生物反应器基础微生物生长动力学.ppt

一、发酵动力学发酵动力学是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。研究发酵动力学的目的在于按人们的需要控制发酵过程。第30页，共72页，星期日，2025年，2月5日1、产物合成动力学在连续培养的条件下，由生长、基质利用和产物形成的物料平衡方程，可以看出产物的形成与生长和细胞浓度的关系第31页，共72页，星期日，2025年，2月5日1.1、细胞的生长细胞量的积累速率=细胞生长速率－细胞的消失速率第32页，共72页，星期日，2025年，2月5日1.2、基质的利用基质的消耗速率=补料中基质的添加速率－生长消耗的基质速率－产物合成用去的基质速率－维持所消耗的基质速率－基质的移去速率第33页，共72页，星期日，2025年，2月5日1.3、产物的形成产物形成的速率=产物合成速率－产物移去速率－产物被破坏速率第34页，共72页，星期日，2025年，2月5日二、代谢产物形成的动力学模型

Gaden根据产物生成速率与细胞生长速率之间的关系，将其分为三种类型：类型Ⅰ称为相关模型，或称伴随生长的产物形成模型；类型Ⅱ称为部分相关模型，或称不完全伴随生长的产物形成模型；类型Ⅲ称为非相关模型或称不伴随生长的产物形成模型。第35页，共72页，星期日，2025年，2月5日第36页，共72页，星期日，2025年，2月5日类型Ⅰ是指产物的生成与细胞的生长相关的过程(上图a)，此时产物通常是基质的分解代谢产物，代谢产物的生成与细胞的生长是同步的。动力学方程为：第37页，共72页，星期日，2025年，2月5日类型Ⅱ反应产物的生成与细胞生长仅有间接关系（上图b）。在细胞生长期内，基本无产物生成。动力学方程为：或第38页，共72页，星期日，2025年，2月5日第39页，共72页，星期日，2025年，2月5日与μ之间的关系图第40页，共72页，星期日，2025年，2月5日第四节发酵过程的代谢变化规律一、分批发酵1.概念分批发酵是指在一封闭培养系统内具有初始限制量基质的一种发酵方式第41页，共72页，星期日，2025年，2月5日2.分批发酵过程的典型类型

简单反应a、生长型：如产气杆菌（AerobacterCloacae）的生长b、非生长型：如黑曲霉（Aspegillusniger）转化葡萄糖成为葡萄糖酸并行反应：如粘红酵母（Rhodotorubaglutirus）相继反应：如假单孢菌（PseudomonoasOualis）分段反应：。如大肠杆菌（E.Coli）的二阶段式生长第42页，共72页，星期日，2025年，2月5日3.分批发酵过程的生产率体积生产率是以每升发酵液每小时产生的产物克数（g/Lh）表示的，是对发酵过程总成果的一种衡量。总生产率:第43页，共72页，星期日，2025年，2月5日第44页，共72页，星期日，2025年，2月5日总生产率第45页，共72页，星期日，2025年，2月5日其中发酵过程总的运转周期为：第46页，共72页，星期日，2025年，2月5日丝状微生物发酵的

产物产率和基质的利用霉菌和其它丝状微生物的发酵产物产率和基质利用的动力学是很复杂的，典型的例子是青霉素发酵第47页，共72页，星期日，2025年，2月5日丝状微生物发酵过程获得高产的

一般规律

(1)在一固定的分批发酵时间内，存在一种得到最佳产率的最适的基质起始浓度。如果基质浓度太高，菌丝体生长过度，消耗大量基质导致“短周期发酵”现象的出现，造成产物生成量减少；如果基质浓度太低，菌丝体生长差，到产物生产期便没有足够的菌丝体制造产物。第48页，共72页，星期日，2025年，2月5日（2）为了提高产物形成速率，对菌丝分枝程度也须加以优化。如果菌丝体分枝过少，停滞期和发酵周期均延长。目前已知菌丝体的分枝程度与种子的生长状况有关，因此需寻找最适的种子培养条件。第49页，共72页，星期日，2025年，2月5日（3）为了提高氧的传递速率，对深层发酵过程似乎宜采用剧烈的搅拌，但是对于青霉素等利用丝状微生物的发酵过程来说，中等程度的搅拌对高产有利。对此有几种解释，普遍的认为是剧烈的搅拌所施加的剪切力会影响霉菌的形态，促进菌丝过多分枝，而使产量下降。第50页，共72页，星期日，2