微生物反应器操作-生物反应工程课件.ppt

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
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)
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
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。
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