第九章 微生物反应动力学.pdf

第六章第六章 微生物反应动力学微生物反应动力学 高永生高永生 1 微生物反应动力学：研究各种环境因素与微生 物代谢活动之间的相互作用随时间变化的规律 的科学，是生物反应工程学的理论基础之一。 研究目的：按人们的需要控制发酵过程。 发酵过程动力学包括两个层次的动力学 微观动力学 宏观动力学 1、本征动力学 （又称微观动力学） 在没有传递等工程因素影响时，生物反应 固有的速率；  该速率除反应本身的特性外，只与各反应 组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有 关，而与传递因素无关。 2、反应器动力学 （又称宏观动力学） 在一反应器内所观测得到的总反应速率及其 影响因素 反应器的形式和结构 操作方式 影响因素 物料的流动与混合 传质与传热等 4 一、反应器动力学概述 （一）微生物反应动力学内容 发酵动力学：研究发酵过程中菌体生长、发酵参 数 （培养基质、培养条件）、产物生成的动态平 衡及其内在规律。 研究内容：了解发酵过程中菌体生长速率、基质 消耗速率和产物生成速率的相互关系，环境因素 对三者的影响，以及影响其反应速度的条件。 5 （二）研究发酵动力学的目的 （1）确定最佳发酵工艺条件； （2 ）建立发酵过程中菌体浓度、基质浓度、温度、 pH、溶氧等工艺参数的控制方案； （3 ）发酵工艺条件的优选。 6 （三）发酵动力学的作用 进行合理的发酵过程设计，必须以发酵动力学模 型作为依据。 利用计算机技术，根据发酵动力学模型来设计程 序，模拟最优化的工艺流程和发酵工艺参数，从 而使生产控制达到最优化。 发酵动力学的研究正在为从实验室、中试到工业 生产数据的放大、为分批发酵过渡到连续发酵提 供理论依据。 7 四）发酵过程按进行过程有三种方式： 分批发酵(Batch fermentation) 补料分批发酵(Fed-batch fermentation) 连续发酵(Continuous fermentation) 8 二、发酵类型 发酵类型即动力学模型，为了描述 菌体生长、碳源利用与代谢产物形 成速度变化以及它们相互之间的动 力学关系。 9 发酵类型 • Gaden‘s fermentation classifi