生化反应器第三章细胞反应动力学2.ppt

第三章 细胞反应动力学 在生物工程中的许多反应是以活体细胞（特别是微生物细胞）为主体完成的，我们将这种以活体细胞为主体实现的得到代谢产物或细胞产品的反应称之为细胞反应。 细胞反应具有如下的特点： 微生物细胞反应的动力学描述是对反应体系中的细胞的群体行为的描述； 微生物细胞反应是细胞的多种酶的协同反应的宏观结果，且受到诸如培养温度、pH值、培养基的组成等培养条件的影响； 由底物到产物往往需要多步反应，反应复杂。 细胞反应动力学是细胞群体行为的描述； 不考虑细胞间的差异，取其性质上的平均值——确定论模型； 将细胞作为单一的组分——非结构模型 视细胞与反应液为同一液相 2.1 细胞生长的动力学 2.1.1 间歇培养的细胞生长曲线 为了描述细胞培养过程的细胞质量、底物质量、产物质量的变化关系，在细胞反应动力学中用细胞反应的速率、细胞反应的比速率、细胞反应的得率等来描述。其定义分别如下： （1）细胞反应的速率 表示为单位反应体积、单位时间内的某一组分的量的变化。在细胞反应中主要的反应的速率有： ① 细胞生长速率 式中 CX——细胞浓度，（g/L） t——时间，（h） 细胞浓度通常用单位体积的培养液中的细胞（或菌体）的干燥质量表示。细胞浓度一般用质量单位表示，很难用摩尔单位表示。 ② 底物消耗速率 式中 CS——底物浓度，（g/L）或（mol/L） ③ 氧消耗速率 式中 CO——单位体积的培养液中O2的消耗量，（g/L）或（mol/L） ④ 产物生成速率 式中 CP——产物浓度，（g/L）或（mol/L） ⑤ CO2生成速率 式中 CCO2——单位体积的培养液中CO2生成量，（g/L）或（mol/L） ⑥ 热量的生成速率 式中 CH——单位体积的培养液中热量的生成量，（kJ/L） （2）细胞反应的比速率 表示为单位反应体积、单位时间中单位质量的细胞的某一组分的生成或消耗量。在细胞反应中主要的反应的比速率有： ① 细胞的比生长速率 （1/h） ② 底物的比消耗速率 （1/h）或 （mol/g·h ） ③ 氧的比消耗速率 （1/h）或 （mol/g·h ） ④ 产物的比生成速率 （1/h）或 （mol/g·h ） ⑤ CO2的比生成速率 （1/h）或 （mol/g·h ） ⑥ 热量的比生成速率 （kJ/g·h ） （3）细胞反应的得率 ① 细胞对底物的得率 在间歇的培养过程中的细胞对底物的得率一般是随着培养时间而变化的，即因随着培养的进行培养基的营养成分的组成、细胞的活性是变化的，所以瞬时的细胞对底物的得率可表示为 间歇培养的细胞对底物的总得率 若在细胞反应过程中的消耗底物的总量为 式中 -ΔMS,T——细胞反应过程中消耗底物的总质量 -ΔMS,G——细胞反应过程中用于生长细胞所消耗底物的质量 -ΔMS,R——细胞反应过程中用于分解代谢所消耗底物的质量 定义细胞对底物的理论得率为 ② 细胞对氧的得率 在间歇的培养过程中的细胞对氧的瞬时得率为 ③ 产物对底物的得率 在间歇的培养过程中的产物对底物的瞬时得率为