新型微生物反应动力学.ppt

微生物反应动力学;我们从哪里来?宇宙从哪里来?;宇宙起源于一次天体大爆炸;科学依据：;辩证自然观：宇宙是由混沌中产生—大爆炸！此后，一条以宇观链，即天体演化和地质演变；一条以微观、宏观链，后又以物理进化、化学 进化、生物进化和社会进化四阶段发展。;物 质;地球发展自然史;一切物质是统一的， 它们有同一个起源。;什么是生命?;生命的定义;病毒是种特殊生命;熵（Etropy);热力学第二定律： 在孤立系统中，任何自发过程总是朝熵增加方向变化，即物质总是朝消灭信息，产生混乱方向演化。 生命物质：其演化过程正好相反，是一个由简单、低级向复杂、高级、更有序化方向发展趋势。 它们矛盾吗？不！ 生命体是远离平衡条件的开放系统，通过外界引进负熵流，而抵消体系的熵产生，并在一定条件下，可以形成新的有序结构。生命体是高度有序的！ 也可以说： 非平衡是生命体的有序根源和信息根源。;形态：每一个生命都有其典型的形状和形态，这使我们能将其从周围的世界中识别出来并加以分类。虽然这些形态彼此之间或多或少都有所不同，但其基本模式总是分明的，事实上， 自然似乎是用特定的图形拼接出来的。 科学也许可以定义为： 力图寻找不同形态之间的组织原则，并理想的情况下，用数学描述这些形态和它们之间的相互关系。 培根：数学是通往科学的道路和钥匙！ ;大量物理过程可以用方程来描述，即线性微分方程来描述，如： 万有引力定律（伽利略）； 行星运动(牛顿）； 白炽金属发出的辐射（普朗克）。 生命系统的结构和过程如何用数学方程来描述？ 生命系统的结构和过程相互作用并形成网络，显然要复杂得多。我们今天要学习的课程就是用线性微分方程来描述微生物工程中的一种动力学过程，当然它是一种近似的描述。 ;9 微生物反应动力学—微生物工程（曹军卫 马辉文编著，科学出版社，2002年出版）21世纪高等院校教材(生命科学类);内容： 微生物反应动力学是研究生物反应速度的规律，即细胞生长速率、基质利用速率和产物生成速率的变化规律。;方法： 用数学模型定量地描述生物反应过程中细胞生长速率、基质利用速率和产物生成速率等因素变化，达到对反应过程有效控制。 已发展出好几种动力学模型，我们介绍一种“发酵过程动力学分型”。;·课程的叙述方法：一、微生物发酵过程分型二、分批培养动力学 1. 细胞生长动力学 2. 基质消耗动力学 3. 产物生成动力学三、连续培养动力学 1.单级连续培养动力学 2.多级串联连续培养动力学 3.细胞循环使用单级连续培养动力学四、连续培养的实施;9.1 发酵动力学分型;9.1.1 第Ⅰ型（与生长相关型）;发酵第一类型 比生长速率，g/(g.h); 碳源利用比速率， g/(g.h)； 产物形成比速率， g/(g.h)。;9.1.2 第Ⅱ型（与部分生长相关型）;发酵第二类型 比生长速率，g/(g.h); 碳源利用比速率， g/(g.h)； 产物形成比速率， g/(g.h)。 ;9.1.3 第Ⅲ型(与生长不相关型);发酵第三类型 比生长速率，g/(g.h); 碳源利用比速率， g/(g.h)； 产物形成比速率， g/(g.h)。 ;·课程的叙述方法：一、微生物发酵过程分型二、分批培养动力学 1. 细胞生长动力学 2. 基质消耗动力学 3. 产物生成动力学三、连续培养动力学 1.单级连续培养动力学 2.多级串联连续培养动力学 3.细胞循环使用单级连续培养动力学四、连续培养的实施;9.2分批培养动力学;9.2.1分批培养中细胞的生长动力学;分批培养中细胞浓度的变化 1.延迟期；2.对数生长期；3.减速期； 4.稳定期；5.衰亡期;9.2.1.1 延迟期;9.2.1.2 对数生长期;对数的概念; ab=N logaN=b;对数运算法则;;;;细胞浓度随时间呈指数生长，细胞浓度增长一倍所需时间称倍增时间（doubling time, td), ;9.2.1.