生化工程第八章微生物生化反应过程的质量和能量衡算课件.pptVIP

第八章 微生物生化反应过程的质量和能量衡算 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 如果忽略代谢产物，则上式可写为 QO2为氧的消耗比速 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 由 转换成QO2的形式： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 即 氧的消耗与碳源的消耗关系密切，为了寻找出二者之间的关系，由 代入 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 得： 将此式与 比较，可得： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 因此，可以根据m、YG、mo、YGo之间的关系进行相互换算； 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 二、微生物反应耗氧量的计算 耗氧量的计算在通风发酵上艺上，确定通风参数意义重大，可根据氧衡算式进行计算 ； 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 由 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 根据氧的衡算方程式： 当代谢产物被忽略时，可得： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 联立求解这两个关于Δx的表达式： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 由于 均为常数，分别用a、b表示，其意义是与碳源完全氧化耗氧相当的菌体生长的需氧量和与菌体维持代谢氧相当的均体生长的需氧量，这样： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 或 从该式可以看出，发酵过程的耗氧量同基质底物被降解的速率和菌体本身的特性相关联 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 在污水处理过程中，曝气池的通风可以由这种关系未计算。污水处理是典型的连续发酵过程，由连续培养限制性基质物料衡算得出的关系： 代入上式得： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 D是稀释率，可用 F/V表示，则 a可以理解为污水的生物耗氧量（BOD）；b是污水悬浮物浓度 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 三、微生物反应过程碳源消耗的分析 以菌体生成关联的碳源消耗分成两个部分：一部分是以实物形式存在于菌体细胞中，即结构组成部分；一部分是由碳源转化为菌体结构过程中所消耗的能量； 根据需要，可作如下划分： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 维持代谢的消耗： 菌体增值的消耗： 菌体结构形成的消耗： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 菌体结构成分的消耗（合成代谢的消耗）： 分解代谢的消耗： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 四、生物氧化与能量传递 生物氧化是微生物生长代谢的关键；厌氧菌在嫌气条件下能进行基质水平磷酸化，该过程比好氧菌在有氧条件下的氧化磷酸化效率低 ； 各种形式的能量释放过程中，均伴随有以ATP为主要能量载体物质的循环活动。 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 五、能量生长偶联型与能量生长非偶联型 能量供应是一切生化反应进行的前提，当其他原料供应充足时，菌体的生长就取决于ATP的供应情况，这种生长就是能量生长偶联型；当ATP供应充分时，由于菌体生长原料受限制而导致菌体生长受影响，这时菌体的生长表现为能量生长非偶联型，此时，多余的ATP就以热能的形式释放出来。 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 以YATP来描述菌体生长过程中能量的利用效率，即以ATP为基准的菌体得率： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 如果某菌生成菌体Δx所需要的碳源为（-ΔS）G，碳源中含碳元素的量为α1，则 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 第一节 微生物生化反应过程的碳素衡算 一、微生物反应过程中营养物质和产物之间的碳素衡算 相同微生物在不同的培养条件下培养，菌体细胞的元素组成有些区别，但差别不大，因此可看作是相对稳定的。这样，就可以根据基质中的营养物质(S)、菌体(x)、产物(P)和二氧化碳中碳元素的数量写出微生物反应过程碳元素的衡算式： 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 或 式中 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 α1：每摩尔基质中碳的含量 α2：每克(干)菌体内碳的含量 α3：每摩尔二氧化碳内碳的含量 α4：每摩尔产物内碳的含量 生物工程专业课程 生化工程 第八章 反应过程质能衡算 二、微生物反应过程中主要基质—碳源的衡算 在微生物反应中，碳源的用途主要消耗于： ①满足菌体生长消耗，用(ΔS)G表示； ②维持微生物生存的消耗，用(ΔS)m表示； ③合成代谢产物的消耗，用(ΔS)P表示； 则有： 生物工程专业课程 生化工程 第八