2020年第五章 微生物反应器操作参照模板

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应用的场合

设备制作费用低;
反应器的非生产周期较长;
进行少量产品生产;

同一设备可进行多种产品生产;
由于频繁杀菌,易使检测装置损伤;
使用同一种反应器,进行多种产物生

高收率(若能对培养过程了解的深
由于每次培养均要接种,增加了生产成本
产;

入);

易发生杂菌污染或菌种变异

发生杂菌污染或菌种变异的几率低

节约劳动力;
需要原料的品质均一;
大量生产的产品);

反应器体积小(由于无非生产准备
设备投资高(控制、自动化等操作具有一
基质是气体、液体和可溶性固体;

时间);
定难度);
不易发生杂菌污染或菌种变异。

可确保产品品质稳定;
长时间培养,增加了杂菌污染或菌种变异

由于机械化操作,减少了操作人员
的几率;
的操作带来的污染;

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
人员的操作加大了污染的危险;
出现基质抑制;

性质,可获得产物高收率。
由于频繁杀菌,易使检测装置损伤。
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。
分批式操作特点

易机械化、自动化;
通融性低(同一装置不能生产多种产品); 需生产速率高的场合(对于同一品质,
需要非稳定过程控制费用;
从培养液中提取产物采取分批式操作

。Baidu Nhomakorabea
人员操作加大了污染的危险。


高通融性;
有反应器的非生产周期;
不能进行连续式操作;

可任意控制反应器中的基质浓度;
需要较高的劳动力(需要控制和高价的检
分批操作生产效率低;

可确保微生物所需的环境;
测装置);
希望延长反应时间;

如果能够了解菌体在分批过程中的
第五章 微生物反应器操作

本章拟解决问题:
1、微生物反应器操作基础(自学) **2、分批操作 **3、流加操作 **4、连续操作

5.1 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
根据所用培养基的状态,可分为液体发酵和固体 发酵
液体发酵根据微生物的聚集状态,又可分为深层 培养(浸没培养)、表面培养和附着培养
优点:①设备制作费用低;②同一设备可进行多种产 品生产;③发生杂菌污染或菌种变异概率低等
缺点:①反应器非生产周期长;②频繁灭菌易使检测 装置损伤;③每次培养均要接种导致生产成本增加; ④需要非稳定过程控制费用等

培养过程中基质体积变化
a 分批式操作 b 反复分批式操作 c 半分批式操作 d 反复半分批式操作

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 4-1b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。

分批式培养中微生物的生长曲线

5.2.2 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
Pall
Po2 out Po2 out Pco2 out
CO : 2
CER Qco2 X
F V
Pall
Pco2 out Po2 out Pco2 out
Pall
Pco2 Po2 in
in
Pco
2
in

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。
反应器内保持醪液的恒定,有一定困难(
几乎没有因杀菌,使检测装置损伤
由于产生气泡、丝状菌堵塞管路等)。
的可能。

5.2.1 生长曲线
分批培养中微生物的生长曲线如图5-2。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。
operation) 连续式操作(continuous operation)

5.2 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。
特点:①微生物所处的环境不断变化;②适合于少量 多品种的发酵生产;③发生杂菌污染时终止操作容易; ④可比较容易通过改变处理对策来改变运转条件变化 或转产新产品;⑤对原料组成要求较粗放等。
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。


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
当 t = 0 S S0 ; X X 0 ; P 0; 0 ;

0;
0;
e 连续式操作

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。