第三章 微生物发酵动力学1课件.ppt

二级连续发酵中不同稀释率下的稳态细胞浓度、限制性基质浓度和细胞生产率的变化。 连续发酵动力学-理论-多级恒化器连续发酵 进行细胞回流的单级连续发酵 概念：进行单级连续发酵时，把发酵罐流出的发酵液进行分离，经浓缩的细胞悬浮液送回发酵罐中。 连续发酵动力学-理论-细胞回流单级恒化器连续发酵 优点：提高了发酵罐中的细胞浓度，也有利于提高系统的操作稳定性。 （一）连续发酵类型及装置 （二）连续发酵动力学模型 1.单级恒化器连续发酵 2.多级恒化器连续发酵 3.进行细胞回流的单级恒化器连续发酵 （三）连续发酵动力学理论的应用 主要内容 连续发酵类型及装置 罐式连续发酵 单级 多级串联 细胞回流式 塞流式连续发酵 连续发酵动力学-发酵装置 单级连续发酵示意图 连续发酵动力学-发酵装置-单级 两个及以上的发酵罐串联起来，前一级发酵罐的出 料作为下一级发酵罐的进料。 连续发酵动力学-发酵装置-多级串联 两级连续发酵示意图 罐式连续发酵实现方法 恒浊法：通过调节营养物的流加速度，利用浊度计检测细胞浓度，使之恒定。 恒化法：保持某一限制性基质在一恒定浓度水平，使菌的比生长速率μ保持一定。 培养基输入 培养基进入 下一级发酵罐 培养基进入 后处理或到 下一级发酵罐 多级罐式连续发酵装置示意图 连续发酵动力学-发酵装置-多级串联 a: 再循环比率（回流比） c: 浓缩因子 细胞回流的单级连续发酵示意图 连续发酵动力学-发酵装置-细胞回流式 发酵罐 培养物流出 无菌培养基流入 供给连续接种再循环 d 连续发酵动力学-发酵装置-塞流式 定义： ① 稀释率 D=F/V (h-1) F—流量（m3/h） V—培养液体积（m3） ② 理论停留时间 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 细胞的物料衡算（μ和D的关系） 对于单级恒化器：X0 =0 且通常有： 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 积累的细胞（净增量） = 流入的细胞-流出的细胞+生长的细胞-死亡的细胞 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 A.稳定状态时， 此时 μ =D（单级连续发酵重要特征） B.不稳定时， 当μD， 当μD， 积累的营养组分=流入量-流出量-生长消耗量- 维持生命需要量-形成产物消耗量 稳态时， =0,一般条件下,mx 产物相对菌体生长量较少, 限制性基质的物料衡算 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 稳态时, 单级连续培养两个稳态方程是： 限制性基质的物料衡算 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 两个稳态方程隐含了几点假设： Yx/s 对于一个特定微生物及具体操作参数(D) 来讲是常数 Yx/s只受一种限制性营养基质S的影响：S一定，μ一定，则Yx/s一定 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 细胞浓度与稀释率的关系（x与D的关系） 临界稀释率Dc 导致菌体开始从系统中洗出时的稀释率，当流入底物浓度为S0 时，临界稀释率Dc为： 稀释率D的大小不能超过连续发酵系统的临界稀释率 如果取 DDC ，则会出现：DDCμ 由 可知 负增长，x↓，进入非稳态， 菌体最终被洗出，即x=0 时，达到“清洗点”，此时， 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 细胞浓度与稀释率的关联（X与D的关系） 应用Monod方程，此时， 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 生长模型 由两个稳态方程可以推出D与X关联的生长模型 当DDC 时， 细胞衡算 底物衡算 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 细胞生产率 当 即 时 可获得最大的细胞生产率，为 细胞生产率 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 若S0Ks （S010Ks），底物供给浓度很大，为非限制性 则 此时，最大临界稀释率 ∴当DDc= 时， 细胞生产率 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 x, s, Dx与D关系总结： 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 产物的物料衡算 产物变化率=细胞合成产物速率