生化工程第五章微生物培养及发酵动力学

《生化工程第五章微生物培养及发酵动力学》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章微生物培养及发酵动力学内容1基本概念2微生物反应的物料衡算3微生物反应的能量衡算4微生物反应动力学微生物生长的基质微生物反应的特点二微生物反应过程的质量衡算例题：(选自贾士儒48－69页)1.葡萄糖为基质进行面包酵母（S.cereviseae）培养，培养的反应式可用下式表达，求计量关系中的系数a、b、c、d。反应式为：C6H12O6＋3O2＋aNH3→bC6H10NO3(面包酵母)＋cH2O＋dCO2解：据平衡方程式,可得：C:6=6b+dH:12+3a=10b+2cO:6+6=3b+c+2dN:a=b方程联立求解为：a=b＝0.48c=4.32d=3

2、.12上述反应计量关系式为:C6H12O6＋3O2＋0.48NH3→0.48C6H10NO3＋4.32H2O＋3.12CO2练习1．葡萄糖为碳源，NH3为氮源进行酿酒酵母发酵。呼吸商1.04。消耗100mol葡萄糖和48molNH3生产了48mol菌体、312molCO2和432molH2O。求氧的消耗量和酵母菌体的化学组成。（呼吸商RQ＝CO2生成速率/O2消耗速率）第二节   微生物反应过程的得率系数研究得率系数的意义：对碳源等物质生成细胞或其他产物的潜力进行定量评价的重要参数。分为以下几类：部分菌体得率与产物得率得率定义单位YX/S消耗1g或1mol基质

3、获得的干菌体克数，g/g,g/molYATP消耗1molATP获得的干菌体克数，g/molYKJ消耗1KJ热量获得的干菌体克数，g/KJYX/O消耗1gO2获得的干菌体克数，g/gYX/H1mol氢受体产生的干菌体克数，g/molYX/N消耗1g氮产生的干菌体克数，g/molYX/NO3-消耗1molNO3－获得的干菌体克数，g/molYCO2/S消耗1mol基质产生的CO2的摩尔数，mol/molYCO2/O消耗1molO2产生的CO2的摩尔数，mol/molYATP/S消耗1mol基质获得的ATP的摩尔数，mol/molYave-消耗1个有效电子获得的干菌

4、体克数，g/ave－细胞得率（生长得率）:YX/S＝生产细胞的质量g/消耗基质的质量g＝ΔX/（-ΔS）碳元素的细胞得率:YC＝细胞生产量×细胞含碳量/基质消耗量×基质含碳量＝YX/S×(Xc/Sc)1．葡萄糖为碳源，NH3为氮源进行某细菌的好氧培养。消耗的葡萄糖有2/3的碳源转化为细胞中的碳。反应式为：C6H12O6＋aO2＋bNH3→c(C4.4OH7.3N0.86O1.2)＋dH2O＋eCO2计算上述反应中的得率系数YX/S和YX/O解：据平衡方程式,可得：C:6=4.4c＋eH:12+3b=7.3c+2dO:6+2a=2.2c+d+2eN:b=0.86

5、c由于1mol葡萄糖中含碳72g,转化为细胞内的碳为72×2/3=48(g)故：（4.4×12）c=48得：c=0.91转化为CO2的碳为72－48＝24（g）故：12e=24e=2解平衡方程中其他未知数，得：b=0.78;d=3.85;a=1.47故平衡方程为：C6H12O6＋1.47O2＋0.78NH3→0.91(C4.4OH7.3N0.86O1.2)＋3.85H2O＋2CO2YX/S＝0.91×（12×4.4＋16＋7.3＋14×0.86＋16×1.2）/180＝0.46(g/g)(以细胞/葡萄糖计)YX/O＝83.1/（1.47×32）＝1.77(g/

6、g)(以细胞/氧计)第三节  微生物反应过程的能量衡算微生物反应是放热过程。微生物利用碳源，通过呼吸（有氧）或发酵（无氧）将能量转化为ATP，供微生物生长、代谢，其余能量作为热量排出，进行微生物优化培养时，必须进行适宜的温度控制。从反应热的角度考虑反应过程中的能量代谢，进行能量衡算。一菌体得率1．YKJ：微生物对能量的利用(消耗1KJ热量获得的干菌体克数，g/KJ)YKJ＝ΔX(细胞生产量)Ea(细胞贮存自由能)+Eb(分解代谢释放自由能)＝(-ΔHa)(ΔX)+(-ΔHc)ΔHa:菌体X的燃烧热为基准的焓变，因菌体不同，一般取值ΔHa＝－22.15kJ/gΔ

7、Hc:所消耗基质的焓变与代谢产物焓变之差，－ΔHc＝(-ΔHs)(-Δ[S])-∑(-ΔHp)(Δ[P])＝(-ΔH0*)(-Δ[O2])ΔHs:碳源氧化的焓变，kJ/mol；ΔHp:产物氧化的焓变，kJ/mol；ΔH0*:为呼吸反应焓变＝－444kJ/mol-[O2]故总表达式可写为：YKJ＝ΔX(-ΔHa)(ΔX)+(-ΔHs)(-Δ[S])-∑(-ΔHp)(Δ[P])＝Yx/s(-ΔHa)Yx/s+(-ΔHs)-∑(-ΔHp)Yp/s干酪乳杆菌在蛋白胨、牛肉膏为主要成分的复合培养基中，分别以葡萄糖、甘露醇为能源进行培养，计算YKJ由化工手册查知：ΔH葡萄

8、糖＝－2816kJ/mol，ΔH乙酸＝