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微生物发酵动力学.pdf

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第六章 微生物发酵动力学 什么是发酵动力学? 发酵动力学:研究微生物生长、产物合成、底物消耗 之间动态定量关系,定量描述微生物生长和产物形 成过程。 主要研究: 1、发酵动力学参数特征:微生物生长速率、发酵产 物合成速率、底物消耗速率及其转化率、效率等; 2、影响发酵动力学参数的各种理化因子; 3、发酵动力学的数学模型。 研究发酵动力学的目的 认识发酵过程的规律 优化发酵工艺条件,确定最优发酵过程参数,如: 基质浓度、温度、pH 、溶氧,等等 提高发酵产量、效率和转化率等 本章主要内容 分批发酵动力学 连续发酵动力学 补料分批发酵动力学 什么是分批发酵? 分批发酵 :准封闭培养,指一次性投料、接种直到发 酵结束,属典型的非稳态过程。 分批发酵过程中,微生物生长通常要经历延滞期、对 数生长期、衰减期、稳定期(静止期)和衰亡期五个 时期。 分批发酵过程 典型的分批发酵工艺流程图 分批发酵动力学 X 度 浓 体 菌 t t t t t 1 2 3 4 5 时间t 分批发酵时典型的微生物生长动力学曲线 分批发酵动力学 微生物细胞倍增时间与群体生长动力学 细菌:典型倍增时间1 h 酵母:典型倍增时间2 h 放线菌和丝状真菌:典型倍增时间4-8 h 微生物细胞群体生长动力学是反映整个群体的生长特 征,而不是单个微生物生长倍增的特征。因此,菌龄 是指一个群体的表观状态。 分批发酵动力学-细胞生长动力学 微生物生长特性通常以单位细胞浓度或细胞数量在单位时间内 的增加量来表示(比生长速率:μ、μ ): n 1 dX 1 dN µ 或 µn X dt N dt X t X 0 eµt 或 N t N eµnt 0 X— 细胞浓度(g/L);N— 细胞个数;t— 生长时间; X 、X —初始微生物浓度和t 时细胞浓度; 0 t N 、N —初始细胞个数和t 时细胞个数; 0 t μ— 以细胞浓度表示的比生长速率; μ — 以细胞数量表示的比生长速率。 n Monod方程 表征μ与培养基中残留的生长限制性底物S 的关系 t Ks :底物亲和常数,等于处于1/2μ 时的底物 µmSt m µ 浓度,表征微生物对底物的亲和力,两者成 Ks +S t 反比。 μ 率 速 长
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