微工第8章_发酵动力学.pptVIP

1）菌体生长为均衡型非结构式生长，因此，细胞成分只需要一个参数即菌体浓度表示即可。2）培养基中只有一种底物是生长限制性底物，其他营养成分不影响微生物生长。3）将微生物生长视为简单反应，并假设菌体得率为常数，没有动态滞后。莫诺方程与米氏方程形式相同，但微生物生长是细胞群体生命活动得综合表现，机理非常复杂。当存在多种限制性营养基质时，方程可改为:如果所有营养物过量，细胞生长可处于对数生长期，可达到μ=μmax。(四)营养利用和产物生成动力学1.反应速度方程式的推导F,S0,X0V,S,X，PF,S,X,P根据体系物料平衡原理有：(1)菌体增长：(2)限制性基质这里：(基质的菌体得率)(基质的产物得率)式中：F,F’：基质流量(L/h)；X：细胞浓度(g菌体/L)；V：发酵液体积(L);S0：流入基质浓度(g基质/L)S：流出基质浓度(g基质/L)YX/S：基质的菌体得率(g菌体/g基质)YP/S：基质的产物得率(g产物/g基质)QP：比产物生成速率(g产物/g菌体.h)X：菌体浓度(g菌体/L)m：碳源维持常数(g基质/g菌体.h)P：发酵液中产物浓度(g产物/L);k：产物分解常数(h-1);二、补料分批培养1、单一补料分批培养(P142)是补料分批培养中的一种类型。特点：补料一直到培养液达到额定值，中途不取出培养液。间歇补料操作连续补料操作按操作方式假定：S0、X0分别为起始营养物和菌体的浓度，S为某时刻底物浓度则：某一时刻培养液中细胞浓度X为最大细胞浓度Xmax为：此时，若以恒定F流加培养基，并保证Dμmax，则：加入的限制性营养物会很快被消耗。D为稀释率这表明，补料所引起的培养体系的基质浓度变化dS/dt=0，即：X增加，但X却不变，即：若定义：并将其微分，可得：由B和C式可推出μ＝D由A、B、C式推出：补料分批培养数属半稳恒状态，与恒定状态μ＝D不同。即，在半稳恒状态下有：明确半稳定状态补料分批培养：(1)须满足μ＝D(2)D是变化量。2、补料分批培养的应用优点：解除底物抑制、反馈调节作用；减少菌体生成，提高底物转化率；方便调节pH和菌体所处时期的控制；应用：单细胞蛋白、氨基酸、抗生素、维生素。。。三、连续培养连续培养：等量、同时地加入和排出培养基。原理：对数期后期，以一定的速度流进新鲜培养基，同时以溢流方式流出培养液，使培养物达到动态平衡。单罐连续发酵多罐连续发酵(一)连续培养设备类型均匀混合反应器恒化器：营养物浓度恒定恒浊器：细胞浓度恒定连续培养设备活塞流反应器恒浊器与恒化器的比较装置控制对象培养基培养基流速恒浊器菌体密度（内控制）无限制生长因子不恒定恒化器培养基流速（外控制）有限制生长因子恒定连续发酵优点(相对于分批发酵而言)：高效，简化；自控；产品质量稳定;节约，均衡；连续发酵不足：菌种易退化；易污染；营养物利用率低；4.细胞物质生产过程中碳源的化学平衡发酵是复杂的生化反应过程。目前只能从宏观上，依据质能守恒定律，确定整个反应过程的基质消耗、菌体生长、呼吸、放热、代谢产物生成等质量和能量转化的规律及其定量关系，列出总的化学计量方程式、作为发酵过程质量和能量衡算及过程优化的基础。在研究发酵过程的化学计量式时，作如下的处理：①对复杂分子组成的原料用简化的化学式表示。如碳源用C6H12O6或CH2O表示；氮源用NH3示；磷、硫源分别用H3PO4和H2SO4表示；②忽略反应中的一些次要的元素和成分。如一般在菌体组成式中略去P、S及其它无机元素；反应物中相应略去P、S等；生成物中略去不重要的副产物；如（p132），对于以葡萄糖为碳源通风培养面包酵母过程，其化学平衡式为：20067.284.612161.6从实验结果来看，200gC6H12O6可生成84.6g酵母菌菌体，即如果考虑菌体的N、P等元素，则可得到约100g干酵母菌，即Yx/s约为0.5。5、微生物生长过程中进行碳衡算的意义(1)为提高生产水平提供依据。(2)为建立发酵动力学模型奠定基础。(3)为探求X的自控方法打下基础。二、M生长代谢过程中的ATP循环与氧平衡1、ATP循环合成代谢分解代谢维持代谢ATPADP繁殖2、ATP的产生——生物氧化复习：底物水平磷酸化(获得能量少)电子传递水平磷酸化(获得能量多)生物氧化