第八章_微生物生化反应过程的质量和能量衡算讲述.ppt

生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 三、微生物反应过程碳源消耗的分析 以菌体生成关联的碳源消耗分成两个部分：一部分是以实物形式存在于菌体细胞中，即结构组成部分；一部分是由碳源转化为菌体结构过程中所消耗的能量； 根据需要，可作如下划分： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 维持代谢的消耗： 菌体增值的消耗： 菌体结构形成的消耗： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 菌体结构成分的消耗（合成代谢的消耗）： 分解代谢的消耗： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 四、生物氧化与能量传递 生物氧化是微生物生长代谢的关键；厌氧菌在嫌气条件下能进行基质水平磷酸化，该过程比好氧菌在有氧条件下的氧化磷酸化效率低 ； 各种形式的能量释放过程中，均伴随有以ATP为主要能量载体物质的循环活动。 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 五、能量生长偶联型与能量生长非偶联型 能量供应是一切生化反应进行的前提，当其他原料供应充足时，菌体的生长就取决于ATP的供应情况，这种生长就是能量生长偶联型；当ATP供应充分时，由于菌体生长原料受限制而导致菌体生长受影响，这时菌体的生长表现为能量生长非偶联型，此时，多余的ATP就以热能的形式释放出来。 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 以YATP来描述菌体生长过程中能量的利用效率，即以ATP为基准的菌体得率： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 如果某菌生成菌体Δx所需要的碳源为（-ΔS）G，碳源中含碳元素的量为α1，则 P199例题 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 合成代谢所消耗的葡萄糖分率为： 分解代谢所分解的葡萄糖分率为： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 该菌的EMP途径ATP产生量为2，所生成的丙酮酸进一步生成醋酸过程中偶联生成1摩尔ATP，由于YP/s＝0.84，则有： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 则： YATP与微生物的种类和限制性基质的种类无关。P199表8-9中显示多数微生物 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 六、微生物反应过程的ATP衡算 略！ P199例题 * EMP:糖酵解 * 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 根据 当忽略m时 即是说这种情况下，菌体的 Yx/s与YG接近。 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 因此，在以菌体数量为培养目的的发酵生产中，应尽量创造以上所述的条件，使菌体的 Yx/s与YG接近。 发酵实践中，比较菌体的 Yx/s与YG的差值，可以作为衡量发酵工艺及工艺管理水平的一个重要指标。 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 四、微生物反应的化学平衡通式 在发酵中，碳源的分子式用CxHyOz表示，其中 x、y、z分别表示碳源分子中碳、氢、氧的原子数。 菌体“分子式”表示为CαHβOγNζ ，其中 α、β、γ、ζ分别表示菌体内碳、氢、氧、氮四种元素的比原子数，则碳源在存在氧和氮源的情况下转化为菌体的化学平衡式可表示为： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 式中 a、b、c、d、e、f分别表示反应物和产物的摩尔数。 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 代谢产物的积累同样可表示为： 式中 a′、b′、c′、d′、e′、f′分别表示反应物和产物的摩尔数。 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 从方程①和②得知，碳源用于转化为菌体与代谢产物的比为a/a′，将此比值与方程②相乘得： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 F为碳源用于转化为代谢产物的分率，则1-F为碳源转化为菌体的分率，则③和①式又可写成： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 将④和，⑤两式相加即为表达一般微生物反应的化学平衡通式： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 例如当生产菌体为目的的微生物反应时(如单细胞蛋白)，需要使F→0，这样使碳源最大限度地转化为菌体，方程⑥即为方程①。相反，生成代谢产物为目的的微生物反应，应使F→1 ，方程⑥即为方程③ ； 例题1： 假如通过实验测定，反应底物葡萄糖中2/3的碳转化为细胞的碳， （1）计算该反应的计量系数 C6H12O6+aO2+bNH3 cC4.4H7.3O1.2N0.86 +dH2O+eCO2 (2)计算上述反应的得率系数YX/S（g干细胞/ g底物）和YX/O （g干细胞/ g氧）。 * 解: (1