《发酵动力学》PPT课件

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1、第八章发酵动力学第1节概述多相：气相、液相和固相。多组分：培养基中多种营养成分，多种代谢产物，细胞内也具有不同生理功能的分子化合物。动态：不能直接测得。非线性：细胞代谢过程用非线性方程描述。复杂的生命活动。一、发酵过程特点：二、发酵动力学的研究内容发酵动力学是以化学热力学(研究反应的方向)和化学动力学(研究反应的速度)为基础，对发酵过程各种物质的变化进行描述。发酵动力学的研究内容主要包括：①细胞生长和死亡动力学；②基质消耗动力学；③氧消耗动力学；④CO2生成动力学，⑤产物合成和降解动力学；⑥代谢热生成动力学。以上各方面不是孤立的，而是既相互依赖又相互制约，构成错综复杂的发酵动力学体系。三、研究

2、发酵动力学的方法发酵动力学研究的理想化状态：①反应器内的搅拌系统能保证理想的混和，使任何区域的温度、pH、物质浓度等变量差异得以避免；②温度、pH等环境条件能够控制以保持稳定，从而使动力学参数也保持相应的稳定；③细胞有固有的化学组成，不随发酵时间和某些发酵条件的变化而发生明显改变，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。四、研究发酵动力学的步骤1.获得发酵过程变化的第一手资料，要尽可能寻找能反映过程变化的各种理化参数。2.将各种参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，找出它们之间的相互关系和变化规律。3.建立各种数学模型以描述各参数随时间变化的关系。4.通过计算机的在线控

3、制，反复验证各种模型的可行性与适用范围。五、发酵动力学与过程优化控制传统的控制方法：凭经验—局限性和盲目性优化控制：按发酵动力学原理，通过数据采集、处理、综合运算和参数估计，具有很强的实时性。要求：在线检测技术和计算机过程控制第2节质量与能量平衡（一)维持因数SS1菌体(Biomass)S2产物(Products)S3CO2，H2O，释放化学能XS（底物）─→X（菌体）＋P（产物）+维持1.几个相关术语维持因数：单位质量干菌体在单位时间内由于维持代谢消耗的基质量。维持因数越低，菌株的能量代谢效率越高。ms—以基质消耗为基准的维持因素，mol/(g·h)或g/(g·h)X—菌体干重，g;S—基质

4、量，molorg;t—发酵时间,h;M—表示维持。（二）生长得率：YX/S—相对于基质消耗的实际生长得率，g/molorg/g;∆X—干菌体的生长量，g;∆S—基质的消耗量，molorg;Ygs—相对于基质消耗的纯生长得率，g/molorg/g;G—表示生长理论生长得率，极限值，常数又称最大生长得率或生长得率常数①每消耗1molO2所能形成的菌体质量（克），即：ΔO2—氧浓度的变化量(mol/L).生长得率的其他表示方式：②Yx/Kcal是一种用能量基准表示菌体繁殖收率的方法Yx/Kcal=△X/△E③YX/Ave-表示基质完全氧化时，由一个电子转移所引起的菌体繁殖量，是又一种能量基准表示菌体

5、繁殖收率的方法。单位为g菌体/Ave-式中，Ave—表示有效电子数，它是微生物利用基质（碳源）的氧化反应过程中所实际转移的电子数。④YX/C、YX/P、YX/N分别表示消耗1mol碳、1mol磷、1mol氮所生成的菌体细胞的质量（克）。MS为底物的相对分子质量⑤对ATP生成的细胞得率YX/ATP（三）产物得率：YP/S—相对于基质消耗的实际生长得率，mol/molorg/g;∆P—产物生成量，molorg;∆S—基质的消耗量，molorg;Yps—相对于基质消耗的理论产物得率，mol/molorg/g;P—表示产物合成菌体生长速度为∶氧和底物利用速度为∶产物生成速度为:XS（底物）─→X（菌体

6、）＋P（产物）发酵过程反应的描述(g.L-1.s-1)比速率:单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量(h-1、s-1)菌体生长得率系数可分为三类：①与生长过程有关：②与代谢过程有关：③与能量代谢有关：某些微生物的得率系数（四）实际得率和菌体生长速率的关系2.有机化合物中的化合能①完全燃烧需氧量设有机物CcHhOoNnPpSs，则其燃烧反应方程式为：CcHhOoNnPpSs+(c+0.25h-0.5o+1.25n+1.25p+1.5s)O2→cCO2+(0.5h-0.5n-1.5p-s)H2O+nHNO3+pH3PO4+sH2SO4该化合物完全燃烧需氧量γ为γ＝0.25（4c+h-2o

7、+5n+5p+6s）②燃烧热∆H0=γ·∆H0o∆H0——化合物的标准燃烧热，kJ/mol∆H0o——消耗1摩尔氧为基准的标准燃烧热，kJ/mol，实验值为444～494kJ/mol，平均值为469kJ/molγ——完全燃烧需氧量，mol/mol③发酵热(分解代谢热)∆Hc——发酵中释放的分解代谢热，kJ∆H0si——第i项基质的标准燃烧热，kJ/mol－∆Si——第i项基质的消耗量，moln——