分批培養，是指在一個密閉反應器內投入一定數量的培養基後，接種微生物菌種進行培養的一種培養方式。分批培養的特徵是在培養開始時一次性裝入培養基和接入菌種，在培養過程中保持培養基體積和培養溫度，在培養結束後一次性收穫產物。由於分批培養中底物的不斷消耗和代謝廢物的不斷積累，微生物一般表現為S型生長曲線，具有明顯的延遲期、對數生長期、穩定期和衰亡期。分批培養常用於擴繁微生物以及廢水處理、發酵等不連續的培養系統。有些分批培養中，會定期地加入一些營養物質以補充培養基的消耗，稱為補料分批培養。
基本介紹
- 中文名：分批培養
- 外文名：Batch culture
- 特點：操作簡單、易於產品分離等
- 套用領域：環境生態
- 別名：密閉培養
- 分類：一般分批培養、流加培養
簡介,特點,分類,一般分批培養,流加培養,
簡介
在分批培養中，培養基一次加入，不予補充，不再更換。由於營養消耗，代謝產物積累，對數生長期不能長期維持。分批培養每次都要經過滅菌、裝料、接種、發酵、放料等過程，因此，非生產時間比例大，能耗大。但這種培養方式操作簡單，是一種最為廣泛的培養方式。
特點
分批培養就是一次性收穫產品的操作。分批培養的優點是：培養基一次滅菌，一次投料，容易實現無菌狀態；易於操作控制，產品質量穩定；培養濃度較高，易於產品分離。但是分批培養的輔助時間較多，設備生產能力低。在目前國內外絕大多數發酵生產中，都是採用分批培養的方法。
分類
根據培養基的添加方式不同，分批培養又可分為一次性投料的一般分批培養和連續添加培養基的流加培養。
一般分批培養
一般分批培養是指一次性投料和一次性回收產品的操作。在這種操作方法中還包括下列兩種情況。
① 在有些發酵操作中，微生物生長和代謝所需的某些營養成分可能需連續供應。例如好氧培養中微生物所需的氧氣就必須連續供應，這是因為氧在培養液中的溶解度很小，不可能在發酵開始時一次供足。又如在許多發酵生產中，氮源和碳源的加入也往往採用連續流加的方法。
氮源的流加可能有兩方面的原因，一是為了控制微生物的生長；二是當使用氨水、硫銨等鹼性氮源時，採用流加的方法有利於pH的調節。谷氨酸發酵中，氮源的加入就是採用連續流加的方法。
磷源的流加也有兩個原因，一是可能有利於pH的調節控制；另一個原因是若在發酵開始時一次性投入磷酸，則磷酸根離子可能會與培養液中某些金屬離子結合而沉澱，影響培養過程後期微生物的吸收和利用。
② 第二種情況是重複批式培養。所謂重複批式培養就是當培養成熟後，只分出一部分成繁醪，在原反應器中，留一部分成熟醪作為種子，接入新鮮培養基後繼續培養。這種操作方法多見於種子培養階段，如我國大多數酒精廠的酒母車間一般都採用這種操作。這種培養方法省去了前幾級種子培養，節約了人力物力，但長期的重複批式培養會使菌種產生退化變異，影響後面工段的生產。因此，重複一定的次數後，就必須重新從菌種開始培養。
在分批培養過程中，微生物的生長一般可分為延滯期、對數生長期、減速期、穩定期和衰退期五個階段。
在延滯期，細胞不生長。延滯期的長短，差別很大，短的幾乎覺察不到，而長的要在接種後2～3d才開始生長。延滯期的長短與接種條件有很大的關係。種子老化會使延滯期延長，而在對數生長期接種延滯期最短。其次，帶培養液接種比種子經分離培養液後接種的延滯期要短，但帶培養液的種子易老化，不易保藏。對於經分離後的濃縮種子，若在接種時添加適量的培養濾液，則可縮短延滯期。此外，對有些微生物培養在接種時添加某種激活劑可大大縮短延滯期。
穩定期和衰退期的出現，除了底物濃度下降或已被耗盡外，一般認為還有下列原因。
① 其他營養物質不足：除碳源外，其他必須營養物質不足，同樣會引起微生物停止生長，進入穩定期和衰退期。
② 氧的供應不足：隨著培養液細胞濃度的增加，需氧速率越來越大，而培養液中菌體濃度的增加，導致黏度增大，溶氧困難，因而在分批培養的後期，容易造成供氧不足。供氧不足會造成細胞生長速率減慢，嚴重時會出現菌體自溶，進入衰退期。
③ 抑制物質的積累：隨著微生物的生長，培養液中各種代謝產物的濃度逐漸增高，而有些代謝產物對微生物本身的生長有抑制作用。
④ 生物的空間不足：據經驗，在培養細菌及酵母等時，當細胞濃度達到109～1010個/mL時，培養液中還有充足的營養物質，但菌體的生長几乎停止。這種現象的出現有人認為是由生長抑制物質所引起，可是也有人認為是由於單個細胞必須占有最小的空間所致。
流加培養
流加培養亦是一種批式操作，與一般分批培養的不同點在於營養物不是一次加入，而是在培養過程中按預定速率或根據培養過程的檢測連續流加營養物。流加培養一般出現在下列兩種情況中：一種情況是培養過程中的主要底物是氣體；另一種情況是存在底物抑制。若底物是氣體，如甲烷發酵，則不可能將底物一次加入，只能在培養過程中，連續不斷地通入。對於存在底物抑制的培養系統，採用連續流加培養基的方法，可使發酵液中一直保持較低的底物濃度，從而解除底物抑制。目前國內外的酵母生產行業大多採用這種操作方法。
酵母的生產與代謝不僅取決於是否有足夠的氧，而且與糖的含量有關。當糖含量很低時（0.028%），在有氧條件下，酵母不產生乙醇，其生長得率可達50%；當糖含量較高時，酵母菌在生長的同時，產生部分乙醇，酵母得率低於50%；而當培養液中的糖含量達5%時，即使在有足夠氧的條件下，酵母菌的生長也會受到抑制，且產整大量乙醇，酵母得率很低。因此，為了獲取較高的生長速率和較高的酵母得率，必須使培養液中糖的含量保持在較低的水平。顯然，採用一次投料的方法是不行的。這樣在發酵的初始階段將會產生大量酒精，影響酵母的生長和收得率。採用流加的方法可獲得滿意的結果，在整個發酵過程中，培養液中的糖含量都保持在較低的水平（一般為0.1%～0.5%），酵母利用多少就流加多少，流加速率等於酵母的耗糖速率。這樣酵母處在較低糖含量的培養條件下，以較快的速度生長，其酵母的收得率也能取得令人滿意的結果，這就是酵母培養採用流加培養的原因。
