《发酵动力学》PPT课件

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1、第六章发酵动力学一、分批培养、补料分批培养、连续培养的基本概念、特点和应用二、分批培养微生物生长过程以及细胞、产物得率三、连续培养、补料分批培养动力学本章学习要点1、掌握分批培养、补料分批培养、连续培养的基本概念、特点和应用。理解分批培养微生物生长和产物形成动力学；掌握补料分批培养技术的应用。2、了解其微生物生长和产物形成动力学；比生长速率、产物比生产速率、得率系数基本概念；理解分批培养微生物生长过程与特点以及细胞、产物得率得计算。3、了解连续培养、补料分批培养微生物生长动力学。发酵动力学是研究生物反应过程的速率及其影响因素，是生物反应工程学的理论基础之一。发酵过程动力学包括两个层次的动力学：

2、本征动力学和反应器动力学。1、本征动力学（又称微观动力学）在没有传递等工程因素影响时，生物反应固有的速率。该速率除反应本身的特性外，只与各反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关，而与传递因素无关。2、反应器动力学（又称宏观动力学）在一反应器内所观测得到的总反应速率及其影响因素，这些影响因素包括反应器的形式和结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传热等。由于生物反应过程的复杂性，给生物反应动力学带来了多样性。例如对酶催化反应，反应动力学可表达为分子水平动力学；对微生物发酵反应，其动力学可在细胞水平上表达；对废水的生物处理，则可表达为群体动力学。每个表达水平都有其独特特征，这些特征需要有其特

3、有的动力学处理方法。第一节发酵动力学发酵动力学是研究各种环境因素与微生物代谢活动之间的相互作用随时间变化的规律的科学。用数学模型定量地表达发酵过程中各种与生长、基质代谢、产物生成有关的因素，是发酵动力学研究的重要方法。研究发酵动力学的目的在于按人们的需要控制发酵过程。发酵动力学的主要参数描述在连续培养的条件下，由生长、基质利用和产物形成的物料平衡方程，可以看出产物的形成与生长和细胞浓度的关系1、细胞的生长速率与比生长速率X—菌体浓度μ—比生长速率F0—培养液移走速率V—培养液体积细胞量的积累速率=细胞生长速率－细胞的消失速率2、底物的消耗速率与比消耗速率基质的消耗速率=补料中基质的添加速率－生

4、长消耗基质的速率－产物合成用去基质的速率－维持所消耗基质的速率－基质的移去速率S—基质浓度Fi—补料速率—以消耗的基质为基准的细胞得率系数（g细胞/g消耗的基质）—以消耗的基质为基准的产物生成系数，即转化率（g产物/g消耗的基质）—产物的比生产速率。它的意义是单位浓度的生产菌细胞在单位时间形成的产物量。其数学表达式为其中：P—产物的浓度；—单位质量细胞生成的产物量（g产物/g细胞）。m为维持系数，它表示单位浓度的细胞在单位时间里用于细胞物质的转化、营养物质的运输、产物的分泌等生命活动所消耗的基质量。3、产物的生成速率与比生成速率产物形成的速率=产物合成速率－产物移去速率－产物被破坏速K—产物破

5、坏常数这些方程对稳态和非稳态发酵过程均适用，但在非稳态发酵过程中得到其方程解是困难的。如果过程中不存在补料或产物的移去，即为间歇发酵，那么碳和能源的方程可改为显而易见，碳源（一般是培养基组分中成本最高的）被用于细胞的合成和生命活动的维持以及产物的合成中。重排上式得—基质利用的比速率时间菌体浓度延迟期指数生长期减速期静止期衰亡期倍增时间：td延迟期：指数生长期:减速期:静止期：衰亡期:第二节微生物生长和分批发酵动力学微生物生长曲线AboutLagPhase（延迟期）在发酵工业生产中，为了提高生产效率，希望延迟期缩短，要达到该目的，应一般遵循下列规则：(1).接种的微生物应尽可能是高活力的。•要用

6、处于对数期的微生物作种子.(2)种子培养基和条件应尽可能接近生产上使用的发酵液组成和培养条件。(3).建议采用大接种量。因细胞内部的某些维生素和辅酶等生长素，向周围培养液扩散，从而降低细胞的活性，延长延迟期。AboutExponentialPhase：对数生长期的微生物生长速率正比于原有的微生物数，因此可以直接得出微生物的基本生长动力学方程：μx=，μ=。指数生长期μ在对数期是常数，取得最大值，在其它生长期不是常数。分析各生长不同时期的μ数值。LagPhase：x无净生长，μ＝0；加速生长期：x增加，μ2＞μ1；ExponentialPhase：x对数增加，μ＝常数；减速生长期：x增加缓慢，μ

7、4＜μ3；StationaryPhase：x无净生长，μ＝0；DeathPhase：x减少，μ＜0。所谓菌体生长动力学是以研究菌体浓度、限制性基质（培养基中含量最少的基质，其他组分都是过量的）浓度、抑制剂浓度、温度和pH等对菌体生长速率的影响为内容的。在分批发酵中，菌体浓度X,产物浓度P和限制性基质浓度S均随时间t变化三、微生物生长速率与底物浓度的关系1949年Monod发现，细菌的比生长速率与单