發(fā)酵工程第六章發(fā)酵動力學(xué)

《發(fā)酵工程第六章發(fā)酵動力學(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、第六章發(fā)酵動力學(xué)什么是發(fā)酵動力學(xué)？發(fā)酵動力學(xué)：是對微生物生長和產(chǎn)物形成過程的定量描述，研究微生物生長、產(chǎn)物合成、底物消耗之間動態(tài)定量關(guān)系，定量描述微生物生長和產(chǎn)物形成過程。主要研究：1、發(fā)酵動力學(xué)參數(shù)特征：微生物生長速率、發(fā)酵產(chǎn)物合成速率、底物消耗速率及其轉(zhuǎn)化率、效率等；2、影響發(fā)酵動力學(xué)參數(shù)的各種理化因子；3、發(fā)酵動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型。認(rèn)識發(fā)酵過程的規(guī)律優(yōu)化發(fā)酵工藝條件，確定最優(yōu)發(fā)酵過程參數(shù)，如：基質(zhì)濃度、溫度、pH、溶氧，等等提高發(fā)酵產(chǎn)量、效率和轉(zhuǎn)化率等研究發(fā)酵動力學(xué)的目的發(fā)酵動力學(xué)研究的基本過程首先研究微生物生長和產(chǎn)物合成限制因子；建立細(xì)胞生長、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物生成模型；確定模型參數(shù)；實驗驗

2、證模型的可行性與適用范圍；根據(jù)模型實施最優(yōu)控制。本章主要內(nèi)容分批發(fā)酵動力學(xué)連續(xù)發(fā)酵動力學(xué)補(bǔ)料分批發(fā)酵動力學(xué)6.1分批發(fā)酵動力學(xué)分批發(fā)酵動力學(xué)主要研究微生物在分批發(fā)酵過程中生長動力學(xué)、基質(zhì)消耗動力學(xué)和代謝產(chǎn)物生產(chǎn)動力學(xué)。什么是分批發(fā)酵？分批發(fā)酵：準(zhǔn)封閉培養(yǎng)，指一次性投料、接種直到發(fā)酵結(jié)束，屬典型的非穩(wěn)態(tài)過程。典型的分批發(fā)酵工藝流程圖分批發(fā)酵過程分批發(fā)酵動力學(xué)細(xì)胞生長動力學(xué)底物消耗動力學(xué)產(chǎn)物形成動力學(xué)微生物細(xì)胞倍增時間與群體生長動力學(xué)細(xì)菌：典型倍增時間1hr酵母：典型倍增時間2hr放線菌和絲狀真菌：典型倍增時間4－8hr微生物細(xì)胞群體生長動力學(xué)是反映整個群體的生長特征，而不是單個微生物生長倍增的

3、特征。因此，菌齡是指一個群體的表觀狀態(tài)。關(guān)于菌齡的描述所謂細(xì)胞生長動力學(xué)是以研究菌體濃度、限制性基質(zhì)（培養(yǎng)基中含量最少的基質(zhì)，其他組分都是過量的）濃度、抑制劑濃度、溫度和pH等對菌體生長速率的影響為內(nèi)容的。在分批發(fā)酵中，菌體濃度X,產(chǎn)物濃度P和限制性基質(zhì)濃度S均隨時間t變化三、微生物生長速率與底物濃度的關(guān)系分批發(fā)酵過程中，微生物生長通常要經(jīng)歷：延滯期、對數(shù)生長期、衰減期、穩(wěn)定期（靜止期）和衰亡期五個時期。t1t2t3t4t5分批發(fā)酵時典型的微生物生長動力學(xué)曲線菌體濃度X時間t分批發(fā)酵動力學(xué)-細(xì)胞生長動力學(xué)ABOUTLAGPHASE（延遲期）在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率，希望延遲期縮短，

4、要達(dá)到該目的，應(yīng)一般遵循下列規(guī)則：(1).接種的微生物應(yīng)盡可能是高活力的。要用處于對數(shù)期的微生物作種子.(2)種子培養(yǎng)基和條件應(yīng)盡可能接近生產(chǎn)上使用的發(fā)酵液組成和培養(yǎng)條件。(3)建議采用大接種量。因細(xì)胞內(nèi)部的某些維生素和輔酶等生長素，向周圍培養(yǎng)液擴(kuò)散，從而降低細(xì)胞的活性，延長延遲期。AboutExponentialPhase：對數(shù)生長期的微生物生長速率正比于原有的微生物數(shù)，微生物生長特性通常以細(xì)胞濃度或細(xì)胞數(shù)量倍增所需的時間來表示，因此可以直接得出微生物的基本生長動力學(xué)方程：μx=，μ=。指數(shù)生長期微生物生長特性通常以單位細(xì)胞濃度或細(xì)胞數(shù)量倍增所需要的時間來表示（μ、μn）：或或X—細(xì)胞濃度

5、（g/L）；N—細(xì)胞個數(shù)；t—生長時間；X0、Xt—初始微生物濃度和t時細(xì)胞濃度；N0、Nt—初始細(xì)胞個數(shù)和t時細(xì)胞個數(shù)；—以細(xì)胞濃度表示的比生長速率；—以細(xì)胞數(shù)量表示的比生長速率。分批發(fā)酵動力學(xué)-細(xì)胞生長動力學(xué)經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)后，由于營養(yǎng)的限制，微生物生長速率逐漸衰減，即進(jìn)入生長衰減期，最終出現(xiàn)微生物凈生長速率為零，微生物進(jìn)入靜止期。穩(wěn)定期細(xì)胞生長和死亡處于動態(tài)平衡，凈生長速率為0.衰亡期，比死亡速率大于比生長速率。μ在對數(shù)期是常數(shù)，取得最大值，在其它生長期不是常數(shù)。分析各生長不同時期的μ數(shù)值。LagPhase：x無凈生長，μ＝0；加速生長期：x增加，μ2＞μ1；ExponentialP

6、hase：x對數(shù)增加，μ＝常數(shù)；減速生長期：x增加緩慢，μ4＜μ3；StationaryPhase：x無凈生長，μ＝0；DeathPhase：x減少，μ＜0。在分批發(fā)酵體系中，可以通過探究在一定底物濃度范圍內(nèi)的微生物生長情況，來了解微生物生長受底物濃度限值的特性。分批發(fā)酵中初始底物濃度對穩(wěn)定期菌體濃度的影響A～B區(qū)：菌體濃度與初始底物濃度成正比，有：X為菌體濃度，為針對底物的細(xì)胞得率，初始X0為零；S0為底物初始濃度；St為底物殘留濃度。B～C區(qū)：隨S0增加，菌體濃度達(dá)最高水平，再增加S0，菌體不再增加。C區(qū)：菌體活性受初始高濃度底物及高滲作用抑制，菌體濃度與初始底物濃度成反比。高濃度底物抑

7、制的情形Decline（開始出現(xiàn)一種底物不足的限制）:(1)若不存在抑制物時Monod模型:分批發(fā)酵動力學(xué)-細(xì)胞生長動力學(xué)式中:S—限制性基質(zhì)濃度，mol/m3Ks—底物親和常數(shù)(也稱半飽和速度常數(shù)），表示微生物對底物的親和力,mol/m3；Ks越大，親和力越小，μ越小。①當(dāng)S較高時，(對數(shù)期滿足S>>10Ks)，此時，μ=μm②當(dāng)S較低時，(減速期，S<<10Ks)，此時S↓，μ↓∴減速期，μ↓分批發(fā)酵動力