发酵工程第6章 发酵动力学.pptxVIP

第六章发酵动力学;2;在细胞水平研究反应速度及其影响因素并建立反应速度与影响因素的关联;4;反应计量学是对反应物系的组成或反应的程度的量化的研究。通过反应计量学可以得到反应组成分的数量关系及变化规律。

反应计量学

反应工程学的理论基础反应热力学

反应动力学;微生物细胞化学组成的主要物质为C、H、O、N，及P、S、K、Na等。

可将细胞以一般的化学物质的表达形式写作C?H?O?N?。

典型的微生物细胞的组成为CH1.8O0.5N0.2。

;大肠杆菌细胞的化学组成（以干基计%）;一、忽略产物生成的细胞生长过程的计量关系

对忽略产物生成的细胞生长过程的计量关系可表示为

CmHnOl+aO2+bNH3cC?H?O?N?+dCO2+eH2O

底物碳源氮源细胞

对C元素：（1）

对H元素：（2）

对O元素：（3）

对N元素：（4）;上述4个细胞反应的计量方程，不足以计算a、b、c、d、e等5个未知量，因而再寻找1个方程，如在好氧型培养时，可定义呼吸商(respiratoryquotient)作为第5个方程

（5）

联立1～5式，有

解得细胞反应方程的a、b、c、d、e等5个系数

;二、细胞反应的化学平衡通式

底物用于转化为细胞的化学平衡式为

aCmHnOl+bO2+cNH3=dC?H?O?N?+eH2O+fCO2

底物细胞（1）

底物用于转化为产物的化学平衡式为

a’CmHnOl+b’O2+c’NH3=d’C?’H?’O?’N?’+e’H2O

+f’CO2产物（2）;将a/a’乘（2）式有

aCmHnOl+(ab’/a’)O2+(ac’/a’)NH3=

(ad’/a’)C?’H?’O?’N?’+(ae’/a’)H2O

+(af’/a’)CO2（3）

以F表示底物转化为产物的分率，则(1-F)为底物转化为细胞的分率，用F乘（3）式有

FaCmHnOl+(Fab’/a’)O2+(Fac’/a’)NH3=

(Fad’/a’)C?’H?’O?’N?’+(Fae’/a’)H2O+(Faf’/a’)CO2（4）

;用(1-F)乘（1）式有

(1-F)aCmHnOl+(1-F)bO2+(1-F)cNH3=(1-F)dC?H?O?N?+(1-F)eH2O+(1-F)fCO2（5）

（4）式与（5）式相加，有

aCmHnOl+{b-F[(a’b-ab’)/a’]}O2+{c-F[(a’c-ac’)/a’]}NH3=(Fad’/a’)C?’H?’O?’N?’+d(1-F)C?H?O?N?+{e-F[(a’e-ae’)/a’]}H2O+{b-F[(a’f-af’)/a’]}CO2

_——细胞反应的化学平衡通式

;例：某以葡萄糖为底物的微生物细胞培养过程，有2/3的碳转化为细胞。其细胞培养的反应方程为

C6H12O6+aN