生化反应器第三章酶促反应动力学3.ppt

（2）产物的抑制作用 代谢产物对微生物细胞生长的抑制作用的最具代表性的例子是发酵法生产乙醇时，产物乙醇对酵母或其它菌类生长和代谢的抑制作用。产物的抑制作用也可以分为竞争性抑制和非竞争性的抑制作用，一些抑制作用的机理虽然尚不清楚，但仍可用一些近似的经验表达式来描述其动力学行为。 产物抑制与非竞争性抑制作用相类似的可表达为 式中 KPI——产物抑制常数 （3）pH值及培养温度对细胞反应的影响 微生物通常微生物细胞生长因菌种的不同而具有各自的适宜的pH值的范围。这个范围一般在3～4个pH单位，且在其范围内有最适的生长pH。 表2-1 各种细胞培养的适宜pH范围 微生物细胞生长所具有适宜的pH范围或许是种群数量自身调节的行为，在微生物细胞的生长过程中，随着底物的利用、有机酸和氨基氮的生成，使反应体系的pH值发生变化，都将会对细胞的生长速率造成影响。在生产中通过pH电极在线测定pH的变化情况，并及时调节pH值，使之保持在最适的范围。 微生物细胞在其生长温度的范围内可以生长，且存在最适宜的生长温度，当提高温度到生长温度范围以外时，会导致细胞的结构物质的变性，使得生长速率下降甚至细胞死亡。 在适宜的培养温度范围内，细胞的生长速率为 细胞的比生长速率与培养温度的函数关系可用Arrhenius方程的形式表示 式中 ΔEu——细胞生长的活化能（J/mol） Au——细胞生长的Arrhenius因子，（1/h） R——气体常数，8.314（J/mol·K） T——培养温度，（K） 同样细胞的比死亡速率与培养温度的函数关系也可用Arrhenius方程的形式表示 式中 ΔEd——细胞死亡的活化能，（J/mol） Ad——细胞死亡的Arrhenius因子，（1/h） ΔEu的典型数值为25～33kJ/mol ΔEd的典型数值为104～122kJ/mol 活化能大的反应其随温度的变化也大，反之亦然。由而表明细胞的死亡速率较生长速率对培养温度的升高更敏感。 细胞生长的最适温度不一定是产物代谢积累的最适温度 。 2.2 底物消耗的动力学 2.2.1 底物消耗与细胞生长的关联 当细胞反应过程消耗的底物仅用于生长细胞，底物浓度的变化与细胞浓度变化可关联为 底物消耗速率与细胞生长速率可关联为 底物比消耗速率与细胞比生长速率可关联为 定义底物的最大比消耗速率为 有 对需氧的细胞反应，氧的消耗速率为 式中 ——细胞对氧的得率，（g/g）或 （g/mol） 氧的比消耗速率（也称呼吸强度）为 且 2.2.2 包括维持代谢的底物消耗动力学 对于在热力学意义上的远离平衡态的活细胞，为了维持其活性，需要获取高能物质并将其化学能转化为热能，以维持细胞的渗透压、修复DNA、RNA和其他大分子物质，因此能量消耗不仅是用于细胞生长上，同时也用于细胞的维持上。提供细胞反应的能量的来源是以碳源为底物的物质，则底物的消耗速率可表示为 式中 m——细胞的维持常数，（g/g·h=1/h）或（mol/g·h） 底物的比消耗速率可表示为 同样地氧的消耗速率为 式中 ——细胞对氧的最大得率，即细 胞对氧的理论得率（g/g）或（g/mol） ——细胞对氧的维持常数，（g/g·h=1/h）或（mol/g·h） 氧的比消耗速率 2.2.2 包括产物生成的底物消耗动力学 当底物的消耗量取决于细胞的生长量、产物的生成量及维持代谢三个因素时，底物的消耗速率表示为 底物的比消耗速率可表示为 2.3 产物生成的动力学 醇类 有机酸类 细胞代谢生物产品 抗生素类