生物反应动力学.pptx

生物反应动力学

菌体生长基质消耗产物生成最佳工艺条件的控制

菌体生长速率基质消耗速率代谢产物的生成速率第一节生物反应过程动力学描述

菌体生长速率：单位体积、单位时间生长的菌体量（g/h.L)dc(X)dt=μc(X)或μ=1c(X)·dc(X)dtμ除受细胞自身的遗传信息支配外，还受环境因素的影响。vx=

碳源+氮源+氧细胞+产物+CO2+H2O△X+△P+△CO2+△H2O细胞得率系数：即每消耗1g基质所生成的细胞克数YX/S=X-X0S0-S=△X△S基质的消耗速率vsvs=dc(s)dt-=-vxYX/S=μc(X)YX/SS0-SX-X0△S△N△O2++

vsc(X)当基质既是能源又是碳源时，就应考虑维持能量，即：碳源总消耗量=用于生长的消耗速率+用于维持代谢的消耗速率1YG·c(X)菌体生长得率系数m菌体维持代谢的维持系数+=v=vvx

c(X)Q=dtvp=vp产物的比生成速率Q：dc(P)代谢产物的生成速率vp：单位体积、单位时间内，产物形成的量。

生物反应动力学分类发酵方法01第二节生物反应模式与发酵方法02

发酵动力学分类分类依据及类型判断因素根据产物形成与基质消耗关系Ⅰ产物形成直接与基质消耗有关Ⅱ产物形成与基质消耗间接有关Ⅲ产物形成与基质消耗无关根据生长有否偶联偶联型产物形成速度与生长速度密切相关混合型产物形成速度与生长部分相关非偶联型产物形成速度与生长速度无关根据反应进程简单型营养成分以固定的化学量转化为产物，无中间物积累并行型营养成分以不定的化学量转化为一种以上的产物，且产物生成速度随营养成分浓度而异，也无中间物积累串联型形成产物前积累有一定程度的中间物的积累分段型营养成分在转化为产物前全部转化成中间产物或以优先顺序选择性地转化为产物，反应过程有两个反应段组成复合型大多数的发酵过程是一个复杂的联合反应

类型Ⅰ这是一种产物合成与利用糖类有化学计量关系的发酵，糖提供了生长所需的能量。糖消耗速率与产物合成速率的变化是平行的。类型Ⅱ产物形成间接与基质消耗有关，即微生物生长与产物形成是分开的，糖既提供细胞生长所需的能量，又充当产物合成的碳源。类型Ⅲ产物是微生物的次级代谢产物，产物合成与利用碳源无准量关系，产物合成在菌体生长停止才开始

以菌体细胞量为基准的产物生成系数，g/g偶联型合成的产物通常是分解代谢的直接产物，这类初级代谢产物的生产速率与生长直接相关vP=dc(P)dt=YP/Xdc(X)dt=YP/Xμc(X)QP=YP/XvPc(X)=μc(X)c(X)=YP/Xμ混合型生长与产物形成部分相关dc(P)dt=αdc(X)dt+βc(X)

dc(P)dt=βc(X)g/(g细胞.h)非生长偶联型细胞生长时无产物形成，但细胞停止生长后，有大量产物积累，产物的形成量只与细胞的积累量有关或QP=αμ+βα与生长偶联的产物形成系数，g/g细胞β非生长偶联的比生产速率，g/(g细胞.h)

发酵方法好氧发酵厌氧发酵液体表面培养发酵深层通风发酵固体表面培养深层发酵分批式操作连续式操作反复半分批式操作反复分批式操作半分批式操作

分批式操作：底物一次装入罐内，在适宜条件下接种进行反应，经过一定时间后，将全部反应物取出。

半分批式操作：也称流加式操作。是指将一定量底物装入罐内，在适宜条件下接种使反应开始。反应过程中，将特定的限制性底物送入反应器，以控制罐内限制性底物浓度在一定范围，反应终止将全部反应物取出。

030201反复分批式操作：是指分批式操作完成后，取出部分反应系，剩余部分重新加入底物，再按分批式操作进行。反复半分批式操作：流加操作完成后，取出部分反应系，剩余部分重新加入一定量底物，再按流加式操作。连续式操作：反应开始后，一方面把底物连续地供给到反应器中，同时又将反应液连续不断地取出，使反应过程处于稳定状态，反应条件不随时间变化。

发酵方法连续发酵法封闭式连续发酵分批发酵法open01补料分批发酵法open02开放式连续发酵open03

是指在一个密闭系统内，投入有限数量的营养物质后接入少量微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。close概念微生物所处的环境是不断变化的；可进行少量多品种的发酵生产；发生杂菌污染能够很容易终止操作；对原料组成要求较粗放；当运转条件发生变化或需要生产新产品时，易改变处理对策。特点概念特点close

特点是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。概念close概念特点close可以解除培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。对于好氧过程，可以