞的比生长速率与稀释率相等。连续培养的最大特点：微生物细胞的生长速率、产物的代谢均处于恒定状态，可达到稳定、高速培养微生物细胞或生产大量的代谢产物的目的。生产率得以提高。185微生物发酵类型及培养基3．补料分批发酵在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基，而不从发酵罐中间断地放出培养液的培养方法。工业上利用分批补料培养以消除阻遏并保持通气条件。分批补料培养还可以防止培养基中某一组分的毒性。195微生物发酵类型及培养基205微生物发酵类型及培养基培养基：提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产

8、物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物。5.2培养基选择和配制的原则215微生物发酵类型及培养基一、培养基的类型和用途基础，繁殖和鉴别培养基天然合成和半合成孢子，种子和发酵培养基根据来源根据目的根据生产工艺225微生物发酵类型及培养基二.培养基的选择231从微生物的特点来选择从生产和科研的要求选择从经济效益方面考虑235微生物发酵类型及培养基对培养基的要求提供合成细胞和发酵产物的基本成分利于减少培养基原料的单耗利于提