【正文】 根據(jù)產(chǎn)量常數(shù)可確定微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需要量 如： Y=， 表示要得到 5g菌體，需某營養(yǎng)物（葡萄 糖） 10g。 Y= x – x0 C0 – C = x – x0 C0 54 ④ . 衰亡期（ decline phase） 特點： ①細胞死亡數(shù)增加，死亡數(shù)大大超過新增殖的細胞數(shù)，群體中的活菌數(shù)目急劇下降，出現(xiàn)“負生長”。 ②細胞內(nèi)顆粒更明顯，細胞出現(xiàn)多形態(tài)、畸形或衰退形，芽孢開始釋放。 ③因菌體本身產(chǎn)生的酶及代謝產(chǎn)物的作用，使菌體死亡、自溶等，發(fā)生自溶的菌生長曲線表現(xiàn)為向下跌落的趨勢。 衰亡期比其他各時期時間長，它的長短也與菌種和環(huán)境條件有關(guān)。 產(chǎn)生原因： 生長條件的進一步惡化，使細胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡 55 lg 細胞數(shù)或產(chǎn)物濃度 時間 細胞 產(chǎn)物 I型 II型 微生物發(fā)酵形成產(chǎn)物的過程與微生物細胞生長的過程并不總是一致的。一般認為： 初級代謝 是給予生物能量和生成中間產(chǎn)物的過程， 初級代謝產(chǎn)物的形成往往與微生物細胞的形成過程同步，微生物生長的穩(wěn)定期是這些產(chǎn)物的最佳收獲時機； 次級代謝產(chǎn)物 與微生物的生存、生長和繁殖無關(guān)。次級代謝產(chǎn)物的形成往往與微生物細胞的形成過程不同步。在分批培養(yǎng)中，它們的形成高峰往往在微生物生長穩(wěn)定期的后期或衰亡期。 56 絲狀微生物的純培養(yǎng)采用孢子接種，在液體培養(yǎng)基中震蕩培養(yǎng)或深層通氣加攪拌培養(yǎng)，菌絲體通過斷裂繁殖不形成產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)?？梢杂镁z干重作為衡量生長的指標(biāo)，即以時間為橫坐標(biāo)，以菌絲干重為縱坐標(biāo)，繪制生長曲線。 可分為三個階段： 生長停滯期 迅速生長期 衰退期 57 生長停滯期 : 造成生長停滯的原因一是孢子萌發(fā)前真正的停滯狀態(tài)，另一種是生長已經(jīng)開始，但還無法測定。 迅速生長期 :菌絲體干重迅速增加，其立方根與時間呈直線關(guān)系，菌絲干重不以幾何級數(shù)增加，沒有對數(shù)生長期。生長主要表現(xiàn)在菌絲尖端的伸長和出現(xiàn)分支、斷裂等，此時期的菌體呼吸強度達到高峰，有的開始積累代謝產(chǎn)物。 衰退期 :菌絲體干重下降，到一定時期不再變化。大多數(shù)次級代謝產(chǎn)物在此期合成，大多數(shù)細胞都出現(xiàn)大的空泡。有些菌絲體還會發(fā)生自溶菌絲體，這與菌種和培養(yǎng)條件有關(guān)。 58 連續(xù)培養(yǎng) （ continuous culture） 分批培養(yǎng) （ batch culture） ：將微生物置于一定容積的定量的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，培養(yǎng)基一次性加入。不再補充和更換，最后一次性收獲。 連續(xù)培養(yǎng) （ continuous culture） ：在微生物培養(yǎng)的過程中，不斷地供給新鮮的營養(yǎng)物質(zhì)，同時排除含菌體及代謝產(chǎn)物的發(fā)酵液，讓培養(yǎng)的微生物長時間地處于對數(shù)生長期，以利于微生物的增殖速度和代謝活性處于某種穩(wěn)定狀態(tài)。 連續(xù)培養(yǎng) 理論基礎(chǔ) ：由于對典型生長曲線中穩(wěn)定期到來原因的認識，采取相應(yīng)有效措施推遲其來臨，從而發(fā)展出現(xiàn)在的連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)。 59 原理：當(dāng)微生物在單批培養(yǎng)方式下生長達到對數(shù)期后期時，一方面以一定的速度流進新鮮培養(yǎng)基并攪拌，另一方面以溢流方式流出培養(yǎng)液，使培養(yǎng)物達到動態(tài)平衡，其中的微生物就能長期保持對數(shù)期的平衡生長狀態(tài)和穩(wěn)定的生長速率。 單批培養(yǎng) 恒濁法 恒化法 單批培養(yǎng) 連續(xù)培養(yǎng) 時間 連續(xù)流入 新鮮培養(yǎng)液 lg細胞數(shù)（個/ml） 連續(xù)培養(yǎng) 連續(xù)培養(yǎng)原理 60 連續(xù) 培養(yǎng)器 按控制方式分 按培養(yǎng)器的級數(shù)分 按細胞狀態(tài)分 按用途分 內(nèi)控制（控制菌體密度）：恒濁器 外控制（控制培養(yǎng)液流速、以控制生長速率）：恒化器 單級連續(xù)培養(yǎng)器 多級連續(xù)培養(yǎng)器 一般連續(xù)培養(yǎng)器 固定化細胞連續(xù)培養(yǎng)器 實驗室科研用：連續(xù)培養(yǎng)器 發(fā)酵生產(chǎn)用：連續(xù)發(fā)酵罐 連續(xù)培養(yǎng)器 61 連續(xù)培養(yǎng)技術(shù) —— 恒化連續(xù)培養(yǎng) 概念 ：以恒定流速使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)濃度恒定而保持細菌生長速率恒定的方法。 原理： 通過控制某一種營養(yǎng)物濃度（如碳、氮源、生長因子等） ，使其始終成為生長限制因子，而達到控制培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率條件下進行生長繁殖。 特點： 維持營養(yǎng)成分的 亞適量 ，控制微生物生長速率。菌體生長速率恒定，菌體均一、密度穩(wěn)定，產(chǎn)量低于最高菌體產(chǎn)量。 應(yīng)用范圍： 實驗室科學(xué)研究 62 Figure . Schematic diagram of a chemostat, a device for the continuous culture of bacteria. The chemostat relieves the environmental conditions that restrict growth by continuously supplying nutrients to cells and removing waste substances and spent cells from the culture medium. 63 恒化器 Chemostat 或 bactogen 64 概念： 通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)基流速，使培養(yǎng)液濁度保持恒定的連續(xù)培養(yǎng)方法。 原理 ：通過調(diào)節(jié)新鮮培養(yǎng)基流入的速度和培養(yǎng)物流出的速度來 維持菌濃度不變 ,即濁度不變 。主要采用恒濁器，當(dāng)濁度高時，使新鮮培養(yǎng)基的流速加快，濁度降低，則減慢培養(yǎng)基的流速。 特點： 基質(zhì)過量，微生物始終以最高速率進行生長，并可在允許范圍內(nèi)控制不同的菌體密度；但工藝復(fù)雜，煩瑣。 連續(xù)培養(yǎng)技術(shù) —— 恒濁培養(yǎng) 使用范圍： 用于生產(chǎn)大量菌體、生產(chǎn)與菌體生長相平行的某些代謝產(chǎn)物，如乳酸、乙醇等。 65 裝置 控制對象 培養(yǎng)基 培養(yǎng)基流速 生長速率 產(chǎn)物 應(yīng)用范圍 恒濁器 菌體密度（內(nèi)控制） 無限制生長因子 不恒定 最高 大量菌體或與菌體形成相平行的產(chǎn)物 生產(chǎn)為主 恒化器 培養(yǎng)基流速（外控制） 有限制生長因子 恒定 低于最高 不同生長速率的菌體 實驗室為主 恒濁器與恒化器的比較 66 連續(xù)發(fā)酵（ continuous fermentation） 連續(xù)培養(yǎng)在生產(chǎn)上的應(yīng)用，相對于單批發(fā)酵而言。 優(yōu)點： –高效，簡化了操作 —— 裝料、滅菌、出料、清洗發(fā)酵罐等單元操作； –自控：便于利用各種儀表進行自動控制； –產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 –節(jié)約大量動力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、電的負荷均衡合理。 缺點：菌種易于退化；易于遭到雜菌污染；營養(yǎng)物利用率低于單批培養(yǎng)。 連續(xù)發(fā)酵的生產(chǎn)時間受以上因素限制，一般只能維持數(shù)月 ~ 1年。 67 Typical bacterial exponential Growth