第六章微生物生化反应的质量和能量衡算.ppt

第六章 微生物生化反应的质量和能量衡算 微生物反应过程的特点 微生物反应是生物化学反应，通常是在常温、常压下进行。 微生物反应中参与反应的培养基成分多，反应途径复杂，因而在微生物生长的同时往往还伴随着生成代谢产物的反应。 微生物反应还受到众多外界环境因素的影响。 如果只对微生物反应过程做概念性描述，可 表示为： 营养物质（碳源、氮源、氧及无机盐） 新微生物细胞+代谢产物+二氧化碳 此式不是计量关系式。在生物工业中，有些行 业，如酵母生产，只要求菌体的产生，不希望产生 其他产物；乙醇工业中，由于是厌氧反应，因此， 氧和水项等于零。另一些行业，如氨基酸、酶制剂、 抗生素和有机酸等生产，上式各项都不能少。 质量和能量衡算在工程上的意义 通过质量和能量衡算，可以了解反应物和生成 物之间定量关系，反应过程需要消耗和释放多少 能量。通过反应过程衡算式有已知量可以求出未 知量。所以它是研究反应过程的一个有效手段， 对解决工程问题特别有用。 对各元素进行原子衡算。如果碳源由C、H、O 组成，氮源为NH3，细胞的分子式定义为 CHxOyNz，忽略其他元素，可用下式表示微生 物反应： CHmOn +aO2+bNH3 cCHxOyNz +dCHuOvNw+eH2O+fCO2 CHmOn------碳源的元素组成； CHxOyNz------细胞的元素组成； CHuOvNw-------产物的元素组成； 下标mnuvwxyz-----与一个碳原子相 对应的氢、氧、氮的原子数。 例：葡萄糖为基质进行面包酵母（S.cerevisiae）培 养，培养的反应可用下式表达，求计量关系中的系数 a、b、c和d。 C6H12O6+3O2+aNH3 bC6H10NO3(面包酵母) +cH2O+dCO2 解：C: 6=6b+d H: 12+3a=10b+2c O: 6+2×3=3b+C+2d N: a=b 联立求解：a=b=0.48 c=4.32 d=3.12 所以以上关系式为： C6H12O6+3O2+0.48NH3 0.48C6H10NO3+4.32H2O +3.12CO2 评价微生物生物代谢机能的重要指标-----呼吸商（respiratory quotient , RQ) RQ= CO2生成速率/O2消耗速率 例：乙醇为基质，耗氧培养酵母，反应方程为： C2H5OH+aO2+bNH3 c(CH1.75N0.15O0.5)+dCO2+eH2O 呼吸商RQ=0.6。求各系数a、b、c、d、e 解：C: 2=c+d H: 6+3b=1.75c+2e O: 1+2a=0.5c+2d+e N: b=0.15 已知RQ=0.6即 d=0.6a 联立求解 a=2.394 b=0.085 c=0.564 d=1.436 e=2.634 反应式： C2H5OH+2.394O2+0.085NH3 0.564(CH1.75N0.15O0.5)+1.436CO2+2.634H2O * * 微生物细胞