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微生物发酵工程 5微生物发酵类型及培养基 一． 发酵类型： 发酵类型是为了描述菌体生长，碳源利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。 1．动力学描述参数 2．发酵类型 1． 分批发酵： 是一种准封闭式系统。 一次投料，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、 对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期。 特点 对数生长期： dX /dt =μX 其中： X--- 细胞干重 t--- 时间 μ--- 比生长速率 微生物的比生长速率μ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。 分批培养过程的生产率 P: 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。 2. 连续发酵：连续发酵是指在培养过程中，连续地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。一般连续培养方式很多：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。 连续发酵 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。 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，可达 到稳定、高速培养微生物细胞 或生产大量的代谢产物的目 的。生产率得以提高。 3．补料分批发酵 在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基，而不从发酵罐中间断地放出培养液的培养方法。 工业上利用分批补料培养以消除阻遏并保持通气条件。分批补料培养还可以防止培养基中某一组分的毒性。 培养基：提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物。 一、培养基的类型和用途 二.培养基的选择 典型培养基 完善的培养基设计是实验室的实验，实验工厂的放大和生产规模中的一个重要步骤。 培养基的组成必须满足细胞的生长和代谢所需的元素，并能提供生物合成和细胞维持活力所需要的能量。 一.培养基的成分 一.培养基的成分 光能：光能自养微生物的能源。极端嗜盐菌进行海水淡化，藻类发酵等 氢、硫、氨、亚硝酸盐、亚铁盐等是 化能自养微生物的能源。 碳水化合物等有机物、石油、天然气及石油化工产品是异养微生物的能源。 。 有机氮和无机氮 4．无机盐和微量元素 磷，镁，硫，铁，钾，钠，铅，氯，锌，钴，锰等。较低浓度对细胞的生长和产物合成有促进作用， 而在高浓度时常表现出显著的抑制作用 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。 作用：构成细胞的组成成分，促进生命活动的进行。 1）生物素 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5μg/L。 2）维生素B1：对某些菌种发酵有促进作 用。 3）天然原料：玉米浆， 0.4-0.8% 麸皮水解液， 1% 糖蜜， 0.1-0.4% 酵母 某些化合物被加到培养基后，能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大的变化，却能提高产品的产量。这类小分子物质称为前体。 7．促进剂和抑制剂 促进剂 在发酵过程中，加入抑制剂会抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以至于可以改变微生物的代谢途径。 8．水分 微生物发酵工程 5微生物发酵类型及培养基 一.培养基的成分 一.培养基的成分 严格控制营养物质的浓度和比例，不仅仅是为了维持正常的渗透压，节约原料，而且直接影响到菌体的繁殖和产物积累。 1).不同碳源的利用速度 能够被微生物快速利用的碳源称为速效碳源， 反之为迟效碳源。 利用速度依次为：葡萄糖---乳酸----乳糖 微生物对氮源的利用速度为：氨态氮----硝态氮----