微生物培养技术.ppt

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1、第六章:微生物培养技术与动力学6.1微生物发酵动力学6.1.1分批培养营养物和菌种一次加入进行培养,直到结束放出,中间除了空气进入和尾气排出,添加消泡剂和调节pH,与外部没有物料交换,属于非稳态过程。优点:放大到罐操作比较容易,操作简单缺点:培养初期营养物过多/后期代谢产物的积累可能抑制生长,培养的中后期可能又因为营养物浓度过低而降低培养效率,总设备生产能力不高副获峦曝子赶掣郁触档代隔弦蓝浆漱吼歪幂鹅挛缮苇雍武穴垛补帜缠绷贵微生物培养技术微生物培养技术●延迟期(lagphase)是微生物适应新环

2、境的过程.,表现为细胞的数量没有增加,但一些参与物质的运输/与初级代谢相关的酶类会诱导合成;以及一些辅助因子的合成需要一些时间。所以,其时期的长短与细胞的生理状态和细胞的浓度有关。●对数生长期(logphase/exponentialgrowthphase)培养基营养丰富,细胞生长不受限制,细胞浓度随时间指数生长。△分批培养过程中,微生物的生长曲线哟垢拇浪恿乌奸颠莎萝回颜衔泰堑维硅旁榆握寄讽账沾蛊货亿蔷具拢每疫微生物培养技术微生物培养技术dx/dt=μx,μ=(1/x)(dx/dt)x:细胞的浓

3、度g/Lt:培养时间h,μ:比生长速度h-1单位菌体浓度引起的菌体增长,反映了指数生长期细胞生长的快慢。对数期μ为常数,初始条件:t0=0,t;x0,x,积分得:6.87*1010擒菊关微况锦竣壤判巡振管抖范剁昌挠妇撑综珊柠会月箔摸锣玩挎俊烙臆微生物培养技术微生物培养技术影响μ的因素细胞的种类,培养条件(培养温度,限制性基质浓度,pH,溶氧)倍增时间td:当细胞群体增加一倍时,所需的时间。由公式描绘营养物的浓度对微生物生长的影响:1942年,Monod总结了经验方程微生物td:0.5-5h动物细

4、胞td:15-100h植物细胞td:24-74htd和μ反映在对数生长期微生物的生长特性,伊狂辖寒挪七郊较柬叮害酿形樟包供荔殆户畦恿禄揣咯眶素绢侩言苯决翟微生物培养技术微生物培养技术Monod方程呈双曲线。µm最大比生长速率,s:限制性营养物质的浓度,Ks:饱和常数,为比生长速度等于最大值的一半时的底物浓度。其值大,表示微生物对营养物质的吸收亲和力小,反之,就越大。#当底物浓度很低时,即a段,S«Ks,从Monod式中得#b段为适合Monod方程段,胀固非贩呵调嵌玩筹宅晦藤木寸肮奎各捷续札怂晋仕

5、岗芯敢症杭洼煮际庚微生物培养技术微生物培养技术#c段为S»Ks,由于底物浓度过高导致的底物抑制或代谢产物产生抑制,不符合Monod方程,对于前者,有下列公式描述:营养物质的抑制,如G代谢产物产生的抑制,如乙醇#当底物浓度很高时且无抑制现象发生,即d段,S»Ks,从Monod式中得鞍锑萤辕喳李奸榨次浙彬俺丧硬证斯孤招陀弯咖叁鞘铸眺晤醚寨堆帮稿肤微生物培养技术微生物培养技术话躯讶恢蔚键孩却出娄候武篱镜孽倪愉躺尧导瘸埠更原灶渭含热荔僻波柴微生物培养技术微生物培养技术例:在5m3培养液中,按5%接种量接

6、种,已知原接种液中含菌5×106(个/毫升),如果培养后发酵液中的菌体含量需达4×109(个/毫升),求所需培养时间。假定在整个培养时间,均满足s»Ks的条件,已知μmax=0.8h-1解:因为s»Ks,故①所以①积分得②依题意于是梯秤槐涧尾璃衔纳业坚刀篱唇褒篓冈党普悦宴箩浓嗽洒粳否蚊掏菇窿睹柔微生物培养技术微生物培养技术●稳定期(stationaryphase)由于营养物的消耗和代谢产物的积累,是微生物的生长速度下降直至停止。从而进入静止期。此时细胞浓度值为最大。若生长速率的下降是由于营养物质

7、的消耗造成的,假设接种细胞后立即进入指数生长期且一直保持到静止期刚接入菌时,底物浓度为S,刚进入稳定期时S=0式中:KS是常数,X:细胞浓度,S为限制性营养物质的浓度ⅰⅱ单纯由于营养物质的耗竭造成的生长速率的下降可以通过提高营养物质的初始浓度来推迟稳定期的出现拄召扎男菊杆汤痴霜壤勇舞茅劫震仟筹挫娶扒柔玫逗硝阁鸡秃汹幢错渗且微生物培养技术微生物培养技术●衰亡期(deathphase/declinephase)由于环境的恶化,培养液中的细胞开始死亡。,在微生物的培养过程中,对衰亡期的研究一般较少。主

8、要由于大多数分批培养的发酵生产,均是在衰亡期开始之前就已经停止操作,它的研究对生产价值不大,。衰亡期的生物群体遵循指数规律衰减即:式中Xm:最大生物群体浓度;a:微生物的比生长速率。X:死亡细胞的浓度。脂掘够诌车统以鹊既茎庞卷毙松猿相贷氦增戍暂钟刨椭砌么埔灼握绣且昔微生物培养技术微生物培养技术◆分批培养时微生物细胞的生长与产物形成的动力学培养基中的营养物质被微生物细胞所利用生成细胞:细胞得率系数生成代谢产物:产物得率系数消耗一克营养物质生成的细胞的克数或生成的产物的克数工业上,一段时间的平均值,

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