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发酵动力学及发酵PPT大纲
2024-02-03
目录
contents
发酵动力学基本概念与原理
微生物生长与代谢规律研究
发酵过程动力学模型建立与应用
发酵设备设计及操作原理剖析
发酵工艺优化策略与实践经验分享
产品检测、评价及质量控制体系建设
CHAPTER
01
发酵动力学基本概念与原理
研究微生物生长、代谢和产物生成过程的动力学规律的科学。
发酵动力学定义
包括微生物生长动力学、基质消耗动力学、产物生成动力学等。
研究对象
包括生长曲线、生长速率等。
微生物生长特征
基质的消耗速率与微生物生长和产物生成的关系。
基质消耗特征
产物的生成速率、得率及与微生物生长和基质消耗的关系。
产物生成特征
包括微生物浓度、基质浓度、产物浓度、比生长速率、比消耗速率、比生成速率等。
温度、pH、溶氧、搅拌速度、营养成分等对发酵过程的影响。
影响因素
关键参数
通过发酵动力学研究，可以优化发酵条件，提高产物得率和生产效率。
优化发酵过程
发酵过程控制
新产品开发
节能减排
根据发酵动力学规律，可以对发酵过程进行精确控制，确保生产过程的稳定性和可靠性。
发酵动力学研究可以为新产品的开发提供理论指导和技术支持。
通过优化发酵过程，可以降低能耗和减少废弃物排放，实现绿色生产。
CHAPTER
02
微生物生长与代谢规律研究
延滞期
对数期
稳定期
衰亡期
微生物适应新环境，细胞体积增大，代谢活跃，但不分裂。
由于营养物质消耗和代谢产物积累，微生物分裂速度减慢，死亡数等于新生数。
微生物以最大速率进行分裂繁殖，细胞数量呈指数增长。
微生物死亡速度大于新生速度，细胞数量减少。
葡萄糖分解为丙酮酸，产生少量ATP。
糖酵解途径
三羧酸循环
产物形成机制
丙酮酸进一步氧化分解，产生大量ATP和中间代谢产物。
特定酶催化下，中间代谢产物转化为目标产物，如乙醇、乳酸等。
03
02
01
影响酶活性，进而影响微生物生长和代谢速率。
温度
改变细胞内外环境，影响微生物生长和产物形成。
pH值
对于好氧微生物，溶氧量不足会限制其生长和代谢；对于厌氧微生物，过高溶氧量会抑制其生长。
溶氧量
影响微生物生长速率和产物得率，过高或过低均不利于微生物生长和代谢。
营养物质浓度
发酵条件优化
通过调整温度、pH值、溶氧量等参数，创造有利于目标产物形成的环境条件。
发酵过程控制
根据微生物生长曲线和代谢特点，合理控制发酵进程，如在延滞期和对数期提供充足营养，稳定期控制环境条件以延长产物合成期。
菌种选育与基因工程改造
选育高产菌株或通过基因工程手段改造微生物遗传特性，提高目标产物合成能力。
产物分离纯化技术改进
采用高效分离纯化技术，提高产物纯度和得率。
CHAPTER
03
发酵过程动力学模型建立与应用
1
2
3
描述微生物生长速率与底物浓度、生长抑制因子等的关系，如Monod模型、Logistic模型等。
生长模型
描述发酵产物生成速率与底物浓度、微生物浓度等的关系，如Luedeking-Piret模型等。
产物形成模型
描述底物消耗速率与微生物浓度、生长速率等的关系，常用于底物限制或过量情况下的发酵过程分析。
底物消耗模型
通过设计合理的实验方案，测定不同条件下的微生物生长、底物消耗和产物生成等数据，利用数学统计方法拟合得到模型参数。
实验测定法
参考相似发酵过程的文献报道，获取相关模型参数的取值范围或经验公式，结合实际情况进行调整。
文献参考法
利用优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）对实验数据进行拟合，得到最优的模型参数组合。
优化算法
发酵条件优化
通过动力学模型预测不同发酵条件下的微生物生长、底物消耗和产物生成情况，从而确定最佳的发酵温度、pH值、溶氧量等参数组合。
发酵过程控制
根据实时监测的发酵数据，利用动力学模型进行在线预测和控制，及时调整发酵条件以保持发酵过程的稳定性和产物质量。
发酵放大与缩小
利用动力学模型进行发酵过程的放大或缩小设计，预测不同规模下的发酵性能和产物得率，为工业化生产提供指导。
模型精度与适用性提高
发酵过程绿色化与可持续发展
多尺度建模与仿真技术发展
智能化发酵过程控制
随着发酵过程的复杂性和多样性增加，需要建立更加精确和适用的动力学模型来描述发酵过程。
关注发酵过程的资源消耗、环境排放等问题，推动发酵行业的绿色化和可持续发展。
从分子尺度到细胞尺度再到反应器尺度，多尺度建模与仿真技术将为发酵过程提供更加全面和深入的理解。
结合人工智能、机器学习等技术，实现发酵过程的智能化控制和优化，提高发酵效率和产物质量。
CHAPTER
04
发酵设备设计及操作原理剖析
发酵罐类型
根据发酵工艺要求，选择适当的发酵罐类型，如机械搅拌式发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐等。
选择依据
考虑发酵规模、物料性质、操作方式、能耗及投
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