微生物反应动力学及过程分析课件

生物反应动力学5发酵作用：所谓的发酵，广义的讲就是利用微生物或生物化学的手段，将各种物质加以改变，然后利用由此产生的能量及代谢中间体，而得到各种有用的物质过程。5.1发酵发酵的类型

根据微生物的种类不同，可分为好氧性发酵、厌氧性发酵和兼性发酵。（1）好氧性发酵(aerobicfermentation)：在发酵过程中需要通入一定量的无菌空气，满足微生物呼吸需要。e.g.Bacillussubtilis-----------amylaseCorynebacterium265-----------inosinicacidAsp.nigerUv06---------citricacid

C.glutamicumAs1299---------glutamicacid生物反应类型：简单反应：以酶、固定化酶、细胞、固定细胞等为催化剂。复杂反应：以增殖细胞为催化剂，将培养基转化为新的细胞和代谢产物。生物反应动力学以反应过程的物料平衡为基础，研究细胞生长、底物（营养物）消耗和产物生产率之间的关系和特点。5.2培养过程的物料平衡菌体生长速率：单位体积、单位时间生长的菌体量（g/h.L)

dc(X)dt=µc(X)或µ=1c(X)·dc(X)dtμ除受细胞自身的遗传信息支配外，还受环境因素的影响。vx=5.1.1得率系数和比速率碳源+氮源+氧细胞+产物+CO2+H2O△X+△P+△CO2+△H2O

细胞关于基质的得率系数：即每消耗1g基质所生成的细胞克数.

其倒数反映了生成单位质量细胞所需碳源量YX/S=X-X0S-S0=-△X△SS0-SX-X0△S△N△O2++当基质既是能源又是碳源时，就应考虑维持能量，即：碳源总消耗量=用于生长的消耗速率+用于维持代谢的消耗速率1YG

·c(X)菌体生长得率系数m菌体维持代谢的维持系数+=vSvxμc(X)YX/S-vxYX/Svs=-==dc(s)dt基质的消耗速率vs氧的比消耗速率Qo2=-1Xdo2dt二氧化碳比生成速率Qco2=1XdCO2dt无因次产物得率yp

yp=Yp/s，α3是产物含碳量对A式中的碳元素进行物料平衡，有：D:α1（-ΔS)=α2ΔX+α3ΔP+α4ΔCO2将其写成比速率的关系，则有：E:α1Qs=α2μ+α3Qp+α4Qco2α3α1对A式中各种物质完全氧化时的需氧量衡算：F:

AQs=Bμ+Qo2+CQpA是碳源完全燃烧的需氧量；B是细胞完全燃烧的需氧量，对微生物细胞大约为45mmolO2/g菌体；C是产物完全燃烧的需氧量；并假定菌体和产物中的氮在燃烧时都成为氨。由上可知，如果测定了μ、Qs以及Qo2或Qco2根据式E和F可判断过程中是否有产物包括中间代谢产物生成。如果产物的生成可以忽略，有式F可得到：Qo2=AQs-Bμ整理后得到：1/Yx/o=A/YX/S-B因此在没有产物形成时，按照YX/S和Yx/o关系，可以估计菌体生成的需氧量。在基本培养基中，细胞所消耗的碳源，用于产生能量、合成细胞成分及产物，可用下式表示：（-ΔS）=（-ΔS）M+（-ΔS）G+（-ΔS）A+（-ΔS）P则有（-ΔS）M=mX∆tm为维持系数，X为菌体浓度。

（-ΔS）G=∆X/Y'G

Y'G

用于生长的能量得率系数产生能量维持代谢所消耗的碳源产生能量供细胞生长所消耗的碳源同化作用构成细胞所消耗的碳源形成产物所消耗的碳源同化作用构成细胞所消耗的碳源中的碳转化为细胞成分：α1（-ΔS）A=α2ΔX如果无产物形成：则ΔSp=0,Qs=m+μ/YG其中：YG==α1Y'G

α1+α2Y'G

∆X（-ΔS）G+（-ΔS）AP200如果随细胞生长有产物形成：则由（-ΔS）=（-ΔS）M+（-ΔS）G+（-ΔS）A+（-ΔS）P可以得出：Qs-Qp/Yp=m+μ/YG其中Yp是产物的最大得率系数Yp=-ΔP/ΔSp在复合培养基中培养细胞，可以认为培养基中的有机氮源用于合成细胞物质，碳源仅用来提供能量，当无产物生成时，（-ΔS）=（-ΔS）M+（-ΔS）G于是

Qs=m+μ/Y'G当有产物形成时，

Qs-Qp/Yp=m+μ/Y'G

5.2微生物生长动力学无论好氧与厌氧发酵都可以通过深层培养来实现，这种培养均在具有一定径高比的圆柱形发酵罐内完成。(4)反复半分批式操作流加操作完成后，取出部分反应系，剩余部分重新加入一定量底物，再按流加式操作进行。(5)连续式操作反应开始后，一方面把底物连续地供给到反应器中，另一方面又把反应液连续不断地取出，使反应条件不随时间变化。5.2.1分批发酵法

发酵工业中常见的分批方法是采用单罐深层培养法，每一个分批发酵过程都经历接种，生长繁殖，菌体衰老进而结束发酵，最终提取出产物。这一过程中在某些培养液的条件支配下，微生物经历着由生到死的一系列变化阶段，在各个变化的进程中都受到菌体本身特性的制约，也受周围环境的影响。分批发酵的特点微生物所处的环境是不断变化的可进行少量多品种的发酵生产发生杂菌污染能够很容易终止操作.当运转条件发生变化或需要生产新产品时，易改变处理对策对原料组成要求较粗放分批培养条件下微生物的生长曲线减速期

(一)延滞期把微生物从一种培养基中转接到另一培养基的最初一段时间里，尽管微生物细胞的重量有所增加，但细胞的数量没有增加。这段时间称之为延滞期。

延滞期细胞特点：细胞本身面临着一系列的变化，如PH值的改变、营养物质供给增加等。因而，延滞期的微生物主要是适应新的环境，让细胞内部对新环境作出充分反应和调节，从而适应新的环境。从生理学的角度来说，延滞期是活跃地进行生物合成的时期。微生物细胞将释放必需的辅助因子，合成出适应新环境的酶系，为将来的增殖作准备。影响延滞期长短的因素接种材料的生理状态，如果接种物正处于指数生长期，则延滞期可能根本就不出现，微生物在新的培养基中迅速开始生长繁殖，如果接种物在原培养基中已将营养成分消耗殆尽，则要花费较长时间来适应新培养基。培养基的组成和培养条件也可影响延滞期的长短。接种物的浓度对延滞期长短也有一定影响，加大接种浓度可相应缩短延滞期。延滞期长短对发酵结果的影响种子培养基和培养条件必须合适，只有这样才能获得高的产量。接种后延滞期的长短关系到发酵周期的长短，而与产物形成速率和产率并无必然联系。实际生产过程中，为缩短发酵周期、提高设备利用宰、提高体积生产率，就必须尽可能地缩短延滞期。解决途径：一是尽量选择处于指数生长期的种子；二是扩大接种量。但是，如果要扩大接种量，又往往需要多级扩大制种，这不仅增加了发酵的复杂程度，又容易造成杂菌污染，故而应从多方面考虑。关于延滞期的计算，研究人员认为，培养液中存在某种物质，达到一定浓度时延迟期结束，并提出以下关系：c=αv+βn0t+rtc是物质浓度；v是种液体积；n0是种液中细胞的浓度；α是种液中该物质浓度；βn0是该物质的生产速度；r细胞内该物质的生产速度；当c达到临界值C'时，延迟期结束，延滞期L=c/β-αv/βn0+r/β

(二)指数生长期对细菌、酵母等单细胞微生物来讲，单位时间内其细胞数目将成倍增加。而对于丝状微生物而言，单位时间内其生物量将加倍。此时，如以细胞数目或生物量的对数对时间作一对数图，将得一直线，因而这一时期称作指数生长期。指数生长期细胞特点细胞保持均恒生长。不断吸收培养基中的营养成分以合成自身物质，并不断向培养基中分泌代谢产物。由于此时培养基中的营养成分远远过量，且积累的代谢产物尚不足以抑制微生物本身的生长繁殖，因而微生物的生长速率不受这些因素的影响，而仅与微生物本身的比生长速率μ及发酵液中的生物量浓度X(g/L)相关。对于单细胞的微生物来说，还可进一步简化为N—培养基中的细胞密度。对于特定的微生物而言，其比生长速率μ只与三个因素有关。限制性营养物质的浓度、最大比生长速率μm、底物相关常数Ks。假定营养物质进入细胞后，立即被利用而不积累，则存在以下关系式：

Ks一一底物相关常效，为μ为1/2μm时限制性营养物质的浓度。如果各种营养物质均大大过量的话，则μ=μm，这时便是指数生长期。也就是说，处于指数生长期的微生物,其生长繁殖不受营养物质的限制，因而具有最大比生长速率。如果发酵的目的是为了获得微生物菌体的话，则应尽量设法维持指数生长期。

微生物的最大比生长速率在工业上的意义为保证工业发酵的正常周期，要尽可能地使微生物的比生长速率接近其最大值。最大比生长速率不仅与微生物本身的性质有关，也与所消耗的底物以及培养的方式有关。限制微生物生长代谢的并不是发酵液中营养物质的浓度，而是营养物质进入细胞的速度。倍增时间或增代时间：即细胞浓度增加一倍所需的时间，td=ln2/μ=0.693/μ在复合培养基中，有时看不到对数生长期，原因是随细胞生长，限制性因素随细胞生长不断变化的结果。

(三)稳定期在细胞生长代谢过程中，培养基中的底物不断被消耗，一些对微生物生长代谢有害的物质在不断积累。受此影响，微生物的生长速率和比生长速率就会逐渐下降进入减速期，直至完全停止，这时就进入稳定期。处于稳定期的生物量增加十分缓慢或基本不变；但微生物细胞的代谢还在旺盛地进行着，细胞的组成物质还在不断变化。在减速期，营养物质限制生长的典型形式可用Monod方程表示：

μ=μmS/(KS+S)稳定期：随着营养物质耗尽或有害代谢产物的积累，细胞生长速率和死亡速率相等，μ=α，细胞浓度保持恒定，这一阶段称为静止期。静止期细胞的表观比生长速率为0，细胞浓度达最大。如果是由于某种营养物质的耗尽，而且在细胞的生长过程中，细胞的得率系数Yx/s不变，则静止期细胞的浓度：Xm=Xo+Yx/sSo即最大生长速率与限制性基质的初始浓度呈线性关系，当Xo=0时，Xm与So呈正比关系。稳定期往往是微生物大量生产有用的代谢产物尤其是次级代谢产物如抗生素的阶段。对于一些营养缺陷型菌株，待生长达到一定程度后，停止供应某种营养物质，使菌体停止生长，维持一定浓度，同时提供合成产物所需的物质，可以大大地延长生产期，提高产物的收得率。此时，有的细胞开始老化、裂解，形成芽孢，并向培养基中释放出新的碳水化合物和蛋白质等，这些物质可以用来维持生存下来的细胞的缓慢生长。当微生物赖以生存的培养基中存在多种营养物质时，微生物将优先利用其易于代谢的营养物质，至其耗用完时，降解利用其他营养物质的酶才能诱导合成或解除抑制。

(四)死亡期在死亡期，细胞的营养物质和能源储备已消耗殆尽，不能再维持细胞的生长和代谢，因而细胞开始死亡。这时，以生存细胞的数目的对数对时间作半对数图，可得一直线，这说明微生物细胞的死亡呈指数比率增加。在发酵工业生产中．在进入死亡期之前应及时将发酵液放罐处理。分批培养中的基质消耗-ds/dt==µX/Yx/s对于碳源：-ds/dt=

1Yx/sdXdtμXYG+mX+QpXYp如果产物的合成可以忽略，则：-ds/dt=μXYG+mX合并（1）和（2）式得：（1）式（2）式

1Yx/s=

1YG+mμ分批发酵产物形成的动力学(一)生产连动型产物形成(I型发酵)生产连动型产物通常都直接涉及微生物的产能降解代谢途径，或是正常的中间代谢产物。酵母发酵生成酒精，以及葡萄糖酸和大部分氨基酸、单细胞蛋白等初级代谢产物或细胞蛋白生产都属于这种类型。在这种类型的发酵中，微生物的生长、碳水化合物的降解代谢和产物的形成几乎是平行进行的，营养期和分化期彼此不分开。分批生物工艺中各种比速率(生长速率μ、基质消耗qk和产物形成qp)之间关系的图示生产连动型生产连动型产物的生成反应可表示如下：生产连动型产物的合成速率与微生物的比生长速率以及培养基中的菌体浓度呈正比。产物形成的比速率则与微生物的比生长速率呈正比。所以，对于这种类型的产物来说，调整发酵工艺参数，使微生物保持高的比生长速率，对于快速获得产物、缩短发酵周期十分有利。(二)部分生长连动型产物形成(II型发酵)部分生长连动型产物又称混合型产物，它们通常都间接地与微生物的初级产能代谢途径相关，是由产能代谢派生的代谢途径产生的。其生成反应可表示为；柠檬酸、衣糠酸、乳酸和部分氨基酸为这种类型产物的典型代表。在分批发酵中，这种类型产物的形成分成两个极限：起初，微生物消耗大量底物用于产能代谢和生长，而产物形成很缓馒，甚至根本不形成；

此后，当微生物的生长速率开始减慢后，细胞开始大量消耗底物以合成产物。对这类产物来说，营养期和分化期在时间上是彼此分开的。分批生物工艺中各种比速率(生长速率μ、基质消耗qk和产物形成qp)之间关系的图示(b)部分生长连动型产物的形成只与发酵液中的菌体浓度有关，而微生物的生长速率对它无直接影响。对于这一类型发酵，只要能保证获得足够高浓度的生物量，就可以获得高速率的产物合成。产物的生成速率既与细胞的生长速率有关，也和细胞浓度有关。dp/dt=α*μX+βX,简化得Qp=α*μ+β

(三)非生长连动型产物形成(Ⅲ型发酸)非生长连动型的产物一般不是直接或间接来自微生物的产能降解代谢，而是通过两用代谢途径合成的。在这一类型的发酵中，起初是微生物的初级代谢和菌体生长，而没有产物的合成。此时，营养物质的消耗非常大。

当培养基中的营养物质消耗尽、微生物的生长停止以后，产物才开始通过中间代谢大量合成。即产生该类产物的微生物，其营养期和分化期在时间上是完全分开的。

dp/dt=QpX或=μX

非生产连动型的产物大多数是微生物的次级代谢产物，大多数的抗生素和生物毒素，以及维生素类。分批生物工艺中各种比速率(生长速率μ、基质消耗qk和产物形成qp)之间关系的图示c)非生长连动型

5.2.2连续培养技术与在密闭系统中进行的分批培养相反，连续培养是在开放系统中进行的。所谓连续培养，是指以一定的速率向发酵液中添加新鲜培养基的同时，以相同的速率流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定不变，使培养物在近似恒定状态下生长的培养方法。

恒定状态可以有效地延长分批培养中的指数生长期。在恒定的状态下，微生物所处的环境条件，如营养物质浓度、产物浓度、pH值，以及微生物细胞的浓度、比生长速率等可以始终维持不变，甚至还可以根据需要来调节生长速率。ds=0;dp=0;dX=0;dμ=0

连续培养的工艺种类

1．均匀混合的生物反应器在这种反应器中，培养基经搅拌而混合均匀，反应器中的各部分培养基间不存在浓度梯度。这种连续培养装置又可进一步分为恒化器和恒浊器两种。(1)恒化器是一种设法使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置。这是一种通过控制某一种营养物的浓度，使其始终成为生长限制因子的条件下达到的，因而可称为外控制式的连续培养装置。在恒化器中，一方面菌体密度会随时间的增长而增高，另一方面，限制生长因子的浓度又会随时间的增长而降低，两者互相作用的结果，出现微生物的生长速率正好与恒速流入的新鲜培养基流速相平衡。这样，既可获得一定生长速率的均一菌体，又可获得虽低于最高菌体产量，却能保持稳定菌体密度的菌体。(2)恒浊器是根据培养器内微生物的生长密度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。在这一系统中，当培养基的流速低于微生物生长速度时，菌体密度增高，这时通过光电控制系统的调节，可促使培养液流速加快，反之亦然，并以此来达到恒密度的目的。因此，这类培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的。在恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。在生产实践上，为了获得大量菌体或与菌体生长相平行的某些代谢产物如乳酸、乙醇时，都可以利用恒浊器。在恒浊器中，微生物可维持该培养在分批培养时达到的最大生长速率。一般来说，恒浊器较难控制，目前大多数研究工作者都利用恒化器进行连续培养的研究。群体生长速率与临界底物浓度的关系

2，活塞流反应器这是一种不均一的管状反应器，培养基由反应器的一端流入，而从另一端流出。在这种反应器中，没有返混现象，因而，反应器内的培养基呈极化状态，在其不同的部位，营养物的成分、细胞数目、传质效果、氧供应和生产量都不相同。对于这类反应器，在其入口处，加入物料的同时也必须加入微生物细胞。通常是在反应器的出口处装一支路，使细胞返回，也可以来自另一连续培养装置(种子供应系统)。恒化器(A)、恒浊器(B)和活塞流反应器(c)中的连续发酵另外，这种反应器常用于固定化菌和固定化细胞所催化的反应，这时就无需再在进料口处加入催化剂。连续培养在生产上的应用还很有限的原因①许多方法只能连续运转20一200小时，而工业系统则要求必须能稳定运行500一1000小时以上；②工业生产规模长时间保持无菌状态有一定困难；③连续培养所用培养基的组成要保持相对稳定，这样才能取得最大产量，而工业培养基的组成成分，如玉米浆、蛋白胨和淀粉等，在批与批之间有时会出现较大变化；④当使用高产菌株进行生产时，回复突变可能发生。在连续培养过程中，回复突变的菌株有可能会取代生产菌株而成为优势菌株。连续发酵分类

开放式连续发酵系统：单罐均匀混合连续发酵、多罐均匀混合连续发酵、管道非均匀混合连续发酵、塔式非均匀混合连续发酵封闭式连续发酵系统：连续发酵类型

类型开放式(菌体取出)封闭式(菌体不取出)

单罐多罐单罐多罐均匀混合非循环搅拌发酵罐搅拌罐(串联)透析膜培养

循环搅拌发酵罐(菌体部分重复使用)搅拌罐串联(菌体部分重复使用)搅拌发酵罐(菌体100％重复使用)搅拌发酵罐串联(菌体100％重复使用)非均匀混合非循环管道发酵器塔式发酵罐塔式发酵罐装有隔板的管道发酵器(卧式、立式)塔式发酵罐(菌体100％重复使用)塔式发酵罐(菌体100％重复使用)循环管道发酵器塔式发酵罐(菌体部分重复使用)塔式发酵罐装有隔板的管道发酵器(菌体部分重复使用)管道发酵器(菌体100％重复使用)塔式发酵罐装有隔板的管道(菌体100％重复使用)1．开放式连续发酵

在开放式连续发酵系统中，培养系统中的微生物细胞随着发酵液的流出而一起流出，细胞流出速度等于新细胞形成速度。因此在这种情况下，可使细胞浓度处于某种稳定状态。另外，最后流出的发酵液如部分返回(反馈)发酵罐进行重复使用，则该装置叫做循环系统，发酵液不重复使用的装置叫做不循环系统。(1)单罐均匀混合连续发酵：培养液以一定的流速不断地流加到带机械搅拌的发酵罐中，与罐内发酵液充分混合，同时带有细胞和产物的发酵液又以同样流速连续流出。如果用一个装置将流出的发酵液中部分细胞返回发酵罐，就构成循环系统。(2)多罐均匀混合连续发酵：将若干搅拌发酵罐串联起来，就构成多罐均匀混合连续发酵装置。新鲜培养液不断流人第一只发酵罐，发酵液以同样流速依次流人下一只发酵罐，在最后一只罐中流出。多级连续发酵可以在每个罐中控制不同的环境条件以满足微生物生长各阶段的不同需要，并能使培养液中的营养成分得到较充分的利用，最后流出的发酵液中细胞和产物的浓度较高，所以是最经济的连续方法。(3)管道非均匀混合连续发酵：管道的形式有多种，如直线形、S形、蛇形管等。培养液和从种子罐来的种子不断流入管道发酵器内，使微生物在其中生长。这种连续发酵的方法主要用于厌氧发酵。如在管道中用隔板加以分隔，每一个分隔等于一台发酵罐，就相当于多罐串联的连续发酵。(4)塔式非均匀混合连续发酵：塔式发酵罐有两种：一种是用多孔板将其分隔成若干室，每个室等于一台发酵罐，这样一台多孔板塔式发酵罐就相当于一组多级串联的连续发酵装置。另一种是在罐内装设填充物，使菌体在上面生长，这种形式仍然属于单罐式。

2．封闭式连续发酵

在封闭式连续发酵系统中，运用某种方法使细胞一直保持在培养器内，并使其数量不断增加。这种条件下，某些限制因素在培养器中发生变化，最后大部分细胞死亡。因此在这种系统中，不可能维持稳定状态。封闭式连续发酵可以用开放式连续发酵设备加以改装，只要使全部菌体重新循环使用。另一种方法是采用间隔物或填充物置于设备内，使菌体在上面生长，发酵液流出时不带细胞或所带细胞极少。透析膜连续发酵是一个新方法，它是采用一种具有微孔的有机膜将发酵设备分隔，这种膜只能通过发酵产物，而不能通过菌体细胞。将培养液连续流加到发酵设备的具有菌体的间隔中，微生物的代谢产物就通过透析膜连续不断地从另一间隔流出。在一些发酵过程中，当发酵液中代谢产物积累到一定程度时就会抑制它的继续积累，而采用透析膜发酵的方法可使代谢产物不断透析出去，发酵液中留下不多，因而可以提高产品得率。5.2.2.1单级连续培养的理论计算●微生物的物料衡算(细胞进入)-(细胞流出)+(细胞生长)-(细胞死亡)=(细胞积累速率)在稳态操作情况下可以假设：

（1）x0=0，即入口仅加入基质（S0）；（2）反应器无积累，dx/dt=0,ds/dt=0；（3）菌体死亡速率远较生长速率低，α<<μ，由上式可以得到D（稀释率）从上述推导中，连续培养的稳定条件为所以，连续培养只要控制D，即改变培养基的供给量F，就可以控制μ在任意可调水平，而μ是微生物的特性参数，在分批培养过程中，是一个无法控制的参数，而在连续培养过程中，通过控制操作状态参数D来调控μ，因而称此类反应器为外控式的微生物反应器●限制性营养物的物料衡算(基质进入)-(基质流出)-(消耗于菌体合成)=(营养物的积累速率)x/sx/sx/s●产物生成的物料衡算dpdtFPoVFPVYp/xμX=-+P=Yp/xX连续发酵的优点

1.有利于缩短发酵周期，提高劳动生产率。连续发酵减少分批发酵中的清洗、投料、消毒等辅助时间，大大缩短发酵周期和提高设备利用率。同时连续培养过程始终使细胞生长处于最高生长繁殖状态，因此可明显提高生产效率，特别是对生产周期短的产品，效果更为显著。2.连续发酵生产过程比较稳定、均衡，各项参数也较恒定，便于自动化控制，品质量稳定。3.由于连续发酵采用管道化和自动化生产，明显降低劳动强度。虽然取Dm时的稀释度可以获得最大的产量，但因稀释度较高，流出液中未被利用的营养物也较多，当原料价格较贵时，为充分利用基质，应适当降低D值。如果产品有较大经济效益，则可采用接近Dm时的稀释度。连续发酵存在的问题特别是以中间代谢产物为发酵产品的发酵，在理论和实践上都没有完全解决，如发酵过程中微生物生理生化特性变化，发酵动力学等并未充分了解。在生产上要保持在连续发酵的整个过程中，生产菌株不发生退化也十分不容易。长时间的连续发酵中对发酵设备和空气净化系统的无菌要求更高。不能保持长时间的无菌操作是导致连续发酵失败的主要原因。对于某些原材料价格昂贵的产品，由于连续发酵对基质利用率较低，往往造成生产成本的增加。连续发酵的应用

采用连续发酵的方法可以有效地提高产量，但是也存在着某些较难克服的困难，因此目前仅在—些比较简单的发酵产品中应用，如酵母，单细胞蛋白，酒精发酵、丙酮乙醇、石油脱蜡、活性污泥废水处理等。其余产品的连续发酵尚未工业化生产。1、细胞生产：单细胞蛋白和酵母生产2、代谢产物生产：1）选择恰当的限制性基质。2）确定适当的稀释率。3）多级培养特别适用于细胞生长和产物合成的最佳条件不同的情况，3、细胞生理特性研究4、发酵动力学研究5、培养基的改进6、菌种的筛选和富集7、微生物遗传稳定性研究5.2.3分批补料培养技术在传统的分批培养发酵工艺中，所有的物料都是在发酵开始前加入反应器中的。一般来说，微生物生长所需要的营养物质浓度并不十分高，往往在10Ks以上时就可达到最大比生长速率。在此基础上，即使营养物质浓度再进一步提高，比生长速率也不会再增加了。然而，在分批发酵工艺中，低浓度培养基中的营养物质会迅速耗尽，引起微生物过早地从指数生长期向稳定期转变，这样，设备的利用率和产物的积累浓度都不高。高底物浓度的缺点提高底物浓度可以延长微生物的指数生长期，从而提高发酵的设备利用率、容积产量和产物的积累浓度；但过高的底物浓度往往会引起一系列的不利影响，如底物抑制、粘度升高引起的传质效率降低等。尤为严重的是，微生物的许多次级代谢产物的产生，都受高浓度的葡萄糖、碳水