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[综合] 发酵的操作方式

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发表于 2020-10-1 21:44:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
02
发酵的操作方式
既然控制的本质就是通过建立输入和输出之间的关系,控制输入达到优化和改变输出的目标,所以营养物质的添加策略往往就是发酵技术的核心。不同的添加策略形成了不同的发酵操作手段。
分批发酵
营养物和菌种一次加入进行培养,直到结束放出,中间除了空气进入和尾气排出,与外部没有物料交换。传统食物发酵和种子培养多用此方法,它除了控制温度和pH 及通气以外,不进行任何其他控制。
分批发酵的具体操作如下:
1、用高压蒸汽对培养基进行灭菌;
2、通过摇瓶、斜面或种子罐完成接种
3、摇种后,对温度、pH、DO等进行控制;
4、发酵结束进行分离提取。
1、优点是:工艺简单,操作方便;
2、缺点是:发酵初期营养物过多可能抑制微生物的生长,而发酵的中后期可能又因为营养物减少而降低培养效率。
适用于种子培养,摇瓶发酵和高通量筛选。
连续发酵
所谓连续发酵,是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基,同时以相同的速度流出培养液,从而使发酵罐内的液量维持恒定,微生物在稳定状态下生长。稳定状态可以有效地延长分批培养中的对数期。
在稳定状态下,微生物所处的环境条件,如营养物浓度、产物浓度、pH 值等都能保持恒定,微生物细胞的浓度及其比生长速率也可维持不变,甚至还可以根据需要来调节生长速度。连续发酵使用的反应器可以是搅拌罐式反应器,也可以是管式反应器。在罐式反应器中,即使加人的物料中不含有菌体,只要反应器内含有一定量的菌体,在一定进料流量范围内,就可实现稳态操作。
罐式连续发酵的设备与分批发酵设备无根本差别,一般可对原有发酵罐改装,根据所用罐数,罐式连续发酵系统又可分单罐连续发酵和多罐连续发酵在管式反应器中,培养液通过一个返混程度较低的管状反应器向前流动,其理想型式为活塞流反应器。在反应器内沿流动方向的不同部位,营养物浓度、细胞浓度、传氧和生产率等都不相同。在反应器的人口,微生物细胞必须和营养液一起加到反应器内,通常在反应器的出口,装一支路使细胞返回,或者来自另一个连续培养罐。这种微生物反应器的运转存在许多困难,故目前主要用于理论研究。
1、优点是:生产稳定,设备利用率高;
2、缺点是:
2.1 对设备无菌、人员操作水平有高要求;
2.2工艺开发难度大,不易放大;
2.3 菌种易退化。
补料分批发酵
补料分批发酵,是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术,是指在微生物分批发酵中,以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。通过向培养系统中补充物料,可以使培养液中的营养物浓度较长时间地保持在一定范围内,既保证微生物的生长需要,又不造成不利影响,从而达到提高产率的目的。
补料在发酵过程中的应用,是发酵技术上一个划时代的进步,补料技术本身也由少次多量、少量多次,逐步改为流加,近年又实现了流加补料的微机控制。
目前,运用补料分批发酵技术进行生产和研究的范围十分广泛,包括细胞蛋白、氨基酸、生长激素、抗生素、维生素、酶制剂、有机溶剂、有机酸、核苷酸、高聚物等,几乎遍及整个发酵行业。它不仅被广泛用于液体发酵中,在固体发酵及混合培养中也有应用。
工艺难点:因为参数之间的耦合性和交互作用,补料和发酵结果之间很难建立定量的因果关系,所以发酵过程中的补料量或补料率,目前在生产中还多是凭经验确定,或者根据一、两个一次检测的静态参数(如基质残留量、pH、溶解氧浓度等)设定控制点,带有一定的盲目性,很难同步地满足微生物生长和产物合成的需要,也不可能完全避免基质的凋控反应。因而现在的研究重点在于如何实现补料的优化控制上。
优缺点
1、调控手段越多,产量越来越高,越来越稳定;
2、装罐系数较低,设备利用率较低;
3、对发酵罐系统要求较高;
4、代谢产物的不断积累,产物合成最终难免受到阻遏。
半连续发酵
半连续发酵(semi-continuous fermentation),又称反复分批培养或换液培养或带放工艺,是指在分批培养的基础上,周期性地放出部分含有产物的发酵液,然后再补加相同体积的新鲜培养基或营养物质的发酵方法。在实施半连续发酵的操作中,补充了新营养成分的反应体系的培养条件与分批培养条件相同,且反应器内培养液的总体积基本保持不变。
半连续发酵工艺的应用可以起到缓解产物抑制和避免代谢副产物积累的作用,改善了微生物的培养环境,有助于保持菌体活力的稳定。目前最典型的应用是青霉素和头孢菌素。

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发表于 2021-5-27 09:48:13 | 显示全部楼层
学习了!那我们平时实验室玻璃罐做的应该是补料分批发酵。
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