发酵工程第6讲(2011.3).ppt

数学模型：是描述生产过程控制规律的一些数学和逻辑算式。 1.3 目的：根据发酵动力学模型来设计程序，建立发酵过程中工艺参数的控制最优化方案，从而为发酵过程的工艺设计和管理控制提供理论基础，达到提高产品产率，降低成本的目的。 2 发酵动力学的分类 Gaden分类法 类型 产物形成与底物利用的关系 实例 Ⅰ 产物形成与底物利用直接相关 乙醇、乳酸等 Ⅱ 产物形成与底物利用间接相关 柠檬酸、谷氨酸等 Ш 产物形成与底物利用不相关 青霉素、链霉素等 Ⅰ型为生长联系型，又称简单发酵型，产物直接由碳 源代谢而来，产物生成速度的变化与微生物对碳源利用速度的变化是平行的，产物生成与微生物的生长 也是平行的。在这些发酵过程中，菌体的生长、基质的消耗、产物的生成三个速度都有一个高峰，三高峰几乎同时出现。 Ⅱ 型为部分生长联系型，又称中间发酵型，产物不是碳源的直接氧化产物，而是菌体代谢的主流产物。它的特点是在发酵的第一时期碳源大量消耗用于菌体的迅速增长而产物的形成很少或全无，第二时期碳源大量消耗用于产物的高速合成及菌体的生长。 Ш 型为非生长联系型，又称复杂发酵型，产物的生成在菌体生长和基质消耗完以后才开始，与菌体生长不相关，与基质消耗无直接关系，所形成的产物为次级代谢产物。 3 分批培养动力学 3.1 分批培养菌体的生长动力学：在分批培养中就细胞浓度X的变化而言，一般经历延迟期、对数期、减速期、静止期、衰亡期。 分批培养菌体的生长速率(g/L. h) ：dx/dt X —菌体浓度（ g/L ） μ—比生长速率(1/h) : 单位重量的菌体瞬时增量 3.1.1 延迟期：延迟期的长短与种子的种龄和接种量的大小有关，而培养基的浓度对延迟期的长短影响不大。 dx/dt≈0 3.1.2 对数期：营养丰富，有毒代谢物少，细胞生长不受限制，细胞浓度随培养时间呈指数增长。 μ = μm 细胞浓度的倍增时间(td ) td=ln2/ μm =0.693/ μm 微生物细胞的倍增时间：细菌0.25—1h, 酵母1.15—2h 霉菌2—6h。哺乳动物细胞15—100h。植物细胞24—74h 3.1.3 减速期：培养基营养物迅速消耗，有害物质逐渐积累，细胞比生长速率逐渐下降。当培养基中不存在抑制细胞生长的物质时，细胞的生长速率与基质浓度关系（Monod方程式）如下 S—基质浓度(mol/m3)， KS —饱和常数(微生物对营养物利用常数）(mol/m3，大肠杆菌2.0—2.4 mg/L ，啤酒酵母25 mg/L)， （1—kp) k—抑制常数，p—产物浓度 3.1.4 静止期：细胞浓度达到最大值， μ= 0 3.1.5 衰亡期：环境恶化，细胞开始死亡，活细胞浓度不断下降。目前有关衰亡期研究不多。 dX/dt= μ X—kd X dx/dt 0 kd—死亡系数(1/h) 如果细胞