发酵工程第六章发酵动力学.ppt

整个发酵罐中细胞、限制性基质和产物总量的变化速率可用下式表示： ① ② ③ 补料分批发酵动力学 细胞总量的变化率为 ④ 若为恒速流加，培养基流量为F， 则 ⑤ 合并①、④、⑤式 得 补料分批发酵动力学 同样可以推导出限制性基质和产物浓度的变化率： ⑥ 合并②、⑥式 得 补料分批发酵动力学 又 ∵ ∴ 补料分批发酵动力学 拟稳态时 这时 补料分批发酵动力学 对于恒速流加，细胞的比生长速率对时间的变化率为： 长时间流加培养之后 补料分批发酵动力学 可以解除底物的抑制、产物反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应。 避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多，以至通风搅拌设备不能匹配的状况。 菌体可被控制在一系列连续的过渡态阶段，可用来作为控制细胞质量的手段。 与连续发酵相比，补料分批发酵的优点在于：①无菌要求低；②菌种变异，退化少；③适用范围更广。 补料分批发酵动力学 方式 优点 缺点 分批发酵 1 一般投资小 2 易转产、生产灵活 3 分批操作中某一阶段可获得高的转化率 4 发酵周期短，菌种退化率小 1 因放罐、灭菌等原因，非生产时间长 2 经常灭菌会降低仪器寿命 3 前培养和种子的花费大 4 需较多的操作人员或自动控制系统 连续发酵 1 可实现有规律的机械、自动化 2 操作人员少 3 反应器体积小、非生产时间少 4 产品质量稳定 5 操作人员接触毒害物质的可能性小 6 测量仪器使用寿命长 1 操作不灵活 2 因操作条件不易改变，原料质量必须稳定 3 若连续灭菌，加上控制系统和自动化设备，投资较大 4必须不断地排除一些非溶性的固型物 5 易染菌，菌种易退化 补料发酵 1 操作灵活 2 染菌、退化几率小 3 可获得高的转化率 4 对发酵过程可实现优化控制 5 因经常灭菌会降低仪器使用寿命 1 非生产时间长 2 需较多的操作人员或计算机控制系统 3 操作人员接触一些病原和有毒产品的可能性大 1、消除分解阻遏作用，保障通气条件和生产能力； 2、降低高浓度培养基的抑制作用，延长发酵生产时间。 * * 后面讨论的动力学问题都是机遇恒化器进行的 * * 恒化器能够达到最高比生长率吗。不能，当将所有的底物都过量时，菌体以最大比生长率生长，菌体浓度上升，底物消耗加快，最终会使到某种营养物成为限制性底物，从而使菌体的比生长速率低于最大比生长速率 * * * * * * * * * * * * 应用Monod方程，此时， 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 由两个稳态方程可以推出D与X关联的生长模型 当DDC 时， 细胞衡算 底物衡算 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 细胞生产率 当 即 时 可获得最大的细胞生产率，为 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 若S0Ks （S010Ks）,底物供给浓度很大，为非限制性 则 此时，最大临界稀释率 ∴当DDc= 时， 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 x, s, Dx与D关系总结： 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 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 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵 图6-9、6-10