(16)--5.1 微生物发酵类型.docVIP

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第一视频微生物发酵类型

大家好，现在我们进入第五章关于发酵操作方式、培养条件的学习。

本节我们来了解微生物发酵类型

发酵根据不同的发酵方式，可以划分多种类型。按照发酵原料，可分为淀粉类物质发酵、废水发酵等；按照发酵形式，可分为固体发酵、液体深层发酵等；按照氧气需求，可分为需氧发酵、厌氧发酵、兼性需氧发酵；按照发酵产物，可分为氨基酸发酵、抗生素发酵等。

按照工艺流程，发酵可分为三种类型：分批发酵(Batchfermentation)、补料分批发酵(Fed-batchfermentation)、连续发酵(Continuousfermentation)。下面我们一一进行认识。

我们来看下第一类型：分批发酵

分批发酵是一次投料，一次接种，一次收获。其具体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。

分批发酵的特点是：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。其优点是操作简单；操作引起染菌的概率低；不会产生菌种老化和变异等问题。它是早期发酵工业常用的发酵类型。缺点是非生产时间较长、设备利用率低。迄今为止，分批培养是常用的培养方法，广泛用于多种发酵过程。

分批发酵过程中，微生物生长通常要经历：延滞期、对数生长期、减速期或称为衰减期、稳定期或称为静止期和衰亡期或称为死亡期，共五个时期。这里分批发酵的微生物生长阶段类似于我们《微生物学》课程中所了解的微生物基本的生长曲线，主要区别是在对数生长期和稳定期之间增多了一个减速期。

我们再来看第二类型：补料分批发酵

补料分批发酵：又称为半连续发酵或流加分批发酵，是指在分批发酵过程中，间歇地或连续地补加新鲜培养基的发酵方式。

补料分批发酵的优点是使发酵系统中维持很低的基质浓度；可以解除底物抑制、产物反馈抑制和分解代谢物的阻遏；减少细胞对发酵液流变学的影响；相比连续发酵，不需要严格的无菌条件；控制细胞质量，避免产生菌种老化和变异等问题。缺点是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。

补料分批发酵的类型按照补料方式可划分为：连续流加、不连续流加和多周期流加；按照补料成分可划分为：单一组分流加、双组分流加和多组分流加；按照控制方式可划分为：反馈控制和无反馈控制

如何补料，原则上，需要根据菌体生长代谢规律、生产需要及环境条件补料；控制微生物的中间代谢，使之向着利于产物积累的方向发展；选择恰当的反馈控制参数和补料速率，补料的量要求是充足而不过量。

补料控制参数的选择上，为了有效地进行中间补料，必须选择恰当的反馈控制参数，以及了解这些参数与微生物代谢、菌体生长、基质利用以及产物形成之间的关系。采用最优的补料程序也是依赖于比生长曲线、产物生成速率及发酵的初始条件等情况。因此，建立分批补料培养的数学模型及选择最佳控制程序都必须充分了解微生物在发酵过程中的代谢规律及对环境条件的要求，这需要我们有一定理论知识储备和实验实践经验。

我们再来看第三类型：连续发酵

连续发酵是指：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。

连续发酵的优点是能维持低基质浓度；可以提高设备利用率和单位时间的产量；便于自动控制。缺点是菌种发生变异的可能性较大；要求严格的无菌条件；

连续发酵可分为恒化培养和恒浊培养，

恒化培养是使培养基中限制性基质的浓度保持恒定，某种营养物的浓度为生长限制因子，培养基流速恒定，属于外控制式。恒浊培养：使培养基中菌体的浓度保持恒定，菌体以最高生长速率生长，培养基流速不恒定，属于内控制式。

在连续发酵中，菌体生长进入对数生长期后，无论在哪个时候开始加入新鲜培养基过渡到连续操作，达到一定的菌体浓度及限制基质浓度则培养系统一定能成为稳定状态。

根据发酵中菌体生长，碳源利用和产物生成的动力学关系，将微生物发酵过程可分为三种类型：第一类型，生长相关型；第二类型，生长部分相关型，第三类型，生长不相关型。

第一类型生长相关型是指产物直接来源于产能的初级代谢，菌体生长与产物形成不分开。产物形成比速率可表示为比例常数值阿尔法、单位细胞生成的产物量、比生长速率三者的乘积。这一类型又可分成两种类型：①菌体生长类型：终产物就是菌体本身，例如：酵母，蘑菇菌丝，益生菌菌体生产等；②代谢产物类型：产物的积累与菌体增长平行例如：酒精，葡萄糖酸和某些酶的发酵等。

第二类型生长部分相关型：反应产物的生长与底物消耗存在部分偶联，通常有能源代谢中间产物间