1、微生物发酵技术-发酵基本原理目目 录录ContentContent基本概念010102021.基本概念1.1.基本概念基本概念微生物发酵：指利用微生物体来制得产物的需氧或厌氧的任何过程。1.1.基本概念基本概念二次或隐形生长：由于细胞的自溶作用，一些新的营养物质，诸如细胞内的一些糖类蛋白质等被释放出来，又作为细胞营养物质，从而使活细胞在稳定期又缓慢地生长，通常称二次或隐性生长。1.1.基本概念基本概念临界比生长速率：在发酵过程中，不断有菌体细胞的衰老和死亡，也不断有生物合成酶系的蜕变与失活。为了使死亡的细胞和失活的酶系不断得到更新，就必须保持一定的菌体生长速率。满足这种更新需要，从而确保产物持
2、续合成（即保持比生产率稳定）的最低比生长速率称为临界比生长速率。1.1.基本概念基本概念生长相关型：生长相关型：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，即表现出产物形成直接与碳源利用有关。这一型中又分为两种情况，即菌体生长型和代谢产物型。生长部分相关型：在发酵的第一时期菌体迅速增长，而产物的形成很少或全无；在第二时期，产物以高速度形成，生长也可能出现第二个高峰，碳源利用在这两个时期都很高。生长不相关型：产物形成一般在菌体生长接近或达到最高生长时期，即稳定期。产物形成与碳源利用无准量关系，产量远低于碳源的消耗量。2.发酵方法2.2.发酵方法发酵方法分批式发酵：在一个密闭系统内投入
3、有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。2.2.发酵方法发酵方法分批式发酵：在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。微生物分批培养是一种非衡态的过程：在分批培养过程中，随着微生长细胞和底物、代谢物的浓度等的不断变化，微生物的生长可分为停滞期、对数生长期、稳定期和死亡期等四个阶段，下图为典型的细菌生长曲线。分批式发酵：2.2.发酵方法发酵方法016时间菌数的对数分批培养过程中典型的细菌生长曲线2.2.发酵方法发酵方法分
4、批式发酵：停滞期 接种物的生理状态和浓度是停滞期长短的关键。如果接种物处于对数生长期，那么就很有可能不存在停滞期，微生物细胞立即开始生长。反过来，如果接种物本身已经停止生长，那么微生物细胞就需要有更长的停滞期，以适应新的环境。停滞期是微生物细胞适应新环境的过程。2.2.发酵方法发酵方法分批式发酵：10016时间菌数的对数abcd对数生长期 处于对数生长期的微生物细胞的生长速度大大加快，单位时间内细胞的数目或重量的增加维持恒定，并达到最大值。2.2.发酵方法发酵方法10016时间菌数的对数分批培养过程中典型的细菌生长曲线abcd稳定期 特点：2、出现二次或隐性长。1、所有微生物停止生长或细胞增加
5、速度与死亡 速率相等 2.2.发酵方法发酵方法10016时间菌数的对数分批培养过程中典型的细菌生长曲线abcd死亡期 1、微生物细胞内所储存的能量已经基本耗尽，细胞开始在自身所含的酶的作用下死亡。特点：2、细胞死亡速率大于增加速度。3、此时也是细胞产生或释放对人类有用的抗生 素等次生代谢产物的时期。2.2.发酵方法发酵方法优点缺点1、发酵周期短2、质量容易控制3、不易染菌1、非衡态过程2、易出现二次生长现象。2.2.发酵方法发酵方法分批式发酵的特点：单细胞蛋白、氨基酸、抗生素、维生素、酶制剂、有机酸等的生产过程 1、基本概念 指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。发酵工业应
6、用2.2.发酵方法发酵方法补料分批发酵：流加式发酵单一补料分批发酵在分批式操作的基础上，开始时投入一定量的基础培养基，到发酵过程适当时期，开始连续补加碳源或（和）氮源或（和）其它必须物质，但不取出培养液，直到发酵终点，产率达最大化，停止补料，最后将发酵液一次全部放出。操作方式2.2.发酵方法发酵方法补料分批式发酵的类型：半连续发酵反复分批式或换液式补料发酵是指菌体和培养液一起装入发酵罐，在菌体生长过程中，每隔一定时间取出部分发酵培养物（行业中称为“带放”），同时补充同等数量的新的培养基，然后继续培养，直到发酵结束，取出全部发酵液。操作方式2.2.发酵方法发酵方法补料分批式发酵的类型：与分批培养
7、方式比较与连续培养方式比较1、可以解除培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应；2、对于耗氧过程，可以避免在分批培养过程中因一次性投糖过多造成的细胞大量生长、耗氧过多以至通风搅拌设备不能匹配的状况；在某种程度上可减少微生物细胞的生成量、提高目的产物的转化率；3、微生物细胞可以被控制在一系列连续的过渡态阶段，可用来控制细胞的质量；并可重复某个时期细胞培养的过渡态，可用于理论研究。1、不需要严格的无菌条件；2、不会产生微生物菌种的老化和变异；3、最终产物浓度较高，有利于产物的分离；4使用范围广。2.2.发酵方法发酵方法补料分批式发酵的特点：n菌体完全保留在发酵罐中，在培养过程中不断补充新的培养基，同时取出部分符合要求的培养液。操作方式2.2.发酵方法发酵方法灌流式发酵：n特点：及时去除代谢产物，并补充营养物质，优化培养条件。n采用中空纤维生物反应器。2.2.发酵方法发酵方法灌流式发酵：指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的液量维持恒定，使微生物细胞能在近似恒定状态下生长的微生物培养方式。操作方式2.2.发酵方法发酵方法连续发酵：单罐连续发酵多罐连续发酵2.2.发酵方法发酵方法连续发酵：思考题 补料分批发酵的优点是什么？1 连续式发酵的主要发展障碍是什么？2
