第十章 生化反应工程基础.ppt

转化率为９０％时的麦芽糖浓度 代入式(10-32),得到转化率为90％时的反应时间，即 10.5.2 生化反应器的计算 （２）全混流反应器 ①酶催化反应 ②微生物反应 在全混流反应器中，假设进料中不含菌体，则达到定态操作时，在反应器中菌体的生长速率等于菌体流出速率，即 将 代入，得 10.5.2 生化反应器的计算 10.5.2 生化反应器的计算 反应器中基质浓度与稀释率的关系为 10.5.2 生化反应器的计算 例10-4　在10L的全混流反应器中，于30℃培养大肠杆菌。其动力学方程符合Monod方程，其中 ， 。葡萄糖的进料浓度为10g/L，进料流量为4L/h， 。试计算：（1）在反应器中的细胞浓度及其生长速率。（2）为使反应器中细胞产率最大，计算最佳进料速率和细胞的最大产率。 10.5.2 生化反应器的计算 10.5.2 生化反应器的计算 解　（１）全混流反应器的稀释率 所以，细胞比生长速率： 由式（10-50）可得反应器底物浓度为 反应器内细胞浓度 （２） 最佳进料速率 反应器中细胞浓度 细胞的最大产率 10.5.2 生化反应器的计算 （３）串联全混流反应器 采用串联的全混流反应器进行细胞培养时，操作方式一般有三种，即①直接由第一釜加料；②除第一釜加料外，以后各釜均有连续补料；③直接由第一釜进料，但最后釜 的出料中有部分循环返回第一釜。 10.5.2 生化反应器的计算 第一级反应器中细胞的生长速率 对第二级反应器的菌体进行物料衡算整理得 对限制性基质进行衡算整理得 根据Monod方程 10.5.2 生化反应器的计算 10.5.2 生化反应器的计算 10.5.2 生化反应器的计算 （４）固定床反应器 对于符合米氏方程的酶动力学，在等温、排除外扩散情况下，其宏观动力学方程为 由于是恒容过程，限制性底物在固定床内轴向浓度分布可借助间歇釜式，得 初始条件 内扩散有效因子可按10.3节计算。只有当固定化酶的内扩散有效因子η为常数时，式（10.74）才有解析解，即 当 时，可近似按一级不可逆反应处理。 10.5.2 生化反应器的计算 Thank you 化学反应工程 微生物的反应过程动力学 2 概述 1 第10章 生化反应工程基础 酶催化反应 固定化生物催化剂 生化反应器 3 4 5 10.1 概述 利用生物催化剂来生产生物技术产品的过程通称为发酵，它可概括为两大类：酶催化反应及微生物发酵反应。 辅因子有三类。 ①金属离子　它们是最简单的辅因子。 ②辅酶　很多酶是蛋白质部分和与它相结合的辅基所组成，这两部分经常是解离着的，这种酶称为全酶，其蛋白质部分称为酶蛋白，辅基部分称为辅酶。大多数辅酶属于维生素。 ③辅底物　它们包括NAD、NADP、辅酶Q、谷胱甘肽、ATP、辅酶A和四氢叶酸等。 10.2 酶催化反应 1 2 酶的特性 单底物酶催化反应动力学—米氏方程 3 有抑制作用时的酶催化反应动力学 酶在参与反应时如同化学催化剂一样，参与反应决不会改变反应的自由能，亦即不会改变反应的平衡，只能降低反应的活化能，加快反应达到平衡的速度，使反应速率加快。反应终了时，酶本身并不消耗，且恢复到原来的状态，其数量与性能都不改变，前提是不能改变酶的蛋白质性质。 以单底物Ｓ生成产物Ｐ的酶催化反应为例，Ｅ表示游离酶，其反应历程为 10.2.1 酶的特性 10.2.1 酶的特性 与化学催化相比较，酶催化具有下述特点： ①酶的催化效率高 ②酶催化反应具有高度的专一性，它包括酶对反应的专一性和酶对底物的专一性。 ③酶催化反应的反应条件温和，无需高温和高压。 ④酶催化反应有其适宜的温度、ｐＨ、溶剂的介电常数和离子强度等。 影响酶催化反应速率的因素很多，它们分别是酶浓度、底物浓度、产物浓度、温度、酸碱度、离子强度和抑制剂等。 10.2.1 酶的特性 对于典型的单底物酶催化反应，例如 其反应机理可表示为 10.2.2 单底物酶催化反应动力学———米氏方程 由Michaelis Menten的快速平衡法或Briggs Haldane的拟定态法假设，推导得到的米氏方程定量描述了底物浓度与反应速率的关系，即 米氏方程为双曲函数，如图10-2所示。起始酶浓度一定时，不同底物浓度呈现的反应级数不同。当 时，底物浓度很低，反应呈现一级； 时，底物浓度高，反应呈现零级，即r与 大小无关，趋于定值 ；底物浓度为中间值时，随着 增大反应从一级向零级过渡，为变级数