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第四章 发酵工艺控制;第一节 发酵生产方法的类型;一、分批发酵 1、分批发酵的定义 是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。 2、分批发酵的特点 微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程。;3、分批发酵的优缺点 优点： 操作简单； 操作引起染菌的概率低。 不会产生菌种老化和变异等问题 缺点： 非生产时间较长、设备利用率低。;典型的分批发酵工艺流程典型的分批发酵工艺流程 ;二、补料分批发酵 1、定义 补料分批发酵又称半连续发酵或流加分批发酵，是指在分批发酵过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。 2、补料分批发酵的优缺点 优点： 使发酵系统中维持很低的基质浓度； 和连续发酵比、不需要严格的无菌条件； 不会产生菌种老化和变异等问题。 缺点： 存在一定的非生产时间； 和分批发酵比，中途要流加新鲜培养基，增加了染菌的危险。 ;3、补料分批发酵的类型 按补料方式不同可分为： （1）连续流加 （2）不连续流加 （3）多周期流加 按补料成分的不同可分为： （1）单一组分流加 （2）多组分流加 按控制方式的不同可分为： （1）反馈控制 （2）无反馈控制;三、连续发酵 1、定义 培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的相同体积发酵液，使发酵罐内料液量维持恒定，微生物在近似恒定状态（恒定的基质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长的发酵方式。;连续发酵的优缺点 优点： 能维持低基质浓度； 可以提高设备利用率和单位时间的产量； 便于自动控制。 缺点： 菌种发生变异的可能性较大； 要求严格的无菌条件。;第二节 发酵过程的动力学类型;一、分批发酵 1、分批发酵的定义 是指在一封闭系统内含有初始限量基质的发酵方式。在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质。发酵过程中培养基成分减少，微生物得???繁殖。 2、分批发酵的特点 微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程。;发酵曲线图;从此三个因素分析发酵速度。 所以研究发酵速度就是研究 1．碳源利用速度 2．菌生长速度 3．产物形成速度 4．上述三者之间关系 根据以上四个条件将所有发酵过程分为三大类型;发酵过程分为三大类型;（一）类型I;（一）类型I 1、特点 ①菌生长比速度μC、μP都有一个高峰 ②三者的高峰同时出现，三者基本平行 ③产物的量和碳源利用量有一定的代学剂量关系可进行理论计算。 2、产物类型 此一类型产物主要有两大类： ①菌体 产量常数在一定条件下，用一定菌体产量常数相对稳定。故知产量常数可控制流加糖的量，还可利用产量常数检查，发酵条件的控制是否合适。 ②代谢产物：酵母的酒精发酵、乳酸发酵 另部分次级代谢产物也属此型，但大多数属类型III ③次级代谢产物，杆菌肽、氯霉素。;（一）类型I 乳酸发酵;（一）类型I 乳酸发酵;（一）类型I 杆菌肽发酵; （二）类型II ; （二）类型II 1特点： ①分成两个时期：菌体生长和产物形成在不同时期，分别在菌生长期产物形成期。 ②碳源利用的比速度有两个高峰，分别在两个时期，第一个高峰用于菌体生长，第二个高峰用于产物合成（在产物形成期可能还有菌体第二次生长）。 ③碳源利用和产物形成无明确的化学剂量关系，但还是有一定关系的。 2、产物类型 ①有中间产物积累：产物在合成过程中先积累一定产物，再由中间产物转化为最终产物。如丙酮丁醇发醇，丙酮丁醇发酵分为三个时期。;增酸期：0~18h 有机酸大量积累，菌体大量生长 产物溶剂形成少 减酸期：18~40h菌体长到最大期，溶剂就大量形成，培养液中pH值上升 后发醇：40~72h 菌体不增长，甚至有些下降，溶剂增长到最大值，酸降低到最小值。 ②无中间产物积累 如：延胡索酸发酵 用黑根霉 谷氨酸发酵 用棒状杆菌 柠檬酸发酵 用黑曲霉 土霉素发酵 金色链霉菌（四环类抗生等） 土霉素生产因其菌生长，C利用有两个高峰而划入Ⅱ型，产物产量较高。 ;（三）类型Ⅲ; （三）类型Ⅲ 1.特点： ①分成两个时期，但产物形成比类型Ⅱ早，在菌体接近或达到最大值时，产物开始生长。 ②菌体生长和碳源利用没有第二个高峰