八++發(fā)酵動力學(xué)

1、第八章 發(fā)酵動力學(xué)1、定義： 研究發(fā)酵過程中的菌體生長、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物生成的動態(tài)平衡及其內(nèi)在規(guī)律。2、研究內(nèi)容： 1）微生物生長過程中的質(zhì)量與能量平衡； 2）發(fā)酵過程中菌體生長速率、基質(zhì)消耗速率與產(chǎn)物生成速率的關(guān)系； 3）環(huán)境因素對上述三者的影響。3、研究目的：最佳工藝條件。1第一節(jié) 微生物生長代謝過程中的質(zhì)量平衡一、微生物生長代謝過程的碳平衡 1.最低培養(yǎng)基與完全培養(yǎng)基：圖8-1和圖8-2 最低培養(yǎng)基:由單一碳源葡萄糖與無機(jī)鹽組成，葡萄糖既是能源，又是構(gòu)成菌體的材料； 完全培養(yǎng)基：由葡萄糖、無機(jī)鹽等組成，還有酵母浸膏、蛋白胨等。 22.微生物生長代謝過程中基質(zhì)和產(chǎn)物之間的碳元素平衡 微生物的

2、元素組成：表8-1 這些元素來源于培養(yǎng)基，因此，基質(zhì)中的碳元素變成菌體、產(chǎn)物、二氧化碳中的碳元素?；|(zhì)中碳元素的消耗速度與微生物生長速度、代謝產(chǎn)物的生成速度、二氧化碳的生成速度有關(guān)。式中S為基質(zhì)，X為菌體，P為產(chǎn)物 a1為每mol基質(zhì)中的含碳量，a2為每g干菌體內(nèi)的含碳量， a3為每mol二氧化碳內(nèi)的含碳量， a4為每mol產(chǎn)物內(nèi)的含碳量。33.微生物生長過程中的碳源平衡： 在微生物反應(yīng)中，碳源的用途主要消耗于：滿足菌體生長消耗，用 表示；維持微生物生存的消耗，用 表示；合成代謝產(chǎn)物的消耗，用 表示。 則有： 因此，在以菌體為目的的發(fā)酵中，發(fā)酵過程中基質(zhì)葡萄糖消耗速度與菌體生成量成正比，如圖8

3、-3。4 4.細(xì)胞物質(zhì)生產(chǎn)中碳源的化學(xué)平衡 自然界的一切變化過程都存在著變化前后的質(zhì)量和能量平衡，發(fā)酵過程也不例外。通過研究微生物反應(yīng)的化學(xué)平衡，可幫助我們預(yù)測發(fā)酵過程中各種基質(zhì)的需要量，從而更經(jīng)濟(jì)、有效地使用它們，減少無效消耗。 為減少問題的復(fù)雜性，我們在研究發(fā)酵過程的化學(xué)計(jì)量式時(shí)，可作如下的處理： 對復(fù)雜分子組成的原料用簡化的化學(xué)式表示,如菌體化學(xué)組成表示為CH1.64O0.52N0.16 。 忽略反應(yīng)中的一些次要的元素和成分，如P,Ca等。5 菌體的生長一般是在供氧條件下，將營養(yǎng)基質(zhì)轉(zhuǎn)化成菌體成分、CO2和H2O的過程。因此，如果菌體的化學(xué)組成和基質(zhì)到菌體的最大轉(zhuǎn)化率已經(jīng)知道時(shí)，就可以列

4、出微生物生長的化學(xué)計(jì)量式。 如青霉菌以葡萄糖為基質(zhì)，通氣培養(yǎng)，其菌體化學(xué)組成為CH1.64O0.52N0.16、葡萄糖至菌體的轉(zhuǎn)化率為0.48g干菌體/g葡萄糖，則可對下式進(jìn)行配平。步驟如下：6寫出反應(yīng)化學(xué)簡式。C6H12O6+NH3+O2CH1.64O0.52N0.16+CO2+H2O根據(jù)轉(zhuǎn)化率配系數(shù)。C6H12O6的摩爾質(zhì)量為180；菌體CH1.64O0.52N0.16摩爾質(zhì)量為24.2（12+1.64+160.52+140.16）已知葡萄糖至菌體的轉(zhuǎn)化率為0.48g干菌體/g葡萄糖，則以1摩爾葡萄糖為基準(zhǔn)，生成菌體的量為1800.48=86.4g，那么，菌體的摩爾數(shù)為：86.424.2=

5、3.57通過質(zhì)量平衡，配平其他成分的系數(shù)，最后得到的計(jì)量方程式。C6H12O6+0.57NH3+2.33O2 3.57CH1.64O0.52N0.16+2.43CO2+3.93H2O75.對微生物生長過程進(jìn)行碳平衡的意義1）碳源的利用情況和碳源的轉(zhuǎn)化率是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；2）碳平衡的方程式是發(fā)酵過程基質(zhì)消耗的重要計(jì)量方程；3）對于以菌體為目的的發(fā)酵，碳平衡方程可計(jì)算出微生物菌體的生成速度。8二、微生物生長代謝過程中的ATP循環(huán)與氧平衡 1.ATP循環(huán) 微生物生長代謝過程中的ATP循環(huán)示意圖： 合成代謝 ATP 分解代謝 ADP 維持代謝 2.生物氧化 1mol葡萄糖徹底氧化生成38molAT

6、P 93.微生物代謝過程中的氧平衡 假定發(fā)酵是在充分供氧的條件下進(jìn)行，即所消耗的基質(zhì)除一部分被同化到菌體和產(chǎn)物外，其余全部被氧化生成CO2和H2O，則由能量守恒定律可得氧元素的平衡式： 微生物代謝過程中基質(zhì)完全氧化的耗氧量S，包括菌體、代謝產(chǎn)物完全氧化耗氧量X 、P，和微生物生長過程中的耗氧量O2三部分，A，B，C是系數(shù)。104.ATP消耗對菌體得率YATP與ATP平衡 能量通過高能磷酸鍵貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)。 在供氧充分時(shí)，三羧酸循環(huán)中間代謝產(chǎn)物被脫氫酶脫下兩個(gè)質(zhì)子氫，分別經(jīng)由質(zhì)子遞體和電子遞體傳遞到氧，以氧作為最終電子受體，生成水，同時(shí)釋放能量，該能量被高能鍵貯存；在嫌氣條件下，只能進(jìn)行基質(zhì)水平的磷

7、酸化，此時(shí)，有機(jī)物氧化不徹底，所以產(chǎn)生的能量也較低。 能量生長偶聯(lián)型與能量生長非偶聯(lián)型： 當(dāng)構(gòu)成菌體的材料充裕時(shí)，菌體的生長受制于ATP的供應(yīng)，這種生長就是能量偶聯(lián)型生長；11 反之，在ATP供應(yīng)充分，而合成細(xì)胞的材料受限制時(shí)，這時(shí)的生長就是能量生長非偶聯(lián)型，即與ATP供應(yīng)無關(guān)，此時(shí)，大量的ATP在ATP酶的作用下被降解，以熱能的形式釋放出大量的熱量形成發(fā)酵熱異常升高。 涉及到能量供應(yīng)的菌體得率用 表示，即每消耗1mol ATP所生成菌體的質(zhì)量： 對能量偶聯(lián)型生長，大約在10左右；非能量偶聯(lián)型生長，大大低于10，如表8-2。12 有氧氣存在時(shí)，YATP的測定比較困難，原因是： 有些供能基質(zhì)被用

8、于合成代謝； 培養(yǎng)基內(nèi)被認(rèn)為不是供能基質(zhì)的卻有一些被用來產(chǎn)生能量； 至今對于具體的每種微生物，其氧化作用與磷酸化作用偶聯(lián)的程度與控制機(jī)制尚不清楚； 各種微生物用于維持其生命活動所需的能量也不相同。135. 通風(fēng)培養(yǎng)時(shí)氧的消耗與ATP生成數(shù)量之間關(guān)系：在通風(fēng)培養(yǎng)時(shí)，氧的消耗與基質(zhì)氧化生成ATP的數(shù)量之間有一定的關(guān)系，用P/O(mol/g)表示。酵母菌P/O=1左右，一般微生物P/O=0.5-1，哺乳動物肝臟細(xì)胞P/O=3P/O是一個(gè)特征常數(shù)。14第二節(jié) 微生物發(fā)酵動力學(xué) 生物反應(yīng)器的操作方式包括分批培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)和補(bǔ)料分批培養(yǎng)三種。一、分批培養(yǎng)是目前微生物培養(yǎng)的最基本的方式，即在一個(gè)密閉系統(tǒng)內(nèi)一

9、次性投入有限數(shù)量的營養(yǎng)物進(jìn)行培養(yǎng)的方法，包括設(shè)備滅菌、種子培養(yǎng)、發(fā)酵操作幾個(gè)單元步驟。優(yōu)點(diǎn)：（1）每一次進(jìn)行重復(fù)的配料、滅菌等操作，微生物培養(yǎng)可靠、安全。 （2）微生物發(fā)酵過程中，微生物的各個(gè)階段的生理、代謝特征不同，易于控制。15缺點(diǎn)：1）效率較低，每次發(fā)酵重復(fù)進(jìn)行，既是一種時(shí)間的浪費(fèi)，又是原材料和能量和浪費(fèi)。2）底物利用率低，分次分批發(fā)酵都存在一個(gè)微生物自身的增殖過程，增殖本身就是底物消耗的過程，這必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率的降低，例如，在GA的發(fā)酵過程中，微生物增殖所需要的C源占總C源的20%左右。3）分批發(fā)酵培養(yǎng)基中的底物濃度較高，增加了培養(yǎng)基的滲透壓，不利于微生物的生長。16（一）微生物的生長曲

10、線 將少量單細(xì)胞的純培養(yǎng)，接種到一恒定容積的液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣，測菌 量。以培養(yǎng)時(shí)間 為橫坐標(biāo)，以細(xì) 菌增長數(shù)目的對 數(shù)為縱坐標(biāo)，繪 制曲線。 171.遲滯期現(xiàn)象：活菌數(shù)沒增加。原因：由于細(xì)胞進(jìn)入新環(huán)境,有一個(gè)適應(yīng)過程，進(jìn)行大量的酶（誘導(dǎo)酶）的合成。 細(xì)胞特點(diǎn):細(xì)胞的新陳代謝非常旺盛，個(gè)體體積顯著增大，為細(xì)胞分裂作準(zhǔn)備。此期長短：與菌種遺傳特性、菌齡、接種量、培養(yǎng)條件有關(guān)。意義：在實(shí)際工作中，縮短lag phase 的措施：1）加大接種量（群體優(yōu)勢-適應(yīng)性增強(qiáng)）；2）先用對數(shù)期的種子（此時(shí)細(xì)胞分裂旺盛）；3）調(diào)整培養(yǎng)基的成分，使種子基含有發(fā)酵培養(yǎng)基的成分；4）選用繁殖快的

11、菌種。182.對數(shù)期現(xiàn)象：細(xì)胞數(shù)目以幾何級數(shù)增加，其對數(shù)與時(shí)間呈直線關(guān)系。19細(xì)胞特點(diǎn)：1、細(xì)胞保持均恒生長；2、不斷吸收培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分以合成自身物質(zhì)，并不斷向培養(yǎng)基中分泌代謝產(chǎn)物；3、由于此時(shí)培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)過量，且積累的代謝產(chǎn)物尚不足以抑制微生物本身的生長繁殖，因而微生物的生長速率不受這些因素的影響，而僅與微生物本身的比生長速率及發(fā)酵液中的生物量濃度S(g/L)相關(guān)。20N培養(yǎng)基中的細(xì)胞密度 -比生長速率對于特定的微生物而言，其比生長速率只與三個(gè)因素有關(guān)，即限制性營養(yǎng)物質(zhì)的濃度、最大比生長速率m、底物相關(guān)常數(shù)Ks。假定營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后，立即被利用而不積累，則存在以下關(guān)系式：21

12、意義： 為保證工業(yè)發(fā)酵的正常周期，要盡可能地使微生物的比生長速率接近其最大值。最大比生長速率不僅與微生物本身的性質(zhì)有關(guān)，也與所消耗的底物以及培養(yǎng)的方式有關(guān)。限制微生物生長代謝的并不是發(fā)酵液中營養(yǎng)物質(zhì)的濃度，而是營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的速度。223.穩(wěn)定期現(xiàn)象： 活菌數(shù)目不增不減，生長速率趨于0,曲線有一下降的趨勢。特點(diǎn)： 細(xì)胞的菌體形態(tài)典型，芽孢形成，細(xì)胞內(nèi)開始貯藏物質(zhì)。出現(xiàn)原因營養(yǎng)物質(zhì)大量消耗；有毒代謝產(chǎn)物大量積累；外界條件影響（pH、高細(xì)胞濃度，氧化還原電位等）意義： 發(fā)酵生產(chǎn)形成的重要時(shí)期（抗生素、氨基酸等），生產(chǎn)上應(yīng)盡量延長此期，提高產(chǎn)量，措施如下： 補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)（補(bǔ)料）；調(diào)pH；調(diào)整溫度穩(wěn)

13、定期細(xì)胞數(shù)目及產(chǎn)物積累達(dá)到最高。 234.衰亡期現(xiàn)象：細(xì)胞死亡速率生長速率。一般總菌數(shù)不變,活菌數(shù)下降。特點(diǎn)：菌體變形，大小不一，細(xì)胞出現(xiàn)自溶,生理代謝活動停滯。24（二）微生物生長速度的動力學(xué)方程 1）細(xì)胞生長動力學(xué) 在一個(gè)間歇培養(yǎng)的周期中，菌體數(shù)量的增加主要是在對數(shù)生長期實(shí)現(xiàn)的，因此討論微生物生長動力學(xué)時(shí)，是以生長曲線的對數(shù)生長期為目標(biāo)建立其生長模型。 微生物的生長速度： f(s,O2,T,pH,) 在一定條件下(基質(zhì)限制)： f(S)252）微生物生長速率與底物濃度的關(guān)系莫諾模型 基質(zhì)濃度與生長速度的關(guān)系 米氏方程26單一限制性基質(zhì)：就是指在培養(yǎng)微生物的營養(yǎng)物中，對微生物的生長起到限制作

14、用的營養(yǎng)物。：菌體的生長比速S：限制性基質(zhì)濃度Ks：半飽和常數(shù)，也叫底物利用常數(shù)，其數(shù)值相當(dāng)于正處于 max一半時(shí)的底物濃度，是反映微生物對該底物的親和力（KS越大，親和力越低）。 max: 最大比生長速度27Monod方程的參數(shù)求解(雙倒數(shù)法)：將Monod方程取倒數(shù)可得： 或 這樣通過測定不同限制性基質(zhì)濃度下微生物的比生長速度，就可以通過回歸分析計(jì)算出Monod方程的兩個(gè)參數(shù)。28莫諾方程是在如下的假設(shè)基礎(chǔ)上建立起來的：菌體生長為均衡型非結(jié)構(gòu)式生長（只有數(shù)量的增長），因此，細(xì)胞成分只需要用一個(gè)參數(shù)即菌體濃度表示即可；培養(yǎng)基中只有一種底物是生長限制性底物，其他營養(yǎng)成分不影響微生物生長；將微生

15、物生長視為簡單反應(yīng)，并假設(shè)菌體得率為常數(shù)，沒有動態(tài)滯后。 莫諾方程與米氏方程形式相同，但微生物生長是細(xì)胞群體生命活動的綜合表現(xiàn)，機(jī)理非常復(fù)雜。 莫諾方程中的常數(shù)和可用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，通過實(shí)驗(yàn)求得，也可以用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖求得。29分批發(fā)酵：某生物技術(shù)有限公司的生產(chǎn)車間（120M3）飼料金霉素發(fā)酵30二、補(bǔ)料分批培養(yǎng) 所謂分批補(bǔ)料培養(yǎng)技術(shù)，就是指在分批培養(yǎng)開始，投入較低濃度的底物，然后在發(fā)酵過程中，當(dāng)微生物開始消耗底物后，再以某種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)中補(bǔ)加一定的物料，使培養(yǎng)基中的底物濃度在較長時(shí)間內(nèi)保持在一定范圍內(nèi)，以維持微生物的生長和產(chǎn)物的形成，并避免不利因素的產(chǎn)生，從而達(dá)到提高容積產(chǎn)量、產(chǎn)物濃度和產(chǎn)物得

16、率的目的。即，補(bǔ)料分批發(fā)酵又稱半連續(xù)發(fā)酵或半連續(xù)培養(yǎng)，是指在分批培養(yǎng)過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基。31補(bǔ)料分批培養(yǎng)32分批補(bǔ)料培養(yǎng)特點(diǎn)：1)分批補(bǔ)料培養(yǎng)技術(shù)是介于分批培養(yǎng)相連續(xù)培養(yǎng)之間的一種發(fā)酵技術(shù)。2)由于在發(fā)酵過程中向發(fā)酵罐中補(bǔ)加了物料，分批補(bǔ)料系統(tǒng)不再是一個(gè)封閉的系統(tǒng)。3)分批補(bǔ)料系統(tǒng)并不連續(xù)地向罐外放出發(fā)酵液，因而發(fā)酵罐內(nèi)的培養(yǎng)基體積不再是個(gè)常數(shù)，而是隨時(shí)間和物料流速而變化的變量。33補(bǔ)料發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)：補(bǔ)料發(fā)酵可以使發(fā)酵系統(tǒng)中維持很低的基質(zhì)濃度，其優(yōu)點(diǎn)在于：1)可以消除快速利用碳源的阻遏效應(yīng)(末端產(chǎn)物阻遏、分解代謝產(chǎn)物阻遏)；并維持適當(dāng)?shù)木w濃度，使不致于加劇供氧的矛盾；2)避免培

17、養(yǎng)基積累有毒代謝物；3)與連續(xù)發(fā)酵相比，補(bǔ)料分批發(fā)酵不需要嚴(yán)格的無菌條件，也不會產(chǎn)生菌種老化和變異等問題；適用范圍：補(bǔ)料分批發(fā)酵廣泛應(yīng)用于抗生素、氨基酸、酶蛋白、核苷酸、有機(jī)酸及高聚物等的生產(chǎn)。34三、連續(xù)培養(yǎng) 概念：當(dāng)微生物菌體達(dá)到某一特定狀態(tài)時(shí)，（這一狀態(tài)可以是：菌體濃度、比生長速率、產(chǎn)物的比生成速率等），連續(xù)向反應(yīng)器內(nèi)流加混合底物（C、N、P），同時(shí)反應(yīng)器排放等量的發(fā)酵液。 優(yōu)點(diǎn)：微生物處于一個(gè)穩(wěn)定的底物濃度和產(chǎn)物濃度的環(huán)境中，從理論上講，這種方式是最高效率的微生物培養(yǎng)方式。 節(jié)省消耗（底物、能量） 35連續(xù)培養(yǎng)缺點(diǎn)：1)特別是以中間代謝產(chǎn)物為發(fā)酵產(chǎn)品的發(fā)酵，在理論和實(shí)踐上都沒有完全解決

18、，如發(fā)酵過程中微生物生理生化特性變化，發(fā)酵動力學(xué)等并未充分了解。2)在生產(chǎn)上要保持在連續(xù)發(fā)酵的整個(gè)過程中，生產(chǎn)菌株易于退化。3)長時(shí)間的連續(xù)發(fā)酵中對發(fā)酵設(shè)備和空氣凈化系統(tǒng)的無菌要求更高。不能保持長時(shí)間的無菌操作是導(dǎo)致連續(xù)發(fā)酵失敗的主要原因。364)對于某些原材料價(jià)格昂貴的產(chǎn)品，由于連續(xù)發(fā)酵對基質(zhì)利用率較低，往往造成生產(chǎn)成本的增加。在連續(xù)培養(yǎng)中，營養(yǎng)物的利用率一般亦低于單批培養(yǎng)。 連續(xù)培養(yǎng)營養(yǎng)物料平衡： 流入 流出 生長消耗 維持生命需要 形成產(chǎn)物的消耗 = 積累的營養(yǎng)物37連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用范圍1)在釀造業(yè)中應(yīng)用；2)在菌體生產(chǎn)中應(yīng)用；3)應(yīng)用于菌體分離和改良；4)考查應(yīng)用于分批或分批補(bǔ)料培養(yǎng)的工

19、業(yè)生產(chǎn)菌株的一些基本特性。38連續(xù)培養(yǎng)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用還很有限的原因1)許多方法只能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)20一200小時(shí)，而工業(yè)系統(tǒng)則要求必須能穩(wěn)定運(yùn)行500一1000小時(shí)以上；2)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模長時(shí)間保持無菌狀態(tài)有一定困難；3)連續(xù)培養(yǎng)所用培養(yǎng)基的組成要保持相對穩(wěn)定，這樣才能取得最大產(chǎn)量，而工業(yè)培養(yǎng)基的組成成分，如玉米漿、蛋白胨和淀粉等，在批與批之間有時(shí)會出現(xiàn)較大變化；4)當(dāng)使用高產(chǎn)菌株進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，回復(fù)突變可能發(fā)生。在連續(xù)培養(yǎng)過程中，回復(fù)突變的菌株有可能會取代生產(chǎn)菌株而成為優(yōu)勢菌株。 39（一）連續(xù)培養(yǎng)設(shè)備的類型：1.均勻混合的生物反應(yīng)器1）恒濁器和恒濁培養(yǎng)：在恒濁器內(nèi)，調(diào)節(jié)培養(yǎng)基流速，使細(xì)菌培養(yǎng)液濁度

20、保持恒定的連續(xù)培養(yǎng)方法。原理：維持菌濃度不變。特點(diǎn)：基質(zhì)過量，菌以最高速率生長；但工藝復(fù)雜，煩瑣。402）恒化器和恒化培養(yǎng)： 以恒定流速使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)濃度恒定而保持細(xì)菌生長速率恒定的方法。原理：恒化器中動態(tài)平衡的穩(wěn)定性，是以某種生長限制因子（如碳、氮源；生長因子；無機(jī)鹽等）的濃度來控制菌的生長速度。特點(diǎn)：維持營養(yǎng)成分的低濃度，控制微生物生長速率。一般來說，恒濁器較難控制，目前大多數(shù)研究工作者都利用恒化器進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)的研究。 41422.活塞流反應(yīng)器這是一種不均一的管狀反應(yīng)器，培養(yǎng)基由反應(yīng)器的一端流入，而從另一端流出。在這種反應(yīng)器中，沒有返混現(xiàn)象，因而，反應(yīng)器內(nèi)的培養(yǎng)基呈極化狀態(tài)，在其不同的部位，營

21、養(yǎng)物的成分、細(xì)胞數(shù)目、傳質(zhì)效果、氧供應(yīng)和生產(chǎn)量都不相同。對于這類反應(yīng)器，在其入口處，加入物料的同時(shí)也必須加入微生物細(xì)胞。通常是在反應(yīng)器的出口處裝一支路，使細(xì)胞返回，也可以來自另一連續(xù)培養(yǎng)裝置(種子供應(yīng)系統(tǒng))。另外，這種反應(yīng)器常用于固定化菌和固定化細(xì)胞所催化的反應(yīng)，這時(shí)就無需再在進(jìn)料口處加入催化劑。 43（二）連續(xù)發(fā)酵的類型：1、開放式連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng) ：單罐均勻混 合連續(xù)發(fā)酵、多罐均勻混合連續(xù)發(fā)酵、管道非均勻混合連續(xù)發(fā)酵、塔式非均勻混合連續(xù)發(fā)酵2、封閉式連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)：44類 型開放式(菌體取出)封閉式(菌體不取出)單罐多罐單罐多罐均勻混合非循環(huán)攪拌發(fā)酵罐攪拌罐(串聯(lián))透析膜培養(yǎng)循環(huán)攪拌發(fā)酵罐(菌體

22、部分重復(fù)使用)攪拌罐串聯(lián)(菌體部分重復(fù)使用)攪拌發(fā)酵罐(菌體100重復(fù)使用)攪拌發(fā)酵罐串聯(lián)(菌體100重復(fù)使用)非均勻混合非循環(huán)管道發(fā)酵器塔式發(fā)酵罐塔式發(fā)酵罐裝有隔板的管道發(fā)酵器(臥式、立式)塔式發(fā)酵罐(菌體100重復(fù)使用)塔式發(fā)酵罐(菌體100重復(fù)使用)循環(huán)管道發(fā)酵器塔式發(fā)酵罐(菌體部分重復(fù)使用)塔式發(fā)酵罐裝有隔板的管道發(fā)酵器(菌體部分重復(fù)使用)管道發(fā)酵器(菌體100重復(fù)使用)塔式發(fā)酵罐裝有隔板的管道(菌體100重復(fù)使用)451開放式連續(xù)發(fā)酵在開放式連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)中，培養(yǎng)系統(tǒng)中的微生物細(xì)胞隨著發(fā)酵液的流出而一起流出，細(xì)胞流出速度等于新細(xì)胞形成速度。因此在這種情況下，可使細(xì)胞濃度處于某種穩(wěn)定狀態(tài)

23、。另外，最后流出的發(fā)酵液如部分返回(反饋)發(fā)酵罐進(jìn)行重復(fù)使用，則該裝置叫做循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)酵液不重復(fù)使用的裝置叫做不循環(huán)系統(tǒng)。46(1)單罐均勻混合連續(xù)發(fā)酵：培養(yǎng)液以一定的流速不斷地流加到帶機(jī)械攪拌的發(fā)酵罐中，與罐內(nèi)發(fā)酵液充分混合，同時(shí)帶有細(xì)胞和產(chǎn)物的發(fā)酵液又以同樣流速連續(xù)流出。如果用一個(gè)裝置將流出的發(fā)酵液中部分細(xì)胞返回發(fā)酵罐，就構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)。47(2)多罐均勻混合連續(xù)發(fā)酵：將若干攪拌發(fā)酵罐串聯(lián)起來，就構(gòu)成多罐均勻混合連續(xù)發(fā)酵裝置。新鮮培養(yǎng)液不斷流人第一只發(fā)酵罐，發(fā)酵液以同樣流速依次流人下一只發(fā)酵罐，在最后一只罐中流出。多級連續(xù)發(fā)酵可以在每個(gè)罐中控制不同的環(huán)境條件以滿足微生物生長各階段的不同需要，并能使培養(yǎng)液中的營養(yǎng)成分得到較充分的利用，最后流出的發(fā)酵液中細(xì)胞和產(chǎn)物的濃度較高，所以是最經(jīng)濟(jì)的連續(xù)方法。48(3)管道非均勻混合連續(xù)發(fā)酵：管道的形式有多種，如直線形、S形、蛇形管等。培養(yǎng)液和從種子罐來的種子不斷流入管道發(fā)酵器內(nèi)，使微生物在其中生長。這種連續(xù)發(fā)酵的方法主要用于厭氧發(fā)酵。如在管道中用隔板