微生物发酵制药技术基础-微生物发酵主要操作方式

项目五微生物发酵主要操作方式单元二微生物发酵制药技术基础任务二连续发酵

1.连续发酵的原理

连续发酵是指在微生物培养至对数生长期时，以一定的速率把新鲜的培养基连续的供给均匀混合的发酵系统，并以相同的速率放出含有细胞和产物的发酵液的过程，发酵液中营养基质的浓度始终维持恒定状态，微生物保持在生长旺盛的对数生长期。2.连续发酵细胞生长特性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被带走，细胞流出速度等于新细胞形成速度。比较项目连续发酵分批发酵发酵系统开放式密闭式培养基供给连续一次性发酵液取出连续一次性比生长速率恒定改变基质浓度恒定改变细胞浓度恒定改变产物浓度恒定改变生产效率高低设备利用率高低

D=F/VD为稀释度，h；F为流速，m3/h；V为原有发酵液体积，m3。

单位时间内加入的新鲜培养基体积F与原有的发酵液体积V之比。用稀释率D来描述，表示反应器中物料更新程度，是连续培养中的一个重要的参数。稀释度的倒数就是物料在反应器中的平均停留时间。3.几个关于连续发酵的概念（1）稀释度（代号D，单位h）(2)恒化器通过控制限制性营养物的浓度，设法使培养液流速保持不变，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外控制式的连续培养装置。通过控制限制基质的浓度，使其始终成为生长限制因子的条件下达到的，因而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而增大；另一方面，限制性营养物的浓度又随时间而减少。微生物的生长速率最终会与新鲜培养基的流入速率相平衡。(3)恒浊器是借光电控制系统检测培养器内微生物的菌体密度，控制培养基添加的流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的连续培养器。在恒浊器中，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。其工作精度是由光电控制系统的灵敏度决定的。

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。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。4.连续发酵的特点：简化了装料、灭菌、出料、投料、清洗、消毒等许多单元操作，从而减少了非生产时间,缩短了发酵运转周期，提高了设备的利用率。便于利用各种仪表进行自动控制。采用管道化和自动化生产，明显降低了劳动强度，节约了大量的动力、人力、水和蒸汽。可以在生产过程中对菌株进行筛选，使它成为分离和改良微生物菌种的有力工具。可以研究各种限制性底物对微生物的影响，可以为工业上分批或分批补料发酵过程提供依据。

产品稳定，产量比较高5.连续发酵的缺点以次级代谢产物为发酵产品的发酵，发酵过程中的生理生化特性，发酵动力学等均未充分了解。连续发酵对基质利用率比较低，造成成本增加生产菌株容易退化菌种容易受到污染工业培养基的组成成分波动比较大，严重制约了连续发酵。项目五微生物发酵主要操作方式单元二微生物发酵制药技术基础任务三补料分批发酵1.补料分批发酵的原理和应用定义：补料分批发酵以分批发酵为基础，是介于分批发酵与连续发酵之间的一种发酵技术。在分批培养开始，投入较低浓度的底物，当微生物开始消耗底物后，间歇或连续地补加新鲜培养基，而不从发酵罐中放出培养液的一种发酵方式。补料分批发酵目的：打破底物阻遏作用。Forexample青霉素的生产分为两个阶段：1.前期菌体快速生长①过多的葡萄糖

引起酸积累过量和菌体对氧气的需求过量②葡萄糖不足

有机氮源被菌体当碳源利用，pH升高，菌体产量不足。2.后期产物积累控制流加葡萄糖的量，并补加一定量的青霉素前体物质，在保证菌体量的前提，促使青霉素大量的产生。

2.补料分批发酵的优点补料分批发酵使发酵系统中维持较低基质浓度，解除底物阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，不至于加剧供氧矛盾。避免在培养基中积累有毒的代谢物。不需要严格的无菌条件，也不会产生菌种老化和变异等问题能够增加微生物细胞的合成能力能够提高非生长偶联型产物的合成量。能够降低发酵液的黏性，提高溶氧3.补料分批发酵的缺点当微生物的生长随时间变化而与预想的情况不一致时，不能进行有效的调节，对一些不正常的罐批不能及时地修正。要求操作者具有较高的操作技能。容易染菌项目五微生物发酵主要操作方式单元二微生物发酵制药技术基础任务一分批发酵定义：操作上，先将一定量底物一次性装入封闭培养系统的单罐内，在适宜条件下接种使发酵开始，经过一定时间后将全部发酵液取出，分离提取产物。。菌体的生长阶段：延迟期、对数生长期、稳定期和死亡期。1.分批发酵微生物生长的四个时期分批发酵动力学-细胞生长动力学生长阶段特点延滞期适应新环境，细胞体积增大但数量不变，生长速率常数为零。合适培养基、优化培养条件、指数期种子、增大接种量均可以缩短延滞期，提高得率。对数生长期细胞数目或生物量呈指数生长，且保持均恒生长，细胞的生长率逐渐加大至一常数，此时营养物不成为细胞生长繁殖的限制因子。如产物为菌体的，则尽可能维持该时期。稳定期细胞生长速率开始减缓直至完全停止，细胞浓度为最大值，很多代谢产物，尤其是次级代谢产物开始合成。死亡期细胞开始死亡，细胞生长速率为负值，细胞的死亡呈指数比率增加。分批发酵微生物细胞生长的四个时期及其特点2.分批发酵过程的生产率生产率是以每升发酵液每小时产生的产物量表示的。tT

——放罐所需要的时间（放罐、洗罐和检修），h；tL

——进罐时间（打料、灭菌），h；tD

——生长停滞期，h；X0

——起始细胞浓度，kg·m-3；Xf——终了细胞浓度，kg·m-3；总运转时间包括发酵周期、放罐、洗罐、灭菌新一轮培养基所需要的时间。P——生产率，kg.m-3·h-1；t——运转周期，h；Xf

——终了细胞浓度，kg·m-3。