【正文】 根據(jù)產(chǎn)量常數(shù)可確定微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要量 如： Y=， 表示要得到 5g菌體，需某營(yíng)養(yǎng)物（葡萄 糖） 10g。 Y= x – x0 C0 – C = x – x0 C0 54 ④ . 衰亡期（ decline phase） 特點(diǎn)： ①細(xì)胞死亡數(shù)增加，死亡數(shù)大大超過(guò)新增殖的細(xì)胞數(shù)，群體中的活菌數(shù)目急劇下降，出現(xiàn)“負(fù)生長(zhǎng)”。 ②細(xì)胞內(nèi)顆粒更明顯，細(xì)胞出現(xiàn)多形態(tài)、畸形或衰退形，芽孢開(kāi)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(zhǎng)曲線表現(xiàn)為向下跌落的趨勢(shì)。 衰亡期比其他各時(shí)期時(shí)間長(zhǎng)，它的長(zhǎng)短也與菌種和環(huán)境條件有關(guān)。 產(chǎn)生原因： 生長(zhǎng)條件的進(jìn)一步惡化，使細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過(guò)合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡 55 lg 細(xì)胞數(shù)或產(chǎn)物濃度 時(shí)間 細(xì)胞 產(chǎn)物 I型 II型 微生物發(fā)酵形成產(chǎn)物的過(guò)程與微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的過(guò)程并不總是一致的。一般認(rèn)為： 初級(jí)代謝 是給予生物能量和生成中間產(chǎn)物的過(guò)程， 初級(jí)代謝產(chǎn)物的形成往往與微生物細(xì)胞的形成過(guò)程同步，微生物生長(zhǎng)的穩(wěn)定期是這些產(chǎn)物的最佳收獲時(shí)機(jī)； 次級(jí)代謝產(chǎn)物 與微生物的生存、生長(zhǎng)和繁殖無(wú)關(guān)。次級(jí)代謝產(chǎn)物的形成往往與微生物細(xì)胞的形成過(guò)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(zhǎng)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(guò)斷裂繁殖不形成產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)。可以用菌絲干重作為衡量生長(zhǎng)的指標(biāo)，即以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以菌絲干重為縱坐標(biāo)，繪制生長(zhǎng)曲線。 可分為三個(gè)階段： 生長(zhǎng)停滯期 迅速生長(zhǎng)期 衰退期 57 生長(zhǎng)停滯期 : 造成生長(zhǎng)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(zhǎng)已經(jīng)開(kāi)始，但還無(wú)法測(cè)定。 迅速生長(zhǎng)期 :菌絲體干重迅速增加，其立方根與時(shí)間呈直線關(guān)系，菌絲干重不以幾何級(jí)數(shù)增加，沒(méi)有對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。生長(zhǎng)主要表現(xiàn)在菌絲尖端的伸長(zhǎng)和出現(xiàn)分支、斷裂等，此時(shí)期的菌體呼吸強(qiáng)度達(dá)到高峰，有的開(kāi)始積累代謝產(chǎn)物。 衰退期 :菌絲體干重下降，到一定時(shí)期不再變化。大多數(shù)次級(jí)代謝產(chǎn)物在此期合成，大多數(shù)細(xì)胞都出現(xiàn)大的空泡。有些菌絲體還會(huì)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(bǔ)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(guò)程中，不斷地供給新鮮的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)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(zhǎng)時(shí)間地處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)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(duì)典型生長(zhǎng)曲線中穩(wěn)定期到來(lái)原因的認(rèn)識(shí)，采取相應(yīng)有效措施推遲其來(lái)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(zhǎng)達(dá)到對(duì)數(shù)期后期時(shí)，一方面以一定的速度流進(jìn)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(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，其中的微生物就能長(zhǎng)期保持對(duì)數(shù)期的平衡生長(zhǎng)狀態(tài)和穩(wěn)定的生長(zhǎng)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(shí)間 連續(xù)流入 新鮮培養(yǎng)液 lg細(xì)胞數(shù)（個(gè)/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(jí)數(shù)分 按細(xì)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(zhǎng)速率）：恒化器 單級(jí)連續(xù)培養(yǎng)器 多級(jí)連續(xù)培養(yǎng)器 一般連續(xù)培養(yǎng)器 固定化細(xì)胞連續(xù)培養(yǎng)器 實(shí)驗(yàn)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(xì)菌生長(zhǎng)速率恒定的方法。 原理： 通過(guò)控制某一種營(yíng)養(yǎng)物濃度（如碳、氮源、生長(zhǎng)因子等） ，使其始終成為生長(zhǎng)限制因子，而達(dá)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(zhǎng)速率條件下進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。 特點(diǎn)： 維持營(yíng)養(yǎng)成分的 亞適量 ，控制微生物生長(zhǎng)速率。菌體生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(guò)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(guò)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(lái) 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(shí)，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(diǎn)： 基質(zhì)過(guò)量，微生物始終以最高速率進(jìn)行生長(zhǎng)，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(zhǎng)相平行的某些代謝產(chǎn)物，如乳酸、乙醇等。 65 裝置 控制對(duì)象 培養(yǎng)基 培養(yǎng)基流速 生長(zhǎng)速率 產(chǎn)物 應(yīng)用范圍 恒濁器 菌體密度（內(nèi)控制） 無(wú)限制生長(zhǎng)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(zhǎng)因子 恒定 低于最高 不同生長(zhǎng)速率的菌體 實(shí)驗(yàn)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(duì)于單批發(fā)酵而言。 優(yōu)點(diǎn)： –高效，簡(jiǎn)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(jìn)行自動(dòng)控制； –產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 –節(jié)約大量動(dòng)力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、電的負(fù)荷均衡合理。 缺點(diǎn)：菌種易于退化；易于遭到雜菌污染；營(yíng)養(yǎng)物利用率低于單批培養(yǎng)。 連續(xù)發(fā)酵的生產(chǎn)時(shí)間受以上因素限制，一般只能維持?jǐn)?shù)月 ~ 1年。 67 Typical bacterial exponential Growth