第六章 生物反應(yīng)器操作的優(yōu)化

1、第六章第六章 生物反應(yīng)器操作的優(yōu)化生物反應(yīng)器操作的優(yōu)化基本要求：基本要求：掌握流加操作中反應(yīng)器內(nèi)各組分濃度變化和體積變化規(guī)律。掌握流加操作中反應(yīng)器內(nèi)各組分濃度變化和體積變化規(guī)律。了解生物反應(yīng)分離耦合過程的方法。了解生物反應(yīng)分離耦合過程的方法。了解反應(yīng)過程的檢測(cè)和調(diào)控。了解反應(yīng)過程的檢測(cè)和調(diào)控。重點(diǎn)：重點(diǎn)：BSTRBSTR的流加操作和生物反應(yīng)分離耦合過程的流加操作和生物反應(yīng)分離耦合過程第一節(jié)第一節(jié) 間歇反應(yīng)過程操作條件的優(yōu)化間歇反應(yīng)過程操作條件的優(yōu)化 由于間隙微生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)上的困難，因而絕大多數(shù)生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)由于間隙微生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)上的困難，因而絕大多數(shù)生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)仍憑經(jīng)驗(yàn)。這樣設(shè)計(jì)出來

2、的微生物反應(yīng)器的操作未必能在優(yōu)化條件下進(jìn)行，仍憑經(jīng)驗(yàn)。這樣設(shè)計(jì)出來的微生物反應(yīng)器的操作未必能在優(yōu)化條件下進(jìn)行，這就存在間隙微生物反應(yīng)器的操作優(yōu)化問題，只有這樣，才能使得間隙微生這就存在間隙微生物反應(yīng)器的操作優(yōu)化問題，只有這樣，才能使得間隙微生物反應(yīng)器的操作達(dá)到最優(yōu)。物反應(yīng)器的操作達(dá)到最優(yōu)。 從工程的角度看，所謂的優(yōu)化，就是如何使得操作條件，操作方式和反從工程的角度看，所謂的優(yōu)化，就是如何使得操作條件，操作方式和反應(yīng)器的形式等的選擇達(dá)到目的反應(yīng)的最優(yōu)值。具體到間隙微生物反應(yīng)器，就應(yīng)器的形式等的選擇達(dá)到目的反應(yīng)的最優(yōu)值。具體到間隙微生物反應(yīng)器，就是希望使用最少的費(fèi)用，獲得最大的效益。對(duì)于反應(yīng)器，有

3、兩種情況：是希望使用最少的費(fèi)用，獲得最大的效益。對(duì)于反應(yīng)器，有兩種情況：已已使用過的反應(yīng)器，使用過的反應(yīng)器，設(shè)計(jì)新的反應(yīng)器。這兩種情況，都涉及優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)新的反應(yīng)器。這兩種情況，都涉及優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和變量的確定。作為最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，可以為：純利潤(rùn)，成本，產(chǎn)量或產(chǎn)率變量的確定。作為最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，可以為：純利潤(rùn)，成本，產(chǎn)量或產(chǎn)率等；作為最優(yōu)化的變量，可以為：反應(yīng)時(shí)間，培養(yǎng)基組成，溫度，等；作為最優(yōu)化的變量，可以為：反應(yīng)時(shí)間，培養(yǎng)基組成，溫度，pHpH或或DODO等。等。 獲得最佳工藝條件的方法有兩種：獲得最佳工藝條件的方法有兩種： 變量的值。由此可以求得變量和因條件。取得極值所必須滿足的

4、使得變量令其等于零，即就是該求導(dǎo)數(shù)：對(duì)某一需要優(yōu)化的變量總能得到一個(gè)函數(shù)：fxzyxfdxdfzyxff,.),(,.),(1 1 試驗(yàn)法試驗(yàn)法 采用通過規(guī)劃的有限次試驗(yàn)，摸索出最佳的工藝條件。常用的實(shí)驗(yàn)采用通過規(guī)劃的有限次試驗(yàn)，摸索出最佳的工藝條件。常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有：正交設(shè)計(jì)法和均勻設(shè)計(jì)法。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。正交設(shè)計(jì)方法有：正交設(shè)計(jì)法和均勻設(shè)計(jì)法。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。正交設(shè)計(jì)法能分析因素對(duì)結(jié)果的影響，但是實(shí)驗(yàn)次數(shù)較多；均勻設(shè)計(jì)法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法能分析因素對(duì)結(jié)果的影響，但是實(shí)驗(yàn)次數(shù)較多；均勻設(shè)計(jì)法實(shí)驗(yàn)次數(shù)最少，但須事先明確實(shí)驗(yàn)范圍。次數(shù)最少，但須事先明確實(shí)驗(yàn)范圍。2 2 模擬計(jì)算法模擬計(jì)算

5、法例一、培養(yǎng)基組成的優(yōu)化例一、培養(yǎng)基組成的優(yōu)化 在間隙培養(yǎng)中，各種營(yíng)養(yǎng)成分是一次性加入到反應(yīng)器中的，因此，我們可以僅從計(jì)量關(guān)系上決定裝在間隙培養(yǎng)中，各種營(yíng)養(yǎng)成分是一次性加入到反應(yīng)器中的，因此，我們可以僅從計(jì)量關(guān)系上決定裝入的營(yíng)養(yǎng)成分的量或濃度。假定預(yù)先指定最大的菌體濃度為入的營(yíng)養(yǎng)成分的量或濃度。假定預(yù)先指定最大的菌體濃度為x xstst，根據(jù)菌體的得率系數(shù)，根據(jù)菌體的得率系數(shù)Y Yx/sx/s，我們可以確，我們可以確定某營(yíng)養(yǎng)成分定某營(yíng)養(yǎng)成分i i的初始濃度為：的初始濃度為： 反應(yīng)結(jié)束收獲時(shí)，產(chǎn)物的收獲量和營(yíng)養(yǎng)成分的裝入量之間的關(guān)系十分復(fù)雜。對(duì)此，我們可以采用統(tǒng)反應(yīng)結(jié)束收獲時(shí)，產(chǎn)物的收獲量和營(yíng)養(yǎng)

6、成分的裝入量之間的關(guān)系十分復(fù)雜。對(duì)此，我們可以采用統(tǒng)計(jì)調(diào)優(yōu)法計(jì)調(diào)優(yōu)法11。 假定產(chǎn)物的收獲量假定產(chǎn)物的收獲量P Pt t 為營(yíng)養(yǎng)底物成分初始濃度的函數(shù)，即可以表示為：為營(yíng)養(yǎng)底物成分初始濃度的函數(shù)，即可以表示為： n n 為營(yíng)養(yǎng)成分的個(gè)數(shù)和表示第為營(yíng)養(yǎng)成分的個(gè)數(shù)和表示第n n個(gè)營(yíng)養(yǎng)成分。個(gè)營(yíng)養(yǎng)成分。 若可以假定收獲量與各成分的初始濃度之間的函數(shù)關(guān)系為一次式，即有：若可以假定收獲量與各成分的初始濃度之間的函數(shù)關(guān)系為一次式，即有： 其中：其中： 為未知系數(shù)，為未知系數(shù)，P Pt t , P , Pc c 分別為收獲量的實(shí)際值和計(jì)算值。分別為收獲量的實(shí)際值和計(jì)算值。 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)m m次實(shí)驗(yàn)。我們可以得到

7、：次實(shí)驗(yàn)。我們可以得到： 根據(jù)上式計(jì)算得到的收獲量計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值之間存在差別。根據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸，尋找合適的回歸系數(shù)集，根據(jù)上式計(jì)算得到的收獲量計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值之間存在差別。根據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸，尋找合適的回歸系數(shù)集，使得計(jì)算值同實(shí)驗(yàn)值之間的差最小。據(jù)此，我們可以確定未知系數(shù)。有了這些系數(shù)，我們可以確定最佳使得計(jì)算值同實(shí)驗(yàn)值之間的差最小。據(jù)此，我們可以確定未知系數(shù)。有了這些系數(shù)，我們可以確定最佳的培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分的初始加入量。的培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分的初始加入量。11 、統(tǒng)計(jì)調(diào)優(yōu)法是將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)成一定的統(tǒng)計(jì)模型，并從關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)模型出發(fā)，利用一定、統(tǒng)計(jì)調(diào)優(yōu)法是將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)成一定的統(tǒng)計(jì)模型，并從關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的統(tǒng)

8、計(jì)模型出發(fā)，利用一定的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行最優(yōu)化搜索，由此獲得最優(yōu)工藝條件。的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行最優(yōu)化搜索，由此獲得最優(yōu)工藝條件。SYxxixSst001 Pf StSSSSSinT102000,.,.,PSSSSciinn011022000.12,.,ncPS.例二、溫度的最優(yōu)控制例二、溫度的最優(yōu)控制 在間隙微生物發(fā)酵過程中，溫度的控制是十分重要的。實(shí)驗(yàn)表明，溫度控制在定值并不是最優(yōu)，應(yīng)在間隙微生物發(fā)酵過程中，溫度的控制是十分重要的。實(shí)驗(yàn)表明，溫度控制在定值并不是最優(yōu)，應(yīng)根據(jù)微生物生長(zhǎng)的不同時(shí)期，確定不同的優(yōu)化溫度，即最優(yōu)溫度是時(shí)間的函數(shù)。因此，在微生物培養(yǎng)根據(jù)微生物生長(zhǎng)的不同時(shí)期，確定不同的優(yōu)化溫度

9、，即最優(yōu)溫度是時(shí)間的函數(shù)。因此，在微生物培養(yǎng)過程中，為了使過程最優(yōu)，應(yīng)控制一定的溫度程序。過程中，為了使過程最優(yōu)，應(yīng)控制一定的溫度程序。 間隙微生物反應(yīng)中，菌體的最適生長(zhǎng)溫度與代謝產(chǎn)物生成的溫度并不一致。假如我們?cè)O(shè)它們分別為：間隙微生物反應(yīng)中，菌體的最適生長(zhǎng)溫度與代謝產(chǎn)物生成的溫度并不一致。假如我們?cè)O(shè)它們分別為： 菌體最優(yōu)生長(zhǎng)溫度菌體最優(yōu)生長(zhǎng)溫度 產(chǎn)物生成目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)物生成目標(biāo)函數(shù) 因此，要根據(jù)上面兩個(gè)函數(shù)，利用數(shù)值求解，優(yōu)化搜索，來調(diào)整微生物反應(yīng)過程的溫度，使得目的因此，要根據(jù)上面兩個(gè)函數(shù)，利用數(shù)值求解，優(yōu)化搜索，來調(diào)整微生物反應(yīng)過程的溫度，使得目的函數(shù)的生成量最大。函數(shù)的生成量最大。 例：青

10、霉素生產(chǎn)的溫度優(yōu)化控制。例：青霉素生產(chǎn)的溫度優(yōu)化控制。 產(chǎn)生青霉素的青霉屬的霉菌，在產(chǎn)生青霉素的青霉屬的霉菌，在30時(shí)菌體生長(zhǎng)速率最大，而青時(shí)菌體生長(zhǎng)速率最大，而青霉素的生物合成速率在霉素的生物合成速率在1520時(shí)最快。因此，在生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制條件不具備的情況下，一般取時(shí)最快。因此，在生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制條件不具備的情況下，一般取中間溫度中間溫度25，進(jìn)行定值控制。當(dāng)然，這樣的控制肯定不是最優(yōu)的。對(duì)于這種情況，我們可以采用最，進(jìn)行定值控制。當(dāng)然，這樣的控制肯定不是最優(yōu)的。對(duì)于這種情況，我們可以采用最優(yōu)化理論來進(jìn)行溫度的優(yōu)化控制。采用最優(yōu)化理論來進(jìn)行溫度的優(yōu)化控制，首先要用數(shù)學(xué)模型來表達(dá)優(yōu)化理論

11、來進(jìn)行溫度的優(yōu)化控制。采用最優(yōu)化理論來進(jìn)行溫度的優(yōu)化控制，首先要用數(shù)學(xué)模型來表達(dá)考察對(duì)象的狀態(tài)。這樣的模型應(yīng)盡可能正確表達(dá)，不然的話，所得到的最優(yōu)解是不可信的?？疾鞂?duì)象的狀態(tài)。這樣的模型應(yīng)盡可能正確表達(dá)，不然的話，所得到的最優(yōu)解是不可信的。 在生產(chǎn)青霉素的反應(yīng)中，我們采用了下述模型：在生產(chǎn)青霉素的反應(yīng)中，我們采用了下述模型： （菌體生成有毒產(chǎn)物，抑制菌體的生長(zhǎng)）（菌體生成有毒產(chǎn)物，抑制菌體的生長(zhǎng)） （生成的青霉素會(huì)發(fā)生自身分解）（生成的青霉素會(huì)發(fā)生自身分解） 式中：式中： 分別表示菌體濃度分別表示菌體濃度x，產(chǎn)物濃度，產(chǎn)物濃度p和時(shí)間和時(shí)間t的無因次量，時(shí)間從遲滯期后開始計(jì)。的無因次量，時(shí)間從

12、遲滯期后開始計(jì)。 為反應(yīng)速率常數(shù)，它們與時(shí)間的關(guān)系分別為：為反應(yīng)速率常數(shù)，它們與時(shí)間的關(guān)系分別為： 式中：式中：T為絕對(duì)溫度。初始條件為：為絕對(duì)溫度。初始條件為： 。 通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)手段，可以解得，為了使青霉素得率最大，最初一段時(shí)間里，為了獲得菌體細(xì)胞而通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)手段，可以解得，為了使青霉素得率最大，最初一段時(shí)間里，為了獲得菌體細(xì)胞而增高溫度，而后降低溫度，使得青霉素的產(chǎn)量達(dá)到最大。增高溫度，而后降低溫度，使得青霉素的產(chǎn)量達(dá)到最大。 TT topti PP T tdZdK ZZK121dpdK ZK pRR34Z pR,KKKK1234,KT121497 100005243.KT22107

13、7 100005243.KT325325100005253.KT44455614112981.exp. ZpR00029400.,第二節(jié)第二節(jié) 生物反應(yīng)過程操作方式的最優(yōu)化生物反應(yīng)過程操作方式的最優(yōu)化 操作方式的最優(yōu)化主要是針對(duì)存在底物或產(chǎn)物抑制的生物反應(yīng)體系而采操作方式的最優(yōu)化主要是針對(duì)存在底物或產(chǎn)物抑制的生物反應(yīng)體系而采取的半間歇操作取的半間歇操作. .這種半間歇操作分為控制底物濃度的半間歇操作和控制產(chǎn)這種半間歇操作分為控制底物濃度的半間歇操作和控制產(chǎn)物濃度的生化反應(yīng)和分離相耦合的半間歇操作物濃度的生化反應(yīng)和分離相耦合的半間歇操作. .一般的半間歇操作指的就是一般的半間歇操作指的就是控制底

14、物濃度的半間歇操作控制底物濃度的半間歇操作, ,而控制產(chǎn)物濃度的半間歇操作常稱為反應(yīng)分離而控制產(chǎn)物濃度的半間歇操作常稱為反應(yīng)分離耦合技術(shù)耦合技術(shù). . 半間歇操作的反應(yīng)體積隨時(shí)間變化半間歇操作的反應(yīng)體積隨時(shí)間變化, ,所以需定義新的參數(shù)所以需定義新的參數(shù). .定義三個(gè)參數(shù)：定義三個(gè)參數(shù)：inSsPXSsXXXFCfdtVCdVCdtVCdfVCdtVCdVC,111式中：式中：V為反應(yīng)體積，為時(shí)間為反應(yīng)體積，為時(shí)間t的函數(shù)；的函數(shù)； fs為加料底物的質(zhì)量流量，為加料底物的質(zhì)量流量，Kg/hr； F為加料的體積流量，為加料的體積流量，l/hr； Sin為加料中底物的濃度，為加料中底物的濃度，Kg

15、/l。 半間隙操作，又稱流加操作，是指在反應(yīng)過程中將某種特定的限半間隙操作，又稱流加操作，是指在反應(yīng)過程中將某種特定的限制性底物（一種或兩種成分以上均可以）流加到反應(yīng)器中，而目的生制性底物（一種或兩種成分以上均可以）流加到反應(yīng)器中，而目的生成物（菌體或菌體以外的代謝產(chǎn)物）則要到反應(yīng)結(jié)束收獲時(shí)才從反應(yīng)成物（菌體或菌體以外的代謝產(chǎn)物）則要到反應(yīng)結(jié)束收獲時(shí)才從反應(yīng)器中提取出來的操作方式器中提取出來的操作方式. .工業(yè)上為了提高目的產(chǎn)物的產(chǎn)量常采用這種工業(yè)上為了提高目的產(chǎn)物的產(chǎn)量常采用這種操作方式。半間隙操作的要點(diǎn)是控制好底物的濃度。操作方式。半間隙操作的要點(diǎn)是控制好底物的濃度。 半間隙操作有兩種控制

16、方式半間隙操作有兩種控制方式: :無反饋控制的和反饋控制的半間隙操無反饋控制的和反饋控制的半間隙操作。作。1 1 生物反應(yīng)器的補(bǔ)料和流加操作生物反應(yīng)器的補(bǔ)料和流加操作 無反饋控制的半間隙操作無反饋控制的半間隙操作 這種操作方式，底物流量的控制是按預(yù)先規(guī)定的方案變化。因此，表示系統(tǒng)這種操作方式，底物流量的控制是按預(yù)先規(guī)定的方案變化。因此，表示系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的正確程度是這種操作成功與否的關(guān)鍵。最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型為：的數(shù)學(xué)模型的正確程度是這種操作成功與否的關(guān)鍵。最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型為： 微生物增殖：微生物增殖： 底物增加；底物增加； 培養(yǎng)基體積增加：培養(yǎng)基體積增加： （k kvapvap表示單位時(shí)間內(nèi)因通

17、氣與廢氣一起排出表示單位時(shí)間內(nèi)因通氣與廢氣一起排出 而損失的水分）而損失的水分） 代謝產(chǎn)物的增加：代謝產(chǎn)物的增加： 將上面四式同將上面四式同 聯(lián)系起來，對(duì)給定的流加速率和初始條件，可以唯聯(lián)系起來，對(duì)給定的流加速率和初始條件，可以唯一地確定菌體濃度、底物濃度和產(chǎn)物濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系。一地確定菌體濃度、底物濃度和產(chǎn)物濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系。 幾種常用的流加操作：幾種常用的流加操作：定流量流加操作（定流量流加操作（F F常數(shù)，這種操作方式的最大特常數(shù)，這種操作方式的最大特定是引起微生物的直線增殖。）定是引起微生物的直線增殖。）指數(shù)流加操作（指數(shù)流加操作（F F指數(shù)函數(shù)，在理想情況下，指數(shù)函數(shù)，在理想

18、情況下，微生物的增殖為指數(shù)增殖，因此，按指數(shù)方式流加底物，只要滿足某些條件，不微生物的增殖為指數(shù)增殖，因此，按指數(shù)方式流加底物，只要滿足某些條件，不僅可以達(dá)到微生物以指數(shù)方式增殖，而且可以保持一定的底物濃度。）僅可以達(dá)到微生物以指數(shù)方式增殖，而且可以保持一定的底物濃度。）優(yōu)化流優(yōu)化流加操作（以生產(chǎn)代謝產(chǎn)物為目的情況下，流加流體的流量變化可以在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的加操作（以生產(chǎn)代謝產(chǎn)物為目的情況下，流加流體的流量變化可以在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用最優(yōu)化方法確定最優(yōu)化的流量變化基礎(chǔ)上，應(yīng)用最優(yōu)化方法確定最優(yōu)化的流量變化F F（t t）。）。 XXVCdtVCddtVCdYfdtVCdXsS1dVdtFkvap

19、ABC2SCf 反饋控制的半間隙操作反饋控制的半間隙操作 根據(jù)要控制的參數(shù)，確定流加流體流量的變化。采用反饋控制，就沒有必根據(jù)要控制的參數(shù)，確定流加流體流量的變化。采用反饋控制，就沒有必要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。這種操作方式按控制方法可以分為：要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。這種操作方式按控制方法可以分為：間接控制（把與間接控制（把與過程密切相關(guān)的可測(cè)參數(shù)作為控制指標(biāo)，例如過程密切相關(guān)的可測(cè)參數(shù)作為控制指標(biāo)，例如pHpH，Q QCO2CO2，RQRQ等。）等。）直接控制直接控制（連續(xù)或間隙地測(cè)定培養(yǎng)液中流加的底物濃度，以控制其在某一數(shù)值作為控制指（連續(xù)或間隙地測(cè)定培養(yǎng)液中流加的底物濃度，以控制其在某一數(shù)值作

20、為控制指標(biāo)。）標(biāo)。） 按控制流加底物濃度的情況，可以分為：按控制流加底物濃度的情況，可以分為：定值控制（控制底物的濃度為某定值控制（控制底物的濃度為某一定值。）一定值。）程序控制（控制底物濃度隨時(shí)間按一定的規(guī)律變化。）程序控制（控制底物濃度隨時(shí)間按一定的規(guī)律變化。） 當(dāng)反應(yīng)緩慢時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員常常是在檢測(cè)底物濃度的同時(shí)，采用直接手當(dāng)反應(yīng)緩慢時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員常常是在檢測(cè)底物濃度的同時(shí)，采用直接手動(dòng)控制。當(dāng)然，一般情況下采用自動(dòng)控制為佳。動(dòng)控制。當(dāng)然，一般情況下采用自動(dòng)控制為佳。 常采用的幾種間隙反應(yīng)優(yōu)化操作：常采用的幾種間隙反應(yīng)優(yōu)化操作： a a、補(bǔ)料操作、補(bǔ)料操作: :間隙操作達(dá)到最大菌體濃度

21、及限制性底物將耗盡時(shí)，開始以間隙操作達(dá)到最大菌體濃度及限制性底物將耗盡時(shí)，開始以恒定的流速補(bǔ)加含有限制性底物的基質(zhì)，直到培養(yǎng)液體積達(dá)到額定值為止。恒定的流速補(bǔ)加含有限制性底物的基質(zhì)，直到培養(yǎng)液體積達(dá)到額定值為止。 b b、重復(fù)補(bǔ)料操作、重復(fù)補(bǔ)料操作: :在培養(yǎng)過程中，從某時(shí)起每隔一段時(shí)間取出一定體積的在培養(yǎng)過程中，從某時(shí)起每隔一段時(shí)間取出一定體積的培養(yǎng)液，同時(shí)在同一時(shí)間間隔內(nèi)加入一定體積的培養(yǎng)基。采用這種操作方式，培培養(yǎng)液，同時(shí)在同一時(shí)間間隔內(nèi)加入一定體積的培養(yǎng)基。采用這種操作方式，培養(yǎng)液體積，稀釋率以及生長(zhǎng)速率等與代謝途徑有關(guān)的參數(shù)都隨時(shí)間發(fā)生周期性變養(yǎng)液體積，稀釋率以及生長(zhǎng)速率等與代謝途徑

22、有關(guān)的參數(shù)都隨時(shí)間發(fā)生周期性變化化。2 2 生物反應(yīng)與分離耦合技術(shù)生物反應(yīng)與分離耦合技術(shù) 間歇微生物反應(yīng)中菌體生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到靜止期的一個(gè)原因是有毒物質(zhì)的積累。這間歇微生物反應(yīng)中菌體生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到靜止期的一個(gè)原因是有毒物質(zhì)的積累。這種有毒物質(zhì)往往是代謝產(chǎn)物（目的代謝產(chǎn)物或非目的代謝產(chǎn)物）。因此，為了能種有毒物質(zhì)往往是代謝產(chǎn)物（目的代謝產(chǎn)物或非目的代謝產(chǎn)物）。因此，為了能保持菌體有較高生長(zhǎng)速率和得到較大的菌體或某一產(chǎn)物的產(chǎn)率，有必要在微生物保持菌體有較高生長(zhǎng)速率和得到較大的菌體或某一產(chǎn)物的產(chǎn)率，有必要在微生物反應(yīng)的同時(shí)，不斷地把這些有毒物質(zhì)分離出去。這就是同時(shí)進(jìn)行分離和反應(yīng)的間反應(yīng)的同時(shí)，不斷地把這些有毒

23、物質(zhì)分離出去。這就是同時(shí)進(jìn)行分離和反應(yīng)的間隙操作，又稱耦合操作。近年來這方面的研究工作十分活躍，出現(xiàn)了許多具有分隙操作，又稱耦合操作。近年來這方面的研究工作十分活躍，出現(xiàn)了許多具有分離功能的新型生物反應(yīng)器和生物反應(yīng)操作工藝。離功能的新型生物反應(yīng)器和生物反應(yīng)操作工藝。 名稱或過程名稱或過程 特特 點(diǎn)點(diǎn) 適適 用用 情情 況況 備備 注注 真空發(fā)酵真空發(fā)酵 用抽真空的方法，將發(fā)酵液中有抑用抽真空的方法，將發(fā)酵液中有抑制作用的易揮發(fā)組分從反應(yīng)液中分制作用的易揮發(fā)組分從反應(yīng)液中分離出去。離出去。 有抑制菌體細(xì)胞生長(zhǎng)的易有抑制菌體細(xì)胞生長(zhǎng)的易揮發(fā)組分（往往是產(chǎn)物）揮發(fā)組分（往往是產(chǎn)物）的存在。的存在。 氣提發(fā)酵氣提發(fā)酵 利用某些惰性氣體（例如：利用某些惰性氣體（例如：N2，H2，CO2等）將發(fā)酵液有抑制作用的蒸等）將發(fā)酵液有抑制作用的蒸汽壓大于水的揮發(fā)性產(chǎn)物帶出發(fā)酵汽壓大于水的揮發(fā)性產(chǎn)物帶出發(fā)酵罐。罐。 有抑制菌體細(xì)胞生長(zhǎng)的易有抑制菌體細(xì)胞生長(zhǎng)的易揮發(fā)組分（