《发酵工艺学第六》ppt课件

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1、第六章发酵动力学一、动力学基本概念二、分批发酵动力学三、连续发酵动力学四、分批补料发酵动力学发酵过程：包括细胞内的生化反应，胞内与胞外的物质交换，胞外物质传递及反应。微生物是该反应过程的主体：是生物催化剂，又是一微小的反应容器。微生物反应的本质是复杂的酶催化反应体系。酶能够进行再生产。微生物反应是非常复杂的反应过程（1）反应体系中有细胞的生长，基质消耗和产物的生成，有各自的最佳反应条件。细胞生长动力学反应基质消耗动力学代谢产物生成动力学（2）微生物反应有多种代谢途径。（3）微生物反应过程中，细胞形态、组成要经历

2、生长、繁殖、维持、死亡等若干阶段，不同菌龄，有不同的活性。动力学定义：是对细胞群体的动力学行为的描述。不考虑细胞之间的差别，而是取性质上的平均值，在此基础上建立的模型称为确定论模型，如果考虑每个细胞之间的差别，则建立的模型为概率论模型。如果在考虑细胞组成变化的基础上建立的模型，称为结构模型，一般选取RNA、DNA、糖类及蛋白含量做为过程变量。菌体视为单组分的模型为非结构模型，通过物料平衡建立超经验或半经验的关联模型。一、动力学基本概念发酵研究的内容菌种的来源——找到一个好的菌种发酵过程的工艺控制——最大限度发挥

3、菌种的潜力XS（底物）─→X（菌体）＋P（产物）发酵动力学中常用的几个术语1．得率(或产率，转化率，Y)：包括生长得率(Yx/s)和产物得率(Yp/s)。得率：是指被消耗的物质和所合成产物之间的量的关系。生长得率：是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体重(g)，即Yx/s=ΔX/ΔS。产物得率：是指每消耗1g(或mol)基质所合成的产物g数(或mol)。这里消耗的基质是指被微生物实际利用掉的基质数量，即投入的基数减去残留的基质量(S、-S)。转化率：往往是指投入的原料与合成产物数量之比。2．基

4、质比消耗速率(qs，g(或mo1)／g菌体·h)：系指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量。它表示细胞对营养物质利用的速率或效率。在比较不同微生物的发酵效率上这个参数很有用。3．产物比生产速率(qp，g(或mo1)／g菌体·h)：系指每克菌体在一小时内合成产物的量，它表示细胞合成产物的速度或能力，可以作为判断微生物合成代谢产物的效率。4．发酵周期：实验周期是指接种开始至培养结束放罐这段时间。但在工业生产上计算劳动生产率时则还应把发酵罐的清洗、投料、灭菌、冷却等辅助时间也计算在内。即从第一罐接种经发酵结束至第二次接

5、种为止这段时间为一个发酵周期，这样才能正确反映发酵设备的利用效率。研究发酵动力学的目的（1）确定最佳发酵工艺条件（2）建立发酵过程中菌体浓度、基质浓度、温度、pH、溶氧等工艺参数的控制方案（3）可在此研究基础上进行优选。发酵动力学的作用要进行合理的发酵过程设计，必须以发酵动力学模型作为依据。目前国内外正利用电子计算机，根据发酵动力学模型来设计程序，模拟最优化的工艺流程和发酵工艺参数，从而使生产控制达到最优化。发酵动力学的研究正在为试验工厂数据的放大、为分批发酵过渡到连续发酵提供理论依据。基质的消耗速度：发酵过程

6、反应速度的描述基质的消耗比速：(g.L-1.s-1)(h-1、s-1)单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念XS（底物）─→X（菌体）＋P（产物）发酵过程的反应描述及速度概念基质的消耗比速：(h-1)菌体的生长比速：产物的形成比速：(h-1)(h-1)发酵过程反应速度的描述XS（底物）─→X（菌体）＋P（产物）发酵过程的反应描述及速度概念发酵反应动力学的研究内容研究反应速度及其影响因素并建立反应速度与影响因素的关联反应动力学模型反应器特性+反应器的操作模

7、型操作条件与反应结果的关系，定量地控制反应过程微生物的发酵方式根据发酵培养基的状态分：固态发酵、液态（液体深层）发酵、半固态发酵分批式发酵连续式发酵补料分批式发酵二、分批发酵动力学分批发酵，又叫间歇发酵，最简单也是最常见的工业发酵方式。它是在一个密闭系统内一次性加入营养物质和菌种进行培养，直到结束放出，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没有物料交换。但中间须对pH和温度进行控制。优点：操作简单、不容易染菌、投资低缺点：生产能力和效率低，劳动强度大，而且每批发酵的结果都不完全一样，对分离提纯造成了困难。1、微生物

8、在一个密闭系统中的生长情况：时间菌体浓度延迟期指数生长期减速期静止期衰亡期延迟期：指数生长期:倍增时间：td减速期:静止期：;衰亡期:1234延迟期（迟滞期）少量细菌接种到新鲜培养基后，一般不立刻进行繁殖，生长速度接近于零，因此开始的一段时间，细菌数量几乎保持不变。出现的原因？解决的方法？问题：发酵工业中选择迟滞期长还是短的菌株作为菌种？为什么？对数期细菌数以几何级数增加，代时稳定，细