第四章 微生物反应器操作
第四章 微生物反应器操作
主要内容 1、微生物反应器操作基础 2、分批操作 3、流加操作 4、连续操作
主要内容 1、微生物反应器操作基础 2、分批操作 3、流加操作 4、连续操作
4.1 微生物反应器操作基础 ◼ 微生物培养过程根据是否要求供氧，分为 厌氧和好氧培养 。 好氧培养可采用以下几种方法： （1）液体表面培养（如使用浅盘）； （2）通风固态发酵； （3）通氧深层培养
4.1 微生物反应器操作基础 ◼ 微生物培养过程根据是否要求供氧，分为 厌氧和好氧培养 。 好氧培养可采用以下几种方法： （1）液体表面培养（如使用浅盘）； （2）通风固态发酵； （3）通氧深层培养
深层培养 培养方式分类： ◼ 分批式操作（batch operation） ◼ 半分批式操作（semi-batch operation） ◼ 反复分批式操作（repeated batch operation） ◼ 反 复 半 分 批 式 操 作 （ repeated semi-batch operation） ◼ 连续式操作（continuous operation)
深层培养 培养方式分类： ◼ 分批式操作（batch operation） ◼ 半分批式操作（semi-batch operation） ◼ 反复分批式操作（repeated batch operation） ◼ 反 复 半 分 批 式 操 作 （ repeated semi-batch operation） ◼ 连续式操作（continuous operation)
4.2 分批式操作 ◼ 是指基质一次性加入反应器内，在适宜 条件下将微生物菌种接入，反应完成后 将全部反应物料取出的操作方式
4.2 分批式操作 ◼ 是指基质一次性加入反应器内，在适宜 条件下将微生物菌种接入，反应完成后 将全部反应物料取出的操作方式
培养过程中基质体积变化
培养过程中基质体积变化
◼ 半分批式操作 又称流加操作，是指先将一定量基质加 入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种 接入反应器中，反应开始，反应过程中将 特定的限制性基质按照一定要求加入到反 应器内，以控制限制性基质保持一定，当 反应终止时取出反应物料的操作方式 。 ◼ 酵母、淀粉酶、某些氨基酸和抗生素等采 用这种方式进行生产
◼ 半分批式操作 又称流加操作，是指先将一定量基质加 入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种 接入反应器中，反应开始，反应过程中将 特定的限制性基质按照一定要求加入到反 应器内，以控制限制性基质保持一定，当 反应终止时取出反应物料的操作方式 。 ◼ 酵母、淀粉酶、某些氨基酸和抗生素等采 用这种方式进行生产
反复分批式操作是指分批操作完成后， 不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一 定量的基质，再按照分批式操作方式，反复 进行。其培养过程中基质体积变化曲线如图 4-1c所示 。 反复半分批式操作是指流加操作完成后， 不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一 定量的基质，再按照流加操作方式进行，反 复进行。其培养过程中基质体积变化曲线如 图4-1d所示
反复分批式操作是指分批操作完成后， 不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一 定量的基质，再按照分批式操作方式，反复 进行。其培养过程中基质体积变化曲线如图 4-1c所示 。 反复半分批式操作是指流加操作完成后， 不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一 定量的基质，再按照流加操作方式进行，反 复进行。其培养过程中基质体积变化曲线如 图4-1d所示
连续式操作是指在分批式操作进行到一定 阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内， 另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反 应条件（如反应液体积等）不随时间变化的操 作方式。活性污泥法处理废水、固定化微生物 反应等多采用连续式操作。连续培养过程中基 质体积变化曲线如图4-1e 所示
连续式操作是指在分批式操作进行到一定 阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内， 另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反 应条件（如反应液体积等）不随时间变化的操 作方式。活性污泥法处理废水、固定化微生物 反应等多采用连续式操作。连续培养过程中基 质体积变化曲线如图4-1e 所示
优点 不足 应用的场合 分 分 批 式 操 作 设备制作费用低； 同一设备可进行多种产品生产； 高收率（若能对培养过程了解的 深入）； 发生杂菌污染或菌种变异的几率 低。 反应器的非生产周期较长； 由于频繁杀菌，易使检测装置损伤； 由于每次培养均要接种，增加了生产成 本； 需要非稳定过程控制费用； 人员操作加大了污染的危险。 进行少量产品生产； 使用同一种反应器，进行多种产物 生产； 易发生杂菌污染或菌种变异 从培养液中提取产物采取分批式操 作。 流 流 加 式 操 作 高通融性； 可任意控制反应器中的基质浓度 ； 可确保微生物所需的环境； 如果能够了解菌体在分批过程中 的性质，可获得产物高收率。 有反应器的非生产周期； 需要较高的劳动力（需要控制和高价的 检测装置）； 人员的操作加大了污染的危险； 由于频繁杀菌，易使检测装置损伤。 不能进行连续式操作； 分批操作生产效率低； 希望延长反应时间； 出现基质抑制； 使用营养要求变异株 一定培养基成分的浓度是菌体收率 或代谢产物生产速度的影响因素； 需要高菌体浓度。 连 连 续 式 操 作 易机械化、自动化； 节约劳动力； 反应器体积小（由于无非生产准 备时间）； 可确保产品品质稳定； 由于机械化操作，减少了操作人 员的操作带来的污染； 几乎没有因杀菌，使检测装置损 伤的可能。 通融性低（同一装置不能生产多种产 品）； 需要原料的品质均一； 设备投资高（控制、自动化等操作具有 一定难度）； 长时间培养，增加了杂菌污染或菌种变 异的几率； 反应器内保持醪液的恒定，有一定困难 （由于产生气泡、丝状菌堵塞管路等） 。 需生产速率高的场合（对于同一品 质，大量生产的产品）； 基质是气体、液体和可溶性固体； 不易发生杂菌污染或菌种变异。 分 批 式 操 作 特 点
优点 不足 应用的场合 分 分 批 式 操 作 设备制作费用低； 同一设备可进行多种产品生产； 高收率（若能对培养过程了解的 深入）； 发生杂菌污染或菌种变异的几率 低。 反应器的非生产周期较长； 由于频繁杀菌，易使检测装置损伤； 由于每次培养均要接种，增加了生产成 本； 需要非稳定过程控制费用； 人员操作加大了污染的危险。 进行少量产品生产； 使用同一种反应器，进行多种产物 生产； 易发生杂菌污染或菌种变异 从培养液中提取产物采取分批式操 作。 流 流 加 式 操 作 高通融性； 可任意控制反应器中的基质浓度 ； 可确保微生物所需的环境； 如果能够了解菌体在分批过程中 的性质，可获得产物高收率。 有反应器的非生产周期； 需要较高的劳动力（需要控制和高价的 检测装置）； 人员的操作加大了污染的危险； 由于频繁杀菌，易使检测装置损伤。 不能进行连续式操作； 分批操作生产效率低； 希望延长反应时间； 出现基质抑制； 使用营养要求变异株 一定培养基成分的浓度是菌体收率 或代谢产物生产速度的影响因素； 需要高菌体浓度。 连 连 续 式 操 作 易机械化、自动化； 节约劳动力； 反应器体积小（由于无非生产准 备时间）； 可确保产品品质稳定； 由于机械化操作，减少了操作人 员的操作带来的污染； 几乎没有因杀菌，使检测装置损 伤的可能。 通融性低（同一装置不能生产多种产 品）； 需要原料的品质均一； 设备投资高（控制、自动化等操作具有 一定难度）； 长时间培养，增加了杂菌污染或菌种变 异的几率； 反应器内保持醪液的恒定，有一定困难 （由于产生气泡、丝状菌堵塞管路等） 。 需生产速率高的场合（对于同一品 质，大量生产的产品）； 基质是气体、液体和可溶性固体； 不易发生杂菌污染或菌种变异。 分 批 式 操 作 特 点