发酵工程课件

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5微生物发酵类型及培养基 微生物发酵类型及培养基
1）生物素 ） 作用：影响产生菌细胞膜的通透性， 作用：影响产生菌细胞膜的通透性，同时 影响菌体的代谢途径。一般5g/L。 影响菌体的代谢途径。一般 。
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（Yp/s）： ） 消耗1g或 消耗 或 1mol营养 营养 物质生成 的产物的 g数或 数或mol 数或 数
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2．发酵类型 ．
根据产物的形成与
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产物形成表 面上与 碳源利 用有关
产物形成间接 与碳源利用有 关
产物形成直 接与碳源利用 有关
基质消耗的关系分
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分批培养过程的生产率 P: 生产率=产物浓度 产物浓度/发酵时间 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 在分批培养时，计算时间还应包括放罐、 标。在分批培养时，计算时间还应包括放罐、清 洗、装料和消毒的时间等非发酵过程所占用的时 间。
多级串联 连续培养
进行单级连续 培养时， 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。 的方法。
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先作分批培养， 先作分批培养，让 微生物生长繁殖达到 一定程度， 一定程度，并进 入产物合成期， 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， 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。 长并合成产物。
2
细胞浓度随 培养时间呈 指数增长。 指数增长。 细胞浓度的 变化率与细 胞浓度成正 比。
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4
细胞浓度达 到最大值， 到最大值， 细胞的比生 长速率为0 长速率为
5
细胞的比生 长速率开始 下降
活细胞浓 度不断下降
延迟期
对数生长期
减速期
静止期
衰亡期
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对数生长期： 对数生长期： dX /dt = X 其中： X--- 细胞干重 其中： t--- 时间 --- 比生长速率 与微生物的种类、培养温度、 微生物的比生长速率 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。 培养基成分及限制性基质浓度等因素有关。
一、培养基的类型和用途
根据来源
根据目的
根据生 产工艺
天然 合成 和半 合成
基础 ，繁殖 和鉴 别培 养基
孢子， 孢子， 种子和 种子和 发酵培 发酵培 养基
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二.培养基的选择 培养基的选择
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从经济效 益方面考虑
从生产和科 研的要求选 择
从微生物 的特点来选 择
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6
影响细 胞膜的 透性； 透性； 钙还影 响磷酸 盐的浓 度
是链霉素 发酵的必 需元素
维持细 胞渗透 压
铁
镁
锌
钴
钾和钠
钾和钙
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5．生长因子 ．
微生物生长不可缺少的微量有机物， 微生物生长不可缺少的微量有机物，称为生长 因子。如氨基酸，嘌呤，嘧啶，维生素等。 因子。如氨基酸，嘌呤，嘧啶，维生素等。 作用：构成细胞的组成成分， 作用：构成细胞的组成成分，促进生命活动的进 行。
1 能源物质
光能：光能自养微生物的能源。 光能：光能自养微生物的能源。极端嗜盐菌进行海 微生物的能源 水淡化， 水淡化，藻类发酵等 氢、硫、氨、亚硝酸盐、亚铁盐等是 化能自养微生 亚硝酸盐、亚铁盐等是 化能自养微生 物的能源。 物的能源。 碳水化合物等有机物、石油、 碳水化合物等有机物、石油、天然气及石油化工产 等有机物 品是异养微生物的能源。 异养微生物的能源 品是异养微生物的能源。
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3．补料分批发酵 ．
在分批培养过程中， 在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培 养基， 养基，而不从发酵罐中间断地放出培养液的培养 方法。 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。 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。 组分的毒性。
把多个发酵罐 串连起来， 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， 出料，这样就 组成了多级串 联连续培养。 联连续培养。
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单级连续培养进入稳定状态后， 单级连续培养进入稳定状态后，细胞的比生长速率与稀释率 相等。 相等。 连续培养的最大特点：微生物细胞的生长速率、 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， 的代谢均处于恒定状态，可达 到稳定、 到稳定、高速培养微生物细胞 或生产大量的代谢产物的目 生产率得以提高。 的。生产率得以提高。
3 氮源物质 有机氮和无机氮
菌体细 胞结构
作用
含氮代 谢产物
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细胞提 供能源
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花生饼粉，黄豆饼粉， 花生饼粉，黄豆饼粉， 棉籽饼粉，酵母粉， 棉籽饼粉，酵母粉， 麦麸，鱼粉，蚕蛹粉， 麦麸，鱼粉，蚕蛹粉， 玉米浆，蛋白胨，尿素， 玉米浆，蛋白胨，尿素， 废菌体和酒糟
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5.2 培养基选择和配制的原则
培养基：提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢 培养基： 产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的 产物所需要的， 混合物。 混合物。
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5微生物发酵类型及培养基 微生物发酵类1． 分批发酵： 是一种准封闭式系统。 一次投 ． 分批发酵： 是一种准封闭式系统。 一次接种，一次收获的间歇式培养方式。 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、 个时期。 养过程中，接种物要经过 个时期。即延迟期、 对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期。 对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期。
氨水， 铵盐和 硝酸盐
有机氮
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无机氮
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4．无机盐和微量元素 ．
磷，镁，硫，铁，钾，钠，铅， 氯，锌 ，钴 ，锰 浓度对细胞的生长和产物合成有促进作 促进 等。较低浓度对细胞的生长和产物合成有促进作 而在高浓度时常表现出显著的抑制 抑制作用 用， 而在高浓度时常表现出显著的抑制作用
发酵类型： 一． 发酵类型：
发酵类型是为了描述菌体生长，碳源利 发酵类型是为了描述菌体生长， 用与代谢产物形成速率变化， 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。 互间动力学关系而确定的。
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1．动力学描述参数 ．
菌体 生长 速率
硫
硫酸钠
硫代 硫酸钠
产物
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1
细胞色素， 细胞色素， 细胞色素氧 化酶， 化酶，过氧 化物酶等的 组成成分， 组成成分， 是微生物有 氧氧化的必 不可少的元 素
2
己糖磷酸化 酶， 柠檬酸 脱氢酶， 脱氢酶， 羧 化酶等的激 活剂。 活剂。
3
4
是维生素 B12的激活 剂，可以 促进产物 合成
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1
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。 作用。
2
控制补充的培养基 的流速， 的流速，使培养液 的细胞浓度保持恒 定。
恒化
恒浊
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连续发酵
循环式
单级连 续培养 非循环式： 非循环式：
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2. 连续发酵：连续发酵是指在培养过程中，连续地 连续发酵：连续发酵是指在培养过程中， 向发酵罐中加入培养基， 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。 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； 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。 恒浊；循环式和非循环式；单级和多级。
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2．发酵类型 ．
特 点
I
II
III
菌体生长， 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。 现高峰。
微生物生长和 产物合成是分 开的。 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 近或达到最高 生长时期。产 生长时期。 物形成与碳源 利用无准量关 系。
比生 长速率
菌体得 率系数
产物得 率系数
）：单 （Vx）：单 ）： 位体积， 位体积，单 位时间里生 长的菌体量 g/(L h)
（）： ）： 菌体浓度 除菌体生 长速率或 繁殖速率 h-1
（Yx/s）: ）
消耗1g或 消耗 或 1mol营养 营养 物质生成 的菌体的g 的菌体的 数或mol 数或 数
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