第五章微生物反应器操作5.1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。前者主要采用不通氧的深层培养；后者采用以下几种方法：�液体表面培养(如使用浅盘）�通风固态发酵�通氧深层培养就操作方式而言，深层培养可分为：(1)分批式操作(2)反复分批式操作(3)半分批式操作(4)反复半分批式操作(5)连续式操作1时间菌体浓度延迟期指数生长期减速期静止期衰亡期延迟期：dxdt=0指数生长期:μμ=max倍增时间：td减速期:ddtμ<0静止期：;dxdt=0=maxXX衰亡期:dxdt<025.2分批式操作5.2.1生长曲线分批培养中微生物的生长曲线如图5-2所示。随着培养的进行，基质浓度下降，菌体量增加，产物量也相应增加。分批式培养过程中，微生物的生长可分为：(1)迟缓期(lagphase)(2)对数生长期(lagarithmicgrowthphase)(3)减速期(fransientphase)(4)静止期(stationaryphase)(5)衰退期(declinephase)迟缓期的长短依培养条件不同而异，且受种子种龄及培养条件的影响。一般认为，细菌的迟缓期是其分裂繁殖前的准备时期。此时期内，细胞内某种活性物质未能达到细胞分裂所需的最低浓度，因此出现了对数期前的“静止期”。工业生产中选用对数生长期后期的种子接种，正是为了缩短迟缓期。35.2.1生长曲线当准备工作结束，细胞便开始迅速繁殖，进入对数期。此时，菌体量随时间呈指数函数形式增长(故又称指数生长期).此时，μ一定值，有：应指出，μ为定值是对给定条件而言的。当环境条件与培养条件组成发生变化时，μ值也将发生变化。生产中，应根据目的产物的不同，通过选择环境条件和培养基组成，以达到选择适宜的μ值，使生产高效进行。4[]初始菌体浓度—迟缓期所需时间—时间—式中：或，积分上式，有时，令当或0000)25()(exp)(ln)15(1XttttXXttXXXXttXdtdXdtdXXlaglaglaglag−−=−=⎠⎞⎜⎜⎝⎛==−==μμμμ减速期由于营养消耗，有害物质积累造成生长速率下降。无抑制剂时：SKSSm+=μμSXKSContoisSKSMoserKSTeissierSmnSnmSm+=+=−−=μμμμμμ::)]/exp(1[:5有抑制剂时：产物抑制：基质抑制：isSmKSSK++=1μμ65.2.1生长曲线�经过减速期到达静止期的原因，一般认为是：(1)必须的营养物质不足(2)氧的供应不足(3)抑制剂的积累(4)生长因子不足(5)生物的生长空间不够等7为比例系数。式中，的消耗速率基质若假定直至静止期特定AAAKXKdtSdA)35(][−−=5.2.1生长曲线�进入衰退期后，由于细胞缺乏能量储存物质，以及细胞内各种水解酶的作用，引起细胞自身的消化(autolysis),使细胞死亡。实际上，即使在生长旺盛的对数生长期，也有一部分细胞死亡。因此，Monod方程可改写为：一般在适宜的生长环境中，Kd值较小，随着反应的进行，Kd值增大，进入衰退期后达到最大值。8[][][][])75)(exp(0)65()55()45(maxmax−===−−=−−+=−−+=tKdXstXXstXtXKddtdXKXKXSKsSdtdXKSKsSddd，积分上式，则时。当全部耗尽，因此在衰退期，由于底物已常数。为微生物细胞死亡速率式中，即μμμ5.2.2状态方程微生物培养过程是基质在微生物的作用下转变为产物(或菌体)的过程这一过程是由物质转换过程(微生物的生物代谢活动)和环境过程两个部分所组成。实际上，可以这样认为，前一过程发生在细胞内部，后一过程则发生在细胞外部。培养过程中，与生物代谢过程相关的主要参数有：基质的比消耗速率γ、氧的比呼吸速率Qo2、比生长速率μ、产物的比生成速率π和CO2比生成速率Qco2等；与环境过程相关的，除上述参数外，还有溶解氧浓度(好氧反应时)DO、反应液中的CO2的浓度DCO2、代谢产物的浓度[P]、菌体浓度X、底物浓度[S]及操作条件～95.2.2状态方程10；；；；；；；时，当的分压；排气中的分压；（进气中（进气中氧的分压；排气中氧的分压；（（气体总压力；反应液总体积；惰性气体流速；式中：产物：菌体：基质：可表示为环境过程的状态方程式方程式分批式培养过程的状态－－－－00000002222)()(;0][][][0)))))125()()()()()()(:)115()()()()()()(:)105(][)95()85(][)(2222222222222222222222COCOOOoutCOinCOinOoutOallinCOinOallinCOoutCOoutOalloutCOCOoutCOoutOalloutOinCOinOallinOOQQQQPXXSStCOPCOPPPPV...
