7分批发酵和补料分批技术.ppt

二.补料分批发酵（Fed-batchFermentation）1．补料分批发酵技术的含义2．补料分批发酵与分批发酵，连续发酵的区别？3．补料分批发酵技术的特点：4．补料分批发酵技术的类型：5．补料分批发酵的适用范围6.流加物料的方式1）恒定流速补料操作2）恒定底物浓度操作3）指数流速操作7.补料分批发酵技术的评价8.补料的目的及其意义a.维持菌体正常代谢，推迟自溶期；b.延长产物合成期；c.可以维持较高的产物增长幅度；d.增加发酵液总体积；e.纠正异常发酵，控制pH，代谢方向。如：四环素发酵生产时：不补糖，周期72~96h，产率：5.5~7kU/ml补糖时，周期120~130h，产率：10~12kU/ml9.补料的控制1）无反馈控制操作恒定流速补料和指数流速补料属于此类，无反馈控制操作是补料流速不随培养液变化而变化，人为地预先设定好。2）反馈控制操作恒定底物浓度操作属于此类，反馈控制操作是通过传感器直接测量培养物生长的特定参数，进而根据参数的变化来调节物料向培养物中补加的速率，使培养物参数保持恒值或最优值。**反馈控制分为：直接法和间接法；a.直接法：以限制性底物（C，N，C/N）浓度为反馈控制参数；b.间接法：以DO，pH，呼吸商，排气中CO2分压，代谢产物浓度为反馈参数。**反馈控制系统的组成：传感器，控制器，驱动器，补料系统等；10.不同培养基组成采用各种自动流加控制指标：工业上所用的培养基组成是各种各样的，见下页表。（二）补料分批发酵动力学1.补料分批发酵通常用下列方程式来定量地表示连续补料工艺的参数变化：线性补料：Fin(t)=α1t+β1指数补料：Fin(t)=α2eβ2t培养液体积：V（t）=V0+Fin·tdV/dt=Fin(t)------------------------------------------(H1)α和β是常数，当用恒定物速补料时，α1=0，V0为起始培养液体积。如果：连续补料系统具有以下特征：（1）充分混合的反应器；（2）单一限制性底物；（3）平衡生长（4）恒定的得率系统（Y）；（5）符合Monod动力学方程。那么：菌体总量的瞬时变化可表示为：d(VX)/dt=(dV/dt)X+(dX/dt)V=μXV--------------------(H2)从H1和H2可得到：dX/dt=μX–(Fin/V)X=[(μmax·S)/(ks+S)]X-(Fin/V)X----------(H3)Note：-(Fin/V)X代表由于物料流入引起体积变化而造成的菌体浓度的降低。由于：μX=rx所以：rs=-(1/Y)rx那么：dS/dt=(Sin-S)(Fin/V)-[(μmax·S)/（kS+S）]·X/Y------------(H4)Note：Sin为补料液的底物浓度。连续发酵中，稀释率（D=F/V）是一常数；恒定流速的补料分批发酵中，连续补料引起体积（V）增加，稀释率(Fin/V)相应地减小。由于H3和H4与恒化器的动力学方程相同，恒定流速体积增加的补料分批发酵相当于体积恒定流速降低的恒化器培养。准稳态：当补料速度非常低，使得比生长速率μ约等于稀释率Fin/V的动力学稳定态现象。准稳态时μ约等于D，但不是固定不变的，而是以相同的速率下降。由于：μ=Fin/V根据方程H3，此时X为恒值(dX/dt=0)，但是dS/dt=0S随时间而下降，S=(Fin/V)·Ks/[(μmax·（Fin/V)]=DKs/(μmax·D)对恒定流速的补料分批发酵而言：d(V·X)dt=Fin·X=常数准稳态时的总菌体量的变化速率为常数，微生物表现为线性生长。dX/dt=μX–(Fin/V)X=[(μmax·S)/(ks+S)]X-(Fin/V)X----------(H3)2.重复补料分批发酵如果在补料分批培养的基础上加以改进，在培养过程中从某个时候起，每隔一定时间取出一定体积的培养液，同时在同一时