《摇瓶和发酵罐培养》PPT课件.ppt

LOGO摇瓶和发酵罐培养的差异摇瓶和发酵罐培养的差异第七组第七组 在发酵工业研究中，广泛采用摇瓶试验进行在发酵工业研究中，广泛采用摇瓶试验进行发酵条件的初步探索，为罐发酵提供参考数据发酵条件的初步探索，为罐发酵提供参考数据但摇瓶或小发酵罐的试验条件转移到大发酵罐时，但摇瓶或小发酵罐的试验条件转移到大发酵罐时，它们所得产物的产量往往不完全一致它们所得产物的产量往往不完全一致 所以，如何尽量缩小它们之间结果的差异，所以，如何尽量缩小它们之间结果的差异，保证摇瓶培养为罐发酵提供可靠的试验数据，就保证摇瓶培养为罐发酵提供可靠的试验数据，就显得十分重要显得十分重要 一、摇瓶实验一、摇瓶实验 二、摇瓶与发酵罐培养的差异二、摇瓶与发酵罐培养的差异 三、摇瓶放大培养的结果三、摇瓶放大培养的结果 四、消除差异的方法四、消除差异的方法主要内容主要内容一、一、摇瓶实验摇瓶实验 1、摇瓶培养、摇瓶培养 摇瓶培养是在菌种的筛选培养阶段（中试），摇瓶培养是在菌种的筛选培养阶段（中试），中试生产的目的是确定菌种培养的最佳操作条件，中试生产的目的是确定菌种培养的最佳操作条件，以便于转移到大发酵罐进行生产。

以便于转移到大发酵罐进行生产 在锥形瓶中在锥形瓶中装入一定量装入一定量 的培的培养基配上瓶塞，养基配上瓶塞，经灭菌后接种，经灭菌后接种，在摇瓶上进行恒在摇瓶上进行恒温振荡培养温振荡培养 在培养过程在培养过程中分析测定培养中分析测定培养液中的有关参数液中的有关参数和产物得量和产物得量2、摇瓶培养的应用、摇瓶培养的应用 摇瓶试验可以在有限的空间、时间和一定量摇瓶试验可以在有限的空间、时间和一定量的人力的条件下，短期内获得大量的数据，所以的人力的条件下，短期内获得大量的数据，所以在实验室研究中被广泛采用在实验室研究中被广泛采用  摇瓶试验结果提供了生产菌株的基本信息和摇瓶试验结果提供了生产菌株的基本信息和发酵工艺数据，经过中试放大后用于工厂发酵罐发酵工艺数据，经过中试放大后用于工厂发酵罐生产 摇瓶和发酵罐培养之间出现差异的原因本质摇瓶和发酵罐培养之间出现差异的原因本质上是由这两种试验规模变化所引起的上是由这两种试验规模变化所引起的体积氧传递系数（体积氧传递系数（KLa）和溶解氧的差异）和溶解氧的差异1CO2浓度的差异浓度的差异2菌丝受机械损伤的差异菌丝受机械损伤的差异3二、摇瓶和发酵罐培养的差异二、摇瓶和发酵罐培养的差异1 体积氧传递系数（体积氧传递系数（KLa）和溶解氧的差异）和溶解氧的差异通气状况：§摇瓶培养：瓶塞对氧传递的阻力、表面通气状况与周围环境有关§发酵罐培养：鼓泡通气Kd值： 溶氧系数Kd在摇瓶发酵和发酵罐中的差异很大-摇瓶的摇瓶的Kd值发酵罐的发酵罐的Kd值发发酵酵罐罐的的溶溶解解氧氧都都大大于于摇摇瓶瓶2 CO2浓度的差异浓度的差异 CO2是微生物的代谢产物，同时它往往也是是微生物的代谢产物，同时它往往也是合成所需的一种基质，溶解在发酵液中的合成所需的一种基质，溶解在发酵液中的CO2对对微生物发酵有抑制或刺激作用。

微生物发酵有抑制或刺激作用 大多数微生物适应低大多数微生物适应低CO2浓度浓度（（0.02~0.04%体积分数）当排出的体积分数）当排出的CO2浓浓度高于度高于4%时，碳水化合物的代谢及呼吸速度下时，碳水化合物的代谢及呼吸速度下降，影响菌体生长、形态及产物合成降，影响菌体生长、形态及产物合成摇瓶摇瓶——常压状态常压状态发酵罐发酵罐——正压状态正压状态CO2在水中的溶解度随外界压力的增大而增加在水中的溶解度随外界压力的增大而增加所以罐中培养液的所以罐中培养液的CO2浓度明显大于摇瓶浓度明显大于摇瓶3 菌丝受机械损伤的差异菌丝受机械损伤的差异v摇瓶培养：菌体只受液体的冲击或沿着瓶壁滑动摇瓶培养：菌体只受液体的冲击或沿着瓶壁滑动影响影响——机械损伤很轻机械损伤很轻v发酵罐培养：受搅拌叶的剪切力、搅拌时间的长发酵罐培养：受搅拌叶的剪切力、搅拌时间的长短等短等——机械损伤程度远远大于摇瓶培养机械损伤程度远远大于摇瓶培养 ur Txt 菌体内核酸类物质的漏出率与搅拌转速、搅拌持续菌体内核酸类物质的漏出率与搅拌转速、搅拌持续时间、搅拌叶的叶尖线速度、培养液单位体积吸收的功率时间、搅拌叶的叶尖线速度、培养液单位体积吸收的功率以及体积氧传递系数以及体积氧传递系数(KLa)等成正比关系，也就是说，这等成正比关系，也就是说，这些发酵参数的数量增加，其漏出率也增加，菌体受损伤的些发酵参数的数量增加，其漏出率也增加，菌体受损伤的程度也增加。

程度也增加 虽然摇瓶发酵也有低分子核酸类物质漏出，其漏出虽然摇瓶发酵也有低分子核酸类物质漏出，其漏出量远远低于罐的量远远低于罐的搅拌增加菌体受损伤的程度搅拌增加菌体受损伤的程度三、摇瓶放大培养的结果三、摇瓶放大培养的结果①① 溶氧敏感，罐中生产能力可能高于摇瓶溶氧敏感，罐中生产能力可能高于摇瓶②② 机械损伤敏感，罐中的生产能力低于摇瓶机械损伤敏感，罐中的生产能力低于摇瓶③③ 溶氧和机械损伤都敏感，其结果随发酵罐溶氧和机械损伤都敏感，其结果随发酵罐 中的特性而定中的特性而定四、消除差异的方法四、消除差异的方法v消除摇瓶与发酵消除摇瓶与发酵罐培养这两种规罐培养这两种规模结果的差异，模结果的差异，使摇瓶发酵结果使摇瓶发酵结果能反映罐上的结能反映罐上的结果，是一个很重果，是一个很重要的问题要的问题1增加摇瓶机的增加摇瓶机的转速，转速，提高摇提高摇瓶的瓶的Kd值和值和溶氧水平溶氧水平2减少培养基的减少培养基的装量，要注意装量，要注意水分蒸发所引水分蒸发所引起的误差起的误差3直接向摇瓶中直接向摇瓶中通入无菌空气通入无菌空气或氧气等措施或氧气等措施4可在摇瓶中加可在摇瓶中加入玻璃珠来模入玻璃珠来模拟发酵罐的机拟发酵罐的机械搅拌来研究械搅拌来研究因搅拌引起的因搅拌引起的差异差异从下面四个方面模拟罐上发酵的条件从下面四个方面模拟罐上发酵的条件从下面四个方面模拟罐上发酵的条件从下面四个方面模拟罐上发酵的条件①① 在摇瓶中附加挡板也可模拟罐发酵时菌丝体的在摇瓶中附加挡板也可模拟罐发酵时菌丝体的损伤。

损伤②② 为减少罐发酵对菌丝的损伤，可采用剪切力较为减少罐发酵对菌丝的损伤，可采用剪切力较小的螺旋浆式搅拌或园盘箭叶蜗轮搅拌匡，以及小的螺旋浆式搅拌或园盘箭叶蜗轮搅拌匡，以及适当减慢搅拌速度、间断搅拌或采用气升式发酵适当减慢搅拌速度、间断搅拌或采用气升式发酵罐③③ 在对在对kd值或溶解氧影响不大的情况下，适当增值或溶解氧影响不大的情况下，适当增加发酵液粘度加发酵液粘度LOGO。