[科普中国]-分批培养

简介

在分批培养中，培养基一次加入，不予补充，不再更换。由于营养消耗，代谢产物积累，对数生长期不能长期维持。分批培养每次都要经过灭菌、装料、接种、发酵、放料等过程，因此，非生产时间比例大，能耗大。但这种培养方式操作简单，是一种最为广泛的培养方式。2

特点分批培养就是一次性收获产品的操作。分批培养的优点是：培养基一次灭菌，一次投料，容易实现无菌状态；易于操作控制，产品质量稳定；培养浓度较高，易于产品分离。但是分批培养的辅助时间较多，设备生产能力低。在目前国内外绝大多数发酵生产中，都是采用分批培养的方法。

分类根据培养基的添加方式不同，分批培养又可分为一次性投料的一般分批培养和连续添加培养基的流加培养。

一般分批培养一般分批培养是指一次性投料和一次性回收产品的操作。在这种操作方法中还包括下列两种情况。

① 在有些发酵操作中，微生物生长和代谢所需的某些营养成分可能需连续供应。例如好氧培养中微生物所需的氧气就必须连续供应，这是因为氧在培养液中的溶解度很小，不可能在发酵开始时一次供足。又如在许多发酵生产中，氮源和碳源的加入也往往采用连续流加的方法。

氮源的流加可能有两方面的原因，一是为了控制微生物的生长；二是当使用氨水、硫铵等碱性氮源时，采用流加的方法有利于pH的调节。谷氨酸发酵中，氮源的加入就是采用连续流加的方法。

磷源的流加也有两个原因，一是可能有利于pH的调节控制；另一个原因是若在发酵开始时一次性投入磷酸，则磷酸根离子可能会与培养液中某些金属离子结合而沉淀，影响培养过程后期微生物的吸收和利用。

② 第二种情况是重复批式培养。所谓重复批式培养就是当培养成熟后，只分出一部分成繁醪，在原反应器中，留一部分成熟醪作为种子，接入新鲜培养基后继续培养。这种操作方法多见于种子培养阶段，如我国大多数酒精厂的酒母车间一般都采用这种操作。这种培养方法省去了前几级种子培养，节约了人力物力，但长期的重复批式培养会使菌种产生退化变异，影响后面工段的生产。因此，重复一定的次数后，就必须重新从菌种开始培养。

在分批培养过程中，微生物的生长一般可分为延滞期、对数生长期、减速期、稳定期和衰退期五个阶段。

在延滞期，细胞不生长。延滞期的长短，差别很大，短的几乎觉察不到，而长的要在接种后2～3d才开始生长。延滞期的长短与接种条件有很大的关系。种子老化会使延滞期延长，而在对数生长期接种延滞期最短。其次，带培养液接种比种子经分离培养液后接种的延滞期要短，但带培养液的种子易老化，不易保藏。对于经分离后的浓缩种子，若在接种时添加适量的培养滤液，则可缩短延滞期。此外，对有些微生物培养在接种时添加某种激活剂可大大缩短延滞期。

稳定期和衰退期的出现，除了底物浓度下降或已被耗尽外，一般认为还有下列原因。

① 其他营养物质不足：除碳源外，其他必须营养物质不足，同样会引起微生物停止生长，进入稳定期和衰退期。

② 氧的供应不足：随着培养液细胞浓度的增加，需氧速率越来越大，而培养液中菌体浓度的增加，导致黏度增大，溶氧困难，因而在分批培养的后期，容易造成供氧不足。供氧不足会造成细胞生长速率减慢，严重时会出现菌体自溶，进入衰退期。

③ 抑制物质的积累：随着微生物的生长，培养液中各种代谢产物的浓度逐渐增高，而有些代谢产物对微生物本身的生长有抑制作用。

④ 生物的空间不足：据经验，在培养细菌及酵母等时，当细胞浓度达到109～1010个/mL时，培养液中还有充足的营养物质，但菌体的生长几乎停止。这种现象的出现有人认为是由生长抑制物质所引起，可是也有人认为是由于单个细胞必须占有最小的空间所致。

流加培养流加培养亦是一种批式操作，与一般分批培养的不同点在于营养物不是一次加入，而是在培养过程中按预定速率或根据培养过程的检测连续流加营养物。流加培养一般出现在下列两种情况中：一种情况是培养过程中的主要底物是气体；另一种情况是存在底物抑制。若底物是气体，如甲烷发酵，则不可能将底物一次加入，只能在培养过程中，连续不断地通入。对于存在底物抑制的培养系统，采用连续流加培养基的方法，可使发酵液中一直保持较低的底物浓度，从而解除底物抑制。目前国内外的酵母生产行业大多采用这种操作方法。

酵母的生产与代谢不仅取决于是否有足够的氧，而且与糖的含量有关。当糖含量很低时（0.028%），在有氧条件下，酵母不产生乙醇，其生长得率可达50%；当糖含量较高时，酵母菌在生长的同时，产生部分乙醇，酵母得率低于50%；而当培养液中的糖含量达5%时，即使在有足够氧的条件下，酵母菌的生长也会受到抑制，且产整大量乙醇，酵母得率很低。因此，为了获取较高的生长速率和较高的酵母得率，必须使培养液中糖的含量保持在较低的水平。显然，采用一次投料的方法是不行的。这样在发酵的初始阶段将会产生大量酒精，影响酵母的生长和收得率。采用流加的方法可获得满意的结果，在整个发酵过程中，培养液中的糖含量都保持在较低的水平（一般为0.1%～0.5%），酵母利用多少就流加多少，流加速率等于酵母的耗糖速率。这样酵母处在较低糖含量的培养条件下，以较快的速度生长，其酵母的收得率也能取得令人满意的结果，这就是酵母培养采用流加培养的原因。3