發(fā)酵過程動力學(xué)

《發(fā)酵過程動力學(xué)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第八章微生物反應(yīng)動力學(xué)主講：許欽坤電話：13531451507E-mail:xuqinkun@163.comQQ:3932990辦公：B3101?發(fā)酵過程動力學(xué)研究的基本內(nèi)容?發(fā)酵類型?分批培養(yǎng)動力學(xué)?連續(xù)培養(yǎng)動力學(xué)主要內(nèi)容第一節(jié)　發(fā)酵動力學(xué)的研究內(nèi)容及目的研究反應(yīng)速度及其影響因素并建立反應(yīng)速度與影響因素的關(guān)聯(lián)反應(yīng)動力學(xué)模型反應(yīng)器特性+反應(yīng)器的操作模型操作條件與反應(yīng)結(jié)果的關(guān)系，定量地控制反應(yīng)過程發(fā)酵動力學(xué)：是研究發(fā)酵過程中菌體生長、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物生成的動態(tài)平衡及其內(nèi)在規(guī)律。發(fā)酵動力學(xué)研究目的：通

2、過發(fā)酵動力學(xué)的研究來進(jìn)行最佳發(fā)酵工藝條件的控制。已建立動力學(xué)模型的類型現(xiàn)象模型（經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停耗壳按蠖鄶?shù)模型能定量地描述發(fā)酵過程能反映主要因素的影響第二節(jié)　發(fā)酵的類型主要研究：產(chǎn)物形成與低物利用的關(guān)系，即碳源的利用與產(chǎn)物形成速度的關(guān)系。碳源在培養(yǎng)基中主要作為能源物質(zhì)，但是當(dāng)缺少細(xì)胞的組成成分時(shí)，碳源也能作為構(gòu)成細(xì)胞的材料。發(fā)酵類型6與生長相關(guān)型：特點(diǎn)：微生物的生長、碳源的利用、產(chǎn)物合成直接相關(guān)連。幾乎都在相同時(shí)間出現(xiàn)高峰。菌體生長型:終產(chǎn)物就是菌體本身，菌體增加與碳源利用平行，且兩者之間有定量關(guān)系。

3、如酵母、蘑菇菌絲等代謝產(chǎn)物型：是指產(chǎn)物的積累與菌體增長相平行，并與碳源消耗有準(zhǔn)量關(guān)系。如酒精、乳酸、葡萄糖發(fā)酵等。第Ⅰ型第Ⅱ型生長部分相關(guān)型特點(diǎn)：發(fā)酵的第一時(shí)期菌體迅速生長，產(chǎn)物的形成很少或全無；第二時(shí)期，產(chǎn)物以高速度形成，生長也出現(xiàn)第二個(gè)高峰，碳源利用在二個(gè)時(shí)期都很高。分兩類：①產(chǎn)物的形成是經(jīng)過連鎖反應(yīng)的過程；如：丙酮丁醇、丙酸等②產(chǎn)物的形成不經(jīng)過中間產(chǎn)物的積累。如：谷氨酸第Ⅲ型與生長不相關(guān)型：特點(diǎn)：產(chǎn)物的合成是在菌體的濃度接近或達(dá)到最高之后才開始的。產(chǎn)物合成速度與碳源利用也不存在定量關(guān)系。例子

4、：多數(shù)次生代謝產(chǎn)物的發(fā)酵屬這種類型，如各種抗生素和微生物毒素等物質(zhì)的生產(chǎn)。第三節(jié)微生物分批培養(yǎng)動力學(xué)分批培養(yǎng)：一次投料，一次接種，一次收獲的間歇培養(yǎng)方式。簡單的過程，培養(yǎng)基中接入菌種以后，沒有物料的加入和取出，除了空氣的通入和排氣。整個(gè)過程中菌的濃度、營養(yǎng)成分的濃度和產(chǎn)物濃度等參數(shù)都隨時(shí)間變化。131、微生物在一個(gè)密閉系統(tǒng)中的生長情況：時(shí)間菌體濃度延遲期指數(shù)生長期減速期靜止期衰亡期延遲期：指數(shù)生長期:減速期:靜止期：;衰亡期:一、微生物的生長動力學(xué)延遲期：少量細(xì)菌接種到新鮮培養(yǎng)基后，一般不立即進(jìn)行

5、繁殖，生長速度近于零。因此在開始一段時(shí)間，細(xì)菌數(shù)幾乎保持不變，甚至稍有減少。這段時(shí)間被稱為延遲期，又稱為遲緩期、調(diào)整期或滯留適應(yīng)期。處于延遲期細(xì)菌細(xì)胞的特點(diǎn)是分裂遲緩、代謝活躍。延遲期的長短與菌種、種齡、接種量和培養(yǎng)基成分有關(guān)。分批培養(yǎng)中，要經(jīng)歷五個(gè)階段：15對數(shù)期在對數(shù)期，培養(yǎng)基成分雖然發(fā)生改變，但是細(xì)胞的生長速率維持恒定。當(dāng)培養(yǎng)基中營養(yǎng)過量時(shí)，生長速度與營養(yǎng)物濃度無關(guān)。以細(xì)胞重量的增加表示生長速度。積分td為倍增時(shí)間，既細(xì)胞重量增加一倍所需要的時(shí)間。一般，細(xì)菌的td為15~60分鐘，酵母為45

6、~120分鐘，霉菌為2~8小時(shí)。16穩(wěn)定期穩(wěn)定期階段，因營養(yǎng)物質(zhì)耗盡及有害物質(zhì)的大量積累，細(xì)胞的濃度達(dá)到最大值，不再增加，此時(shí)的細(xì)胞比生長速率為0。17減速期對數(shù)期細(xì)胞的大量繁殖，培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)迅速消耗，有害物質(zhì)逐漸積累，細(xì)胞的比生長速率逐漸下降，進(jìn)入減速期，培養(yǎng)基中不存在抑制細(xì)胞生長的物質(zhì)時(shí)，細(xì)胞的比生長速率和限制性基質(zhì)的濃度有如下關(guān)系：μ=μmS/（Ks+S）S：限制性基質(zhì)濃度Ks：飽和常數(shù)這個(gè)關(guān)系式稱為Monod方程式，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。有抑制細(xì)胞生長的物質(zhì)存在時(shí)，這公式需要變化。18靜止期

7、在靜止期階段，因營養(yǎng)物質(zhì)耗盡及有害物質(zhì)的大量積累，細(xì)胞的濃度達(dá)到最大值，不再增加，此時(shí)的細(xì)胞比生長速率為0.19衰亡期細(xì)胞開始死亡，活細(xì)胞的濃度不斷下降，在工業(yè)生產(chǎn)上，通常在對數(shù)生長的未期或衰亡期開始以前，結(jié)束發(fā)酵過程。因此，這個(gè)階段的研究不多。20微生物限制生長基質(zhì)Ksμmax（hr-1）大腸桿菌葡萄糖0.22--大腸桿菌乳糖0.58--啤酒酵母乳糖2.6~3.00.18啤酒酵母葡萄糖0.56--纖維素分解菌葡萄糖0.860.125固氮菌葡萄糖0.16~0.330.13青霉菌氧氣0.0070.3

8、5Ks和μmax值隨菌種、限制性基質(zhì)種類的變化Ks：飽和常數(shù)；μmax:最大比生長速度1、得率系數(shù)（Yx/s）：碳源+氮源+氧------細(xì)胞+產(chǎn)物+CO2+H2OYx/s、Yx/o2、Yx/kcal：消耗每克營養(yǎng)物、每摩爾氧和每千卡能量所生成的細(xì)胞數(shù)Yx/c、Yx/p、Yx/N、Yx/Ave-：消耗每克碳、每克磷、每克氮和每個(gè)有效電子生成的細(xì)胞數(shù)Yx/ATP：消耗每克分子ATP所生成的細(xì)胞克數(shù)二、分批培養(yǎng)中基質(zhì)的消耗動力學(xué)符號定義因次YX/S△X/-△S[g細(xì)胞干重/g基質(zhì)]or