第四章微生物细胞.pptVIP

第三章微生物细胞反应动力学 一、微生物反应基本概念 （一）微生物细胞反应特征； 1）和酶反应一样，都是生物催化剂，有最适宜的PH和温度。 2）比酶反应复杂，是在细胞内通过一系列酶进行的有序反应。 3）细胞在反应过程进行生长、繁殖。 4）反应底物复杂，需要碳源、氮源、无机盐、生物素、氧等。 5）反应，既有合成反应又有分解反应，反应过程有热量产生。 (二)微生物细胞反应过程的计量学 是对反应物转化成细胞或产物进行转化程度的数量化研究。 1、微生物细胞反应元素衡算方程 （1）无产物的反应式： （2）有产物的反应式： 2、细胞反应过程的得率系数 （1）相对底物的细胞得率系数 定义： 总的细胞得率系数可写成： 相对氧的菌体得率系数可写成： 相对菌体产物的得率系数可写成： （2）相对碳的菌体得率系数 （2）宏观得率与理论得率 例题4-1假定通过实验测定反应底物十六烷烃和葡萄糖中有2/3的碳转化成细胞中的碳。 （1）计算有关系数；（2）计算 正十六烷烃： YX/S=0.98g干细胞/g底物 YX/o=0.557g干细胞/g氧 葡萄糖： YX/S=0.461g干细胞/g底物 YX/S=1.76g干细胞/g氧 二、微生物细胞反应动力学 （一）动力学生长动力学描述 （1）绝对速率 分批培养细胞生长速率： （2）比速率 是以单位质量细胞为基准表示各组分的变化速率。 细胞生长比速率 ： （3） monod方程 同样底物消耗速率、产物生成速率可分别写成： 底物消耗比速率： 三、底物消耗与产物生成动力学 （一）底物消耗动力学 1、仅对细胞生长的底物消耗动力学 底物消耗速率通过细胞得率系数与细胞生长的关系： 底物消耗比速率： 2、包括维持细胞生命的底物消耗动力学 底物消耗速率： 底物消耗比速率： 3、包括产物生成的底物消耗动力学 底物消耗速率： 二、产物生成动力学 根据产物生成速率与细胞生成速率的相关性分为三类： 1、相关模型 指产物生成与细胞生长相关的。产物生成速率可写成： 3、非相关模型 指产物生成与生长无关。其特点，细胞生长时无产物生产，当细胞几乎停止生长后才生成产物。 产物速率表达式： 第五节 动力学参数求取 Monod方程两个重要参数μmax和KS的求取： 还可以写成： 利用微分法求取： 第六节灭菌动力学 好氧发酵对无菌程度要求很高，在工业生产中，如何彻底灭菌，如何减少营养成分的破坏，如何降低灭菌能耗对生产效益影响重大。因此对培养基进行灭菌成为生物工程研究的重要内容之一。 对本节学习通过灭菌动力学方程，掌握灭菌原理，以及灭菌方法，连续灭菌有关设备和设计要点。 本节讲授内容： 培养基热灭菌动力学 K与温度及活化能的关系 间歇灭菌时间计算 连续灭菌 一、培养基热灭菌动力学 在生产中用蒸汽加热杀菌最经济，杂菌热死亡视化学反应一级反应，用N表示培养基中的活菌数，灭菌活菌减少速率与N成正比关系。 -反应速率常数（比死亡速率）（s-1,min-1) 与温度、杂菌种类、环境有关，可通过实验求出，对一定微生物，在一定温度、一定环境下，是常数。 积分：时间0 t；N0 N N0 -培养基灭菌前的活菌数（个） N -培养基灭菌t时间后残存的活菌数（个） N一般设计要求10-3（个） 活菌残存率 对数灭菌度 以 为纵坐标，以t为横坐标；在一定温度下对微 生物细胞灭菌，可求出比死亡速率常数K，不同温度有不同的K值。 二、 与温度及活化能的关系 化学反应，反应速率常数与活化能及温度有关。热灭菌主要是蛋白质变性，也尊循化学反应。 阿螺尼乌斯（Arrhenius）方程 A-常数（1036.2秒-1）； T-绝对温度（k） R-气体常数（1.987×4.187J/k.mol） E-细胞孢子（嗜热芽孢杆菌）达到死亡的活化能 （67700×4.187J/mol） e -2.718 有以上公式可求出在不同温度下的K值。不同微生物达到热死亡的活化能不同，芽孢杆菌孢子高，营养细胞低。 与微生物热死亡活化能相比，营