连续培养的基本原理课件

1、表表1 1 微生物的生长现象与繁殖方式微生物的生长现象与繁殖方式类类 别别生长特征生长特征繁殖方式繁殖方式细菌细菌个体增重和增大个体增重和增大 分裂繁殖分裂繁殖放线菌、霉菌放线菌、霉菌菌丝伸长和分支菌丝伸长和分支霉菌霉菌-无性孢子、有性孢无性孢子、有性孢 子子酵母菌酵母菌个体增重和增大个体增重和增大 出芽生殖出芽生殖放线菌放线菌-无性孢子无性孢子XdtdXNdtdNnn21211ttXXdtdXX tXX12ln dtdXX1tXX12lnSKSsmaxmaxSSKSmaxmaxmax1)1(1SKSmax微生物微生物限制生长基质限制生长基质Ksm（hr）大肠杆菌大肠杆菌葡萄糖葡萄糖0.22/

2、大肠杆菌大肠杆菌乳糖乳糖0.58/啤酒酵母啤酒酵母乳糖乳糖2.63.00.18啤酒酵母啤酒酵母葡萄糖葡萄糖0.56/纤维素分解菌纤维素分解菌葡萄糖葡萄糖0.860.125固氮菌固氮菌葡萄糖葡萄糖0.160.330.13青霉菌青霉菌氧气氧气0.0070.35)exp(1maxSKSXdtdX)exp(11maxSKSdtdXX32)(! 31)(! 2!)(1)exp(SSSSKSKSKSKSSSKSKS1)exp(SKSmaxXXSKXSdtdXSmaxXSSKXdtdXS1maxPKKSKsSppmax222111maxSKSSKSSS带有两个生长期两种碳源（S1和S2）的二次生长S1S2X

3、恒化器：恒化器： 以某种必需以某种必需营养作为生长限营养作为生长限制基质，制基质，通过通过控控制流加速率制流加速率造成造成适应这种条件的适应这种条件的细胞生长密度和细胞生长密度和生长速率，培养生长速率，培养液中液中限制性底物限制性底物浓度保持恒定浓度保持恒定。恒浊器：恒浊器： 通过控制通过控制生长限制性生长限制性基质的基质的流量流量维持恒定的维持恒定的菌体密度。菌体密度。FFXSPXSPX0S0FFXSPXSPX0S0）：稀释率（）（其中：）（）（恒定不变1003 . 1 . 5/2 . 1 . 5, 0) 1 . 1 . 5 ()()(hDVFDxDdtdxVxxVxxFdtdxV)5 .1

4、 .5()()()4 .1 .5()11()(/0/0 xmrssDdtdsxdtdpdtdxVssFdtdsVssppsxsspsxYYmYY或FFXSPXSPX0S0）（或）（），得）代入（将（或生成生成9.1.58.1.56.1.57.1.5)7.1.5()()6.1.5()(/pDxrdtdppDxdtdpxrxdtdppFdtdpVdtdpVpxppxpYY)10. 1 . 5 (0dtdpdtdsdtdx由（由（5.1.25.1.2）、（）、（5.1.55.1.5）和（）和（5.1.95.1.9）得：）得：)13. 1 . 5(00)12. 1 . 5(0)()()11. 1 .

5、5(0/0DpxpxDxssDDrYmYrYpspssppsx或)15. 1 . 5()()14. 1 . 5(0/ssxDYsx根据根据MonodMonod方程方程)17. 1 . 5()(14. 1 . 515. 1 . 5)16. 1 . 5(0/DDsxsmssxmsKYK）得：），并及（代入（）（）（为：定义临界稀释率），此时结合（时，当可知：，由19. 1 . 518. 1 . 5015. 1 . 5)16. 1 . 5(0000mcritssmcritcritmDsKsKsDDxssDD当当DDDDcritcrit时，时， X=0, P=0,X=0, P=0,恒化恒化器内无菌体与

6、器内无菌体与产物，这种现产物，这种现象称为象称为“洗洗出出”，因此当，因此当以生产菌体为以生产菌体为目的时，不能目的时，不能在最高产率的在最高产率的稀释率下操作，稀释率下操作，菌体容易洗出，菌体容易洗出，应降低应降低D D，操作，操作也稳定。也稳定。代谢产物浓度与产率代谢产物浓度与产率若产物合成为非生长偶联型，若产物合成为非生长偶联型，r rP P= Q= QP PX X)20. 1 . 5()(/0SPPSXSmSPPYQYDmDDKSQDXQP若产物合成为生长偶联型若产物合成为生长偶联型)21.1.5()(/0SPPSXSmSYQYDmDDKSkP若产物合成为部分生长偶联型若产物合成为部分

7、生长偶联型)22. 1 . 5()(/21/021SPSXSmSYkDkYDmDDKSkDkP)2 . 2 . 5()(0/DDsDPmssxKY）（则最大生产率为：），得）代入（将（5 .2 .5)4 .2 .5()()(17.1 .53 .2 .5)3 .2 .5(12000/max00/0maxSKSKSYXDPKSKKSYXSKKDsssxmmmssssxmssm连续培养时细胞浓度、限制性基质浓度、细胞生产连续培养时细胞浓度、限制性基质浓度、细胞生产率与稀释率的关系率与稀释率的关系）（）（）简化为：（，）（，6 . 2 . 5ln5 . 2 . 501)5 . 2 . 5(ln100/

8、0000002000/maxXXtttXXtttXXXXmDLTmmsxbcsssDLTmmmsssxbmmbcYPPSKSSKKSSKSKSYPXDPPtmssxtmssxmssxsxpxsDDDDDxDDsKsYpKsYKggY,)()()/(505.00/0/分别计算出及，根据：连续培养结果与正常情况发生偏差连续培养结果与正常情况发生偏差X1S1V1F F(1+ )F FF1X2X1浓缩细胞浓缩细胞CX1DCDCsDCDCsCssxDCmssxmssxKYxKY)1 ()1 (1)1 ()1 (1)()1 (0/10/F S0X1S1V1F S1X2S2V2F2D11)1(2122xxDxVxFD221122)(0/1ssYxsx)(2221212/2sDsFsVVFYxsxS0 F0)(2221/2ssDYxsx确定最佳培养条件确定最佳培养条件建立选择性的培养环境建立选择性的培养环境生长速率不同的菌种在连续培养中的生长速率不同的菌种在连续培养中的“去去