第八章发酵动力学.ppt

式中: S—限制性基质浓度，mol/m3 Ks—底物亲和常数（数值相当于μ处于μm一半时的底物浓度），表示微生物对底物的亲和力 , mol/m3 ； Ks越大，亲和力越小， μ越小。 ① 当S较高时，(对数期满足S10Ks)，此时， μ = μm ② 当S较低时，(减速期， S10Ks)，此时S↓，μ ↓ ∴ 减速期， μ ↓ 分批发酵动力学-细胞生长动力学 比生长素率μ 限制性底物残留浓度St 残留的限制性底物浓度对微生物 比生长率的影响 表征μ与培养基中残留的生长限制性底物St的关系 Monod方程： Ks—底物亲和常数，等于处于1/2μm时的底物浓度，表征微生物对底物的亲和力，两者成反比。 Monod方程应用： 测定微生物对不同底物的亲和力大小（Ks值） 实验确定适于微生物生长的最佳底物 比较不同底物发酵最终残留的大小 比较不同微生物对同一底物的竞争优势，确定连续培养的稀释率 Stationary（不生长或生长率与死亡率相等）: dying: （浓度最大） 分批发酵动力学-细胞生长动力学 (比死亡速率 ，s-1) 分批发酵动力学 假定整个生长阶段无抑制物作用存在，则微生物生长动力学可用阶段函数表示如下： 0 x0 （0tt1) μm x0e μm t (t1tt2) μ = x= x0e μm(t2-t1) e μt (t2tt3) 0 xm (t3tt4) -a xme -a t (t4tt5) 得率系数 指消耗单位营养物所生成的细胞或产物数量。其大小取决于生物学参数（μ,x ）和化学参数（DO,C/N,磷含量等） （1）生长得率系数 ① Yx/s、Yx/o、Yx/kcal：消耗每克营养物、每克分子氧以及每千卡能量所生成的细胞克数； ② Yx/c、 Yx/N、 Yx/p、Yx/Ave- ：消耗每克C、每克N、每克P和每个有效电子所生成的细胞克数； ③ Yx/ATP：消耗每克分子的三磷酸腺苷生成的细胞克数。 分批发酵动力学-基质消耗动力学 消耗每克营养物（s）或每克分子氧(O2)生成的产物(P)、ATP或CO2的克数。 分批发酵动力学-基质消耗动力学 产物得率系数： ： 根据发酵时间过程分析，微生物生长与产物合成存在以下三种关系： 与生长相关→生长偶联型 指产物的生成与细胞的生长密切相关的动力学过程。（产物的生成与细胞生长同步且耦联） 与生长部分相关→生长部分偶联型 指代谢产物是能量代谢的间接结果，不是底物的直接氧化，而是菌体内生物氧化过程的主流产物。（产物生成与细胞生长部分耦联） 与生长不相关→无关联 指产物的生成与能量代谢无关，与细胞生长也无直接关系。（产物生成与细胞生长不耦联） 分批发酵动力学-产物形成动力学 相关型 部分相关型 非相关型 产物合成相关、部分相关、非相关模型动力学示意图 与生长相关→生长偶联型：乙醇发酵 产物的生成是微生物细胞主要能量代谢的直 接结果，菌体生长速率的变化与产物生成速率的 变化相平行。 分批发酵动力学-产物形成动力学 YP/X－产物得率 qP－产物比生成速率 与生长部分相关→生长部分偶联型：柠檬酸、氨基酸发酵 产物间接由能量代谢生成，不是底物的 直接氧化产物，而是菌体内生物氧化过程的 主流产物（与初生代谢紧密关联）。 分批发酵动力学-产物形成动力学 α－与菌体生长相关的产物生成系数 β－与菌体浓度相关的产物生成系数 与生长不相关→无关联：抗生素发酵 若考虑到产物可能存在分解时，则 产物生成与能量代谢不直接相关，通过细胞 进行的独特的生物合成反应而生成。 分批发酵动力学-产物形成动力