[生物学]微生物反应动力学.ppt

* * * 说明二级连续培养的限制性基质利用较完全。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 有的微生物连续培养的结果会与图9-5所示情况发生差异。例如， 当限制性基质为碳源时，消耗的碳源中有一部分用于能量释放以供细胞维持生命活动之需，因此在低稀释率时，细胞浓度明显偏低（图9-6(a)）。 以氮或硫为限制性基质时，细胞在低稀释率下可能积累多糖、脂肪或β-羟基丁酸，细胞浓度会偏高（图9-6(b)）。 以镁、磷或钾作为限制性基质时，与上述情况类似，只是起因不一样（图9-6 （c））。 在复合培养基时，往往难以确定哪一种是限制性基质 ，并且随着比生长速率的变化，限制性基质可能发生改变。因此细胞浓度随稀释率增大而下降（图9-6(d)）。 关于产物，有如下物料恒算式： 式中 由细胞合成产物引起的产物浓度变化率[kg/(m3s)]; 培养液中产物浓度变化速率[kg/(m3s)]; 当连续培养处于稳态时,且加料中不含产物P0=0时 三、连续培养动力学 产物的形成 对产物进行物料衡算 12.3.3多级串联连续培养动力学 把多个发酵罐串联起来,第一罐的情况与单罐培养相同,以后下一罐的进料便是前一发酵罐的出料,这样就组成了多级串联连续培养。 多级串联连续培养动力学 多级串联连续培养可提高生产能力。 二级连续培养的细胞浓度X1、X2，限制性基质 S1、S2，细胞生产速率DX1 DX2与稀释率D的关系 D﹥DC时，一、二级罐中细胞被洗光。 D﹤DC时， X2 X1 ；S2 S1。 如果各级发酵罐的培养体积相同,并且第二级以后的各级发酵罐中不加新培养基,那么根据各级发酵罐的物料平衡,可得出稳态下个发酵罐中的细胞浓度、比生长速率、限制性基质浓度和产物浓度。 当达到稳态时: 12.3.4细胞循环使用的单级连续培养动力学 进行单级连续培养时，有细胞循环使用和不循环使用两种方法。 经连续培养后，流出的培养液进行固液分离，经浓缩后的细胞悬浮液再被送回发酵罐中，也称为细胞回流的连续培养（图9.8）。 F S0 (1+α)F X F αF,cX 图9.8细胞回流的单级连续培养示意图 图中还给出了不进行细胞回流时，X、DX与D的关系对比。可以看出，进行回流时，临界稀释率增大，发酵罐可在高于细胞比生长速率的稀释率下操作，从而提高了细胞的生产速率，同时也加快了基质消耗率。在废水处理中常被采用。 B E A C D 连续培养比分批培养有许多优越性： 效率高，易长期稳定控制，易实现自动化···等等。 注意问题： 防止杂菌污染、防止菌种的变异、防止菌种的衰老···等等。 9.3.5连续培养的实施 连续培养与分批培养的比较 如果用单级连续培养，细胞最大生产速率与同样限制性基质初浓度S0下分批发酵培养时的细胞的生产速率相比，就可以看到连续培养的优越性： 假设分批发酵的指数生长期延续到限制性基质耗尽，这时达到的最大细胞浓度为XF，接种后的细胞浓度为X0，则每一个生产周期为： tB -- 分批培养一个生产周期所用时间; tL --延迟期所占时间; tR -- 放出培养液所用时间; tP --清洗发酵罐、重新加入培养基、灭菌、冷却等辅助操作所需时间。 因此分批培养的细胞生产率 为： 设连续培养的细胞最大生产率 Pcc ，将式（9.39），即连续培养的细胞最大生产率 与式（9.62）相除，得 （9.62） 由此可见，细胞的比生长速率越大，辅助操作时间越长，连续培养的优势就越大。 例如抗生素连续培养的稀释率一般较小，但较分批培养仍具有较大的生产能力。像青霉素连续发酵的生产量是分批发酵的1.65倍。 谢谢大家 * * * * * * * * * * * 比生长速率就是菌体生长速率与培养基中菌体浓度之比，它与微生物的生命活动有关，特别是在抗生素合成阶段，比生长速率过大，菌体量增加过多，代谢向菌体合成的方向发展，不利于合成抗生素。因此，必须将菌体比生长速率控制在一定范围内，以便使抗生素的生产速率维持在较高的水平。实际上比生长速率是生长与死亡速率平衡的综合反映。在对数生长期，μ是一个常数 * DNS即二硝基水杨酸法是利用碱性条件下，二硝基水杨酸（DNS）与还原糖发生氧化还原反应，生成3-氨基-5-硝基水杨酸，该产物在煮沸条件下显棕红色，且在一定浓度范围内颜色深浅与还原糖含量成比例关系的原理，用比色法测定还原糖含量的。 定义：微