第8章-微生物反应动力学.pptVIP

微生物工程与设备 微生物反应动力学 优 点 1. 提供一个微生物在恒定状态下 高速生长的环境 2. 工业上减少清洗、装料等操作 3. 产物的生产稳定，可节省人力 物力等 4. 可作为分析微生物的生理、生 态及反应机制的有效手段 5. 所需的设备和投资少，便于实 现自动化 6. 产物质量比较稳定 分批发酵动力学 假定整个生长阶段无抑制物作用存在，则微生物生长动力学可用阶段函数表示如下： 0 x0 （0tt1) μm x0e μm t (t1tt2) μ = x= x0e μm(t2-t1) e μt (t2tt3) 0 xm (t3tt4) -a xme -a t (t4tt5) 产物的物料衡算 产物变化率=细胞合成产物速率+流入-流出-分解项 当连续发酵处于稳态， ， 且加料中不含产物，即 ，P分解速率可忽略。 得 四、连续培养的应用 酵母、细菌等单细胞蛋白产品 20世纪20年代开始生产饲料酵母 ; 用造纸厂亚硫酸盐废液连续培养生产饲料酵母。 20世纪50年代以糖蜜为原料开始生产药用酵母和面包酵母。 四、连续培养的应用 酒精、啤酒、醋酸等一次代谢产物 四、连续培养的应用 2. 连续培养在微生物生理特性和动力学研究中的应用 四、连续培养的应用 微生物动力学参数的测定 μm和KS的测定 四、连续培养的应用 四、连续培养的应用 四、连续培养的应用 3. 连续培养在菌种分离与改良中的应用 一次培养期间可以多次改变培养条件； 用极端培养条件筛选菌种时，可以适当减弱条件； 一次培养可以从众多菌种中选出高产菌株； 为生长中自发变异的菌株提供了无限量的时间。 第四节 补料分批发酵 一.单一补料分批培养 补料一直到培养液达到额定值，中间不取出培养液。 第四节 补料分批发酵 二 重复补料分批培养 在培养过程中，每间隔一定的时间，取出一定的培养液，同时又在同一时间间隔内加入相等体积的培养液，如此反复地进行培养的方式。 培养液体积、稀释率、比生长速率等都发生周期性的变化。 二、多级串联连续培养 把多个发酵罐串联起来。 各级反应器中进出口流量相等并恒定； 各级反应器中的液体体积相等并恒定。 第三节 连续培养动力学 对于多级反应，在稳态时，除第一级反应外，以后各级反应器中，比生长速率μi都小于Di 发酵罐 细胞物料平衡 限制性营养物料平衡 第一个 μ1=D1 X1=YX/S(S0-S1) 第二个 μ2=D2(1-X1/X2) X2=D2YX/S(S1-S2)/μ2 二、多级串联连续培养 第三节 连续培养动力学 三、进行细胞回流的单级连续培养 将流出液中的细胞进行回流分离、经浓缩后的细胞悬浮液再被送回发酵罐中循环利用。 α:回流比；c:分离器中细胞的浓缩倍数 第三节 连续培养动力学 细胞的物料平衡： V= αFcX + μXV -（1- α）FX dX dt （ α:回流比；c:分离器中细胞的浓缩倍数） 稳态时 μ=（1+ α- αc）D 限制性基质的物料平衡： V= αFS + FS0 - -（1+α）FS dS dt μXV YX/S μ D 稳态时 X= YX/S(S0-S) = YX/S(S0-S) 1+ α- αc μD 三、进行细胞回流的单级连续培养 第三节 连续培养动力学 1. 连续培养在工业化生产中的应用 速度容易控制、设备生产率高、劳动强度低等。 第三节 连续培养动力学 始于20世纪50年代； 50年代末实现糖蜜制酒精； 60年代初能用淀粉质原料制造酒精。 污水的生化处理 多数采用浓缩细胞部分回流的方法。 第三节 连续培养动力学 环境可以保持不