在微生物发酵过程中，通常采用分批发酵、分批补料发酵和连续发酵三种常见方式进行。分批发酵是将一定量的华体会体育最新地址和微生物一次性添加到反应器中，在反应器中进行发酵，直到发酵结束后才进行收获。分批补料发酵在分批发酵的基础上增加了补料，补充反应器中的营养物和底物，可以延长反应时间，提高产量。连续发酵是在华体会体育最新地址和微生物不断输入反应器中，产物不断输出的情况下进行发酵。这种发酵方式可以保持反应器中微生物数量和营养物浓度的稳定，适用于生产需要稳定产量的产物。不同的发酵方式有不同的优缺点，需要按照具体情况进行选择和优化，以提高产量和产物质量，同时也要考虑到成本效益和环境保护等问题。

分批发酵

分批发酵是指生物反应器的间歇操作。将发酵华体会体育最新地址一次性投入发酵罐中，经灭菌、接种和发酵，最后一次性地将发酵液放出的一种发酵操作。在发酵过程中，除了不断进行通气（好氧发酵）和为调节发酵液的pH而加入酸碱溶液外，与外界没有其它物料交换，减少了污染机会。其主要特征是所有工艺变量都随发酵时间的变化而变化。

1.1. 分批发酵中的菌体生长规律

分批培养是一个封闭的系统。接种后，除氧之外，一般都不向系统内添加和除去任何物质。因此，分批培养系统只能在一段时间内支持微生物的增殖。可以分为三个阶段为延迟期，对数生长期和稳定期。

(1)延迟期（Lag Phase）：

发酵华体会体育最新地址在接种后，一段时间内细胞浓度的增加不明显，该阶段为延迟期。新环境中存在某些旧环境中没有的营养物质，细胞须合成有关酶类来利用该营养物质，从而出现延迟期。许多胞内酶需要辅酶或活化剂，它们是一些小分子物质或离子，具有较大的通过细胞膜的能力。当细胞转移到新环境中，这些物质可因扩散作用而从细胞中向外流失，这是产生延迟期的又一原因。

如产气气杆菌在葡萄糖磷酸缓冲液中的延迟期与镁离子浓度有关，当华体会体育最新地址中镁离子浓度较高时，细胞内镁的流失少，延迟期较短；而当华体会体育最新地址中镁离子浓度低时，由于镁的流失而使延迟期大大延长。

延迟期的长短与种子的菌龄及接种量的大小有关。年轻的种子产生的延迟期较短，接种量愈大，则延迟期愈短，生产实践中缩短延迟期的方法主要有：①加大接种量；②在新的华体会体育最新地址中加入上次华体会体育最新地址的某些成分。

(2)对数生长期（Logarithmic Phase）

延迟期末，由于华体会体育最新地址中的营养物质比较充足，目标产物尚未开始积累或积累的很少，有害代谢物亦很少，所以细胞的生长不受到限制，细胞浓度随培养时间呈对数增长，称为对数生长期，也称为指数生长期。

初始接种量越大，即培养液中的细胞浓度愈大，细胞浓度的增长速率也就愈大。所以，菌体细胞浓度的变化率与细胞浓度成正比。对数生长期持续的时间取决于菌种、华体会体育最新地址的成分和环境条件等因素。

(3)稳定期（Stationary Phase）

由于营养物质耗尽或有害物质的大量积累，使细胞浓度不再增加，这一阶段称为稳定期或静止期。在稳定期细胞的浓度达到最大值。如果这是由某种营养基质的耗尽所致，而且在细胞的生长过程中细胞的得率系数Yx/s不变，那么，在稳定期达到的最大细胞浓度为：

式中：

X_m为最大细胞浓度；

X_o为接种后的细胞浓度，

S_o为限制性基质的初始浓度。

所以，X_m与限制性基质的初始浓度成线性关系，当X_o很低时X_o与S_o成正比。

1.2. 分批发酵过程中的代谢变化

(1)菌体生长阶段

发酵前期或菌体生长期。发酵华体会体育最新地址接种后，产生菌经过延迟期，开始发育、生长和繁殖。直至达到菌体的临界浓度。此阶段的代谢变化，主要是碳、氮源的分解代谢以及菌体细胞物质的合成代谢，二者有机地联系在一起。营养物质不断被消耗，新菌体不断合成，溶解氧水平不断下降。当营养消耗至一定程度，菌体生长速率减慢；出现与产物合成有关的新酶等原因，转入产物合成阶段。

(2)产物合成阶段

发酵中期或产物分泌期。此期以合成产物为主，产物生成速率达到最大，并一直维持到合成能力衰退。此阶段，菌体重量有所增加，但呼吸强度一般无显著变化。代谢变化以碳、氮源的分解代谢和产物合成代谢为主，二者有机地联系在一起，营养物质不断消耗，产物不断合成。此外，尚有合成菌体细胞物质的代谢存在，但不是主要的。

一般在这个阶段必须将营养物质的浓度控制在一定范围内，如果营养过少，则菌体易衰老，合成代谢能力衰退，对生产不利。此外，发酵液的pH、温度和溶氧浓度都会影响发酵过程中的代谢变化，从而影响产量，必须予以严格控制。

(3)菌体自溶阶段

发酵后期或菌体自溶期。此阶段菌体衰老，细胞开始自溶，合成产物的能力衰退，生产速率下降，NH2-N增加，pH上升。此时发酵必须结束，否则会使产物受到破坏，还会给发酵液过滤和提炼带来困难。

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补料分批发酵

在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统中补加一定物料的培养技术。通过向培养系统中补充物料，可以使培养液中的底物浓度较长时间地保持在一定范围内，即保证微生物的生长需要，又不造成不利影响，从而达到提高容量产率，产物浓度和得率的目的。补料分批培养的适用范围：

1)高菌体浓度培养(高密度培养)系统；

2)存在高浓度底物抑制的系统；如苯酚等，通过流加底物降低抑制。

3)存在Crabtree效应的系统(酵母培养中，初糖过高，即使溶氧充足，也会产生乙醇，影响菌体得率)；

4)受异化代谢物阻遏的系统(葡萄糖作碳源时，分解代谢物抑制异化代谢有关的酶合成)；

5)利用营养突变体的系统；

6)希望延长反应时间或补充损失水分的系统。

2.1. 补料的目的及其意义

①　维持菌体正常代谢，推迟自溶期；

②　延长产物合成期；

③　可以维持较高的产物增长幅度；

④　增加发酵液总体积；

⑤　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，产率为5.5~7kU/ml，补糖时，周期120~130h，产率: 10~12kU/ml。

2.2. 补料分批发酵方式

(1)单一补料分批发酵

在开始时投入一定量的基础华体会体育最新地址，到发酵过程的适当时期，开始连续补加碳源或（和）氮源或（和）其他必需基质，直到发酵液体积达到发酵罐最大操作容积后，停止补料，最后将发酵液一次全部放出。这种操作方式受发酵罐操作容积的限制，发酵周期只能控制在较短的范围内。

(2)反复补料分批发酵

在单一补料分批发酵的基础上，每隔一定时间按一定比例放出一部分发酵液，使发酵液体积始终不超过发酵罐的最大操作容积，从而在理论上可以延长发酵周期，直至发酵产率明显下降，才最终将发酵液全部放出。这种操作类型既保留了单一补料分批发酵的优点，又避免了它的缺点。

发酵在线近红外分析应用简介

近红外光谱(NIR)属分子振动光谱，是基频分子振动的倍频和组合频。主要是含氢基团X-H键(X为C、O、N、S等)的特征信息。近红外光谱分析技术具有快速、高效、无需样品预处理等优势，是非常理想的在线监测技术。

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