《发酵动力学实验》PPT课件

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1、1发酵动力学研究的内容研究发酵动力学的方法发酵动力学研究步骤发酵动力学研究的意义发酵动力学模型发酵动力学实验设计发酵动力学实验2发酵动力学是研究各种发酵过程变量在活细胞作用下的变化规律，以及各种发酵条件对这些变量变化速度的影响。以化学热力学（研究反应的方向）和化学动力学（研究反应的速度）为基础，对发酵过程中各种物质的变化进行描述。一、发酵动力学研究的内容3研究内容微生物生长动力学基质消耗动力学产物生成动力学4二、研究发酵动力学的方法发酵动力学研究的前提①反应器内的搅拌系统能保证理想的混合；②温度、pH等环境条件能够控制以保持稳定；③细胞有固有的化学组成

2、，不随发酵时间和某些发酵条件的变化而发生明显变化；④各种描述发酵动态的变量对发酵条件变化的反应无明显滞后。51.宏观处理法：把细胞看成一个均匀分布的物体，不管微观反应机制，只考虑各个宏观变量之间的关系，这样便得出结构模型和非结构模型2.质量平衡法：根据质量守恒定律，对某一物质在过程发生前后的质量变化进行恒算。发酵动力学研究方法6质量平衡式物质在系统中积累的速度=物质进入系统的速度+物质在系统中生成的速度-物质排出系统的速度-物质在系统中消耗的速度某物质在系统中的含量能够在线测量或估计，通过建立上述平衡方程式，就可以确定该物质在系统中变化的动力学。人为加

3、入或排出和通过相界面传质进入或排出三、发酵动力学研究步骤7获得发酵过程中能够反映发酵过程变化的多种理化参数寻求发酵过程变化的多种理化参数与微生物发酵代谢规律之间的相互关系建立多种数学模型，描述多种理化参数随时间变化的关系利用计算机和程序控制，反复验证多种数学模型的可行性的适用范围8氧需求好氧发酵兼性好氧发酵厌氧发酵液体表面发酵液体深层发酵深层发酵操作方法分批发酵分批补料发酵连续发酵微生物发酵动力学的研究与发酵的种类、方式密切相关四、发酵动力学研究的意义通过对发酵反应动力学的研究，进行最佳发酵生产工艺条件的控制。发酵过程中，菌体的浓度、基质浓度、温度、p

4、H值、溶解氧等工艺参数的控制方案，可以在这研究的基础上进行优化。设计合理的发酵过程，也必须以发酵动力学模型作为依据，利用计算机进行程序设计、模拟最合适的工艺流程和发酵工艺参数，从而使生产控制达到最优化。发酵动力学的研究还在为试验工厂比拟放大、为分批发酵过渡到连续发酵提供理论依据。10发酵过程中，基质主要消耗在：①满足菌体生长消耗②维持微生物生存的消耗③合成代谢产物的消耗S，基质（底物）；G，菌体生长；M，维持代谢；P，产物合成1、几个基本概念五、发酵动力学模型111.维持因数(m)：单位重量的（菌体）细胞在单位时间内用于维持代谢消耗的基质的量。一般来讲

5、指维持细胞最低活性所需消耗的能量。（碳，氮，氧等的维持因数mc,mn,mo）ms:以基质消耗为基准的维持因数，X:菌体干重；S:基质量t:发酵时间；M:表示维持。12基质的消耗速度基质的消耗比速率2.比速（率）:单位时间内，单位干菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量(消耗的基质用于维持代谢，菌体生长和产物合成)。比速率是生物反应中用于描述反应速度的常用概念13菌体的比生长速率产物的比生产速率143.生长得率：菌体的生长量相对于基质消耗量的收得率。YX/s:相对与基质消耗的实际生长得率系数Yg/s:相对于基质消耗的（纯生长）理论得率系数特定的基质及在特定环

6、境条件下培养的特定微生物，它是一个常数，又称最大生长得率或生长得率常数。154.产物得率：产物的合成相对于基质消耗量的收得率。YP/s:相对于基质消耗的实际产物得率系数Yps:相对于基质消耗的产物理论得率系数理论产物得率取决于产物的生物合成途径，对于由特定基质经特定途径产生的特定产物来说，它是一个常数，不因菌株和发酵条件的不同而异。1617μ：菌体的生长比速s：单一限制性基质浓度Ks：半饱和常数μmax:最大比生长速率s1.Monod方程式2、微生物生长动力学µmµm/2ks莫诺方程成立的假设条件：菌体生长为均衡型非结构式生长，细胞成分只需要用一个参数

7、即菌体浓度表示；只有一种底物是生长限制性底物，并且没有反馈抑制性产物出现；微生物生长没有动态滞后性。1819Monod方程中单一限制性基质可以是培养基中任何一种与微生物生长有关的营养物，只要该基质相对缺乏，就成为限制性生长因子。实际过程中，可能出现多种限制性基质和抑制性物质，影响了Monod方程的适用性。20Ks，微生物对基质的饱和常数,当μ=1/2μmax，s=Ks当s<>Ks，基质浓度较高时，μ与s无关，零级反应。当s趋近于无穷大时，μ=μmax.μmax是理论上最大的生长潜力。µmµm

8、/2kss21米氏方程µmµm/2kss莫诺方程22莫诺方程与米氏方程二者形式相同，但微生物生