典型发酵过程动力学及模型.ppt

7、稀释率对菌体浓度、底物浓度及细胞产率的关系第85页,共96页，2024年2月25日，星期天五、带有细胞循环的单级恒化器单级CSTR流出的反应液进行分离，然后将浓缩后的细胞悬浮液再送回反应器中，就成为带有细胞循环的CSTR可提高细胞浓度提高CSTR生产率增加系统稳定性回流比：细胞浓缩系数：第86页,共96页，2024年2月25日，星期天菌体衡算：输入的细胞＋循环流回细胞+生长的细胞=输出的细胞稳态操作且反应液体积不变：得稳态操作时细胞的比生长速率小于稀释率第87页,共96页，2024年2月25日，星期天细胞回流与不回流的单级连续发酵比较A-细胞回流时的稳态X；B-细胞回流时的稳态DX；C-细胞回流时的稳态Xe；D-细胞不回流时的稳态X；E-细胞不回流时的稳态DX第88页,共96页，2024年2月25日，星期天单流多级系统第一级与CSTR相同，后面的级对前面的级没有影响；各级稀释率仅取决于该级反应器体积，体积相同，则稀释率相同多流多级系统多股基质输入带循环的多级系统六、多级CSTR串联第89页,共96页，2024年2月25日，星期天假设：一股进料、稳态操作各个CSTR体积相等每个反应器内为全混流，各反应器之间无返混各反应器操作条件相同，得率为常数1、单流多级系统第90页,共96页，2024年2月25日，星期天第一级CSTR第二级CSTR有细胞加入2、单流多级系统细胞生长动力学第91页,共96页，2024年2月25日，星期天输入+生长=输出第二级反应器中细胞的比生长速率小于稀释率第92页,共96页，2024年2月25日，星期天七、连续培养中的主要问题稳定性问题连续培养系统要求处于稳定状态，首先要求确保菌种的稳定，但大规模连续培养过程中常出现菌种变异和退化的现象，尤其是带有营养缺陷、抗反馈突变等遗传标记的生产菌。可采用半连续发酵。无菌度问题连续培养周期长、保持设备的密闭性以及培养液和空气的无菌度更为严格。可在发酵掖中加入抗菌的药物。匀态问题所谓匀态是指连续培养要求菌体、基质和产物都要混合均匀作为前提。对于高黏度和非牛顿醪液，更难混匀。第93页,共96页，2024年2月25日，星期天控制问题连续培养要求各参数稳定，整个系统要在最佳化的条件下进行，才能获得最高的产率和最大的生产能力。有些连续培养的最佳点与最坏点相当接近。可见连续培养要求精确的控制技术。放大问题第94页,共96页，2024年2月25日，星期天提高生产率添加新鲜培养基，克服养分不足所导致的发酵过程过早结束，延长对数生长期，增加生物量等；在长时间发酵中，菌种易于发生变异，并容易染上杂菌；如果操作不当，新加入的培养基与原有培养基不易完全混合。优缺点第95页,共96页，2024年2月25日，星期天感谢大家观看第96页,共96页，2024年2月25日，星期天****补料分批发酵的类型补料方式连续流加不连续流加多周期流加补料成分单一组分流加多组分流加控制方式反馈控制无反馈控制指数流加变速流加恒速流加第53页,共96页，2024年2月25日，星期天（1）相对于分批发酵：解除底物、产物的抑制和葡萄糖的阻遏效应；避免好氧发酵时微生物大量繁殖而耗氧过多，致使通风设备不能匹配；某些情况下适当控制微生物生成量，有利于提高产物的转化率（2）与连续培养相比：不需严格的无菌条件，不会产生菌体老化、变异、污染等问题；最终产物浓度高，易于分离；应用广泛缺点：反馈控制附属设备昂贵；如没有反馈控制则不能保证微生物生长与预期一致；对操作技能要求高补料分批发酵的特点及其适用条件第54页,共96页，2024年2月25日，星期天补料分批培养过程主要适用于代谢产物得率或生成速率受底物的影响、细胞的生长状态或培养环境需要调节的过程，一般在一下情况适宜补料分批发酵：①细胞的高密度培养②所用底物在高浓度下对菌体生长有抑制作用：乙醇、甲醇、乙酸、芳香族化合物③存在crabtree效应的培养系统：糖浓度过高时，在氧充足的条件下发生糖的无氧氧化④营养缺陷菌株的培养⑤受异化代谢阻遏的系统⑥高黏度的培养系统第55页,共96页，2024年2月25日，星期天补料分批发酵动力学模型100L发酵液，菌体浓度20g/l，补料速度100L/h；经1h后，菌体浓度18g/l，求次时间段内平均菌体生长速率、