发酵动力学实验.pptVIP

*Ks，微生物对基质的饱和常数,当μ=1/2μmax，s=Ks当sKs，基质浓度很低时，提高S，可明显提高μ，一级反应。当sKs，基质浓度较高时，μ与s无关，零级反应。当s趋近于无穷大时，μ=μmax.μmax是理论上最大的生长潜力。μmμm/2kss第20页，共33页，星期日，2025年，2月5日*米氏方程μmμm/2kss莫诺方程第21页，共33页，星期日，2025年，2月5日*莫诺方程与米氏方程二者形式相同，但微生物生长是细胞群体生命活动的综合表现，机理非常复杂。Monod方程与米氏方程的区别与联系是：Monod方程是对实验现象的总结，是经验方程（empiricalmodel）；米氏方程是根据酶反应机理推导得出，是机理方程（mechanisticmodel）。第22页，共33页，星期日，2025年，2月5日由于微生物的代谢产物，特别是次级代谢产物的合成途径特别复杂，其动力学过程不仅受菌体自身基因型的限制，还与其生活的外部条件有密切关系。目前整个动态变化过程的规律仍不是十分清楚，大多数研究只是限于宏观变量的非结构模型。*3、微生物的产物生成动力学第23页，共33页，星期日，2025年，2月5日*根据细胞生长与产物形成是否偶联进行分类Luedeking-Piret模型是一常见的分批发酵产物合成动力学模型，它把产物生成速率看作是菌体生长速率和菌体浓度的函数，用数学式表示为：式中：α——与生长偶联的产物形成系数

β——非生长偶联的相关系数第24页，共33页，星期日，2025年，2月5日发酵动力学实验第1页，共33页，星期日，2025年，2月5日*发酵动力学是研究各种发酵过程变量在活细胞作用下的变化规律，以及各种发酵条件对这些变量变化速度的影响。以化学热力学（研究反应的方向）和化学动力学（研究反应的速度）为基础，对发酵过程中各种物质的变化进行描述。一、发酵动力学研究的内容第2页，共33页，星期日，2025年，2月5日*研究内容微生物生长动力学基质消耗动力学产物生成动力学第3页，共33页，星期日，2025年，2月5日*二、研究发酵动力学的方法发酵动力学研究的前提①反应器内的搅拌系统能保证理想的混合；②温度、pH等环境条件能够控制以保持稳定；③细胞有固有的化学组成，不随发酵时间和某些发酵条件的变化而发生明显变化；④各种描述发酵动态的变量对发酵条件变化的反应无明显滞后。第4页，共33页，星期日，2025年，2月5日*1.宏观处理法：把细胞看成一个均匀分布的物体，不管微观反应机制，只考虑各个宏观变量之间的关系，这样便得出结构模型和非结构模型2.质量平衡法：根据质量守恒定律，对某一物质在过程发生前后的质量变化进行恒算。发酵动力学研究方法第5页，共33页，星期日，2025年，2月5日*质量平衡式物质在系统中积累的速度=物质进入系统的速度+物质在系统中生成的速度-物质排出系统的速度-物质在系统中消耗的速度某物质在系统中的含量能够在线测量或估计，通过建立上述平衡方程式，就可以确定该物质在系统中变化的动力学。人为加入或排出和通过相界面传质进入或排出第6页，共33页，星期日，2025年，2月5日三、发酵动力学研究步骤*获得发酵过程中能够反映发酵过程变化的多种理化参数寻求发酵过程变化的多种理化参数与微生物发酵代谢规律之间的相互关系建立多种数学模型，描述多种理化参数随时间变化的关系利用计算机和程序控制，反复验证多种数学模型的可行性的适用范围第7页，共33页，星期日，2025年，2月5日*氧需求好氧发酵兼性好氧发酵厌氧发酵液体表面发酵液体深层发酵深层发酵操作方法分批发酵分批补料发酵连续发酵微生物发酵动力学的研究与发酵的种类、方式密切相关第8页，共33页，星期日，2025年，2月5日四、发酵动力学研究的意义通过对发酵反应动力学的研究，进行最佳发酵生产工艺条件的控制。发酵过程中，菌体的浓度、基质浓度、温度、pH值、溶解氧等工艺参数的控制方案，可以在这研究的基础上进行优化。设计合理的发酵过程，也必须以发酵动力学模型作为依据，利用计算机进行程序设计、模拟最合适的工艺流程和发酵工艺参数，从而使生产控制达到最优化。发酵动力学的研究还在为试验工厂比拟放大、为分批发酵过渡到连续发酵提供理论依据。第9页，共33页，星期日，2025年，2月5日*发酵过程中，基质主要消耗在：①满足菌体生长消耗②维持微生物生存的消耗③合成代谢产物的消耗S，基质（底物）；G，菌体生长；M