第四章 微生物反应动力学(制药工程)Word免费范文精选

第四章细胞反应动力学
4.1 微生物反应过程的质量和能量衡算4.1.1 微生物反应过程的质量衡算微生物反应中参与反应的培养基成分多，反应途径复杂。

如果把微生物反应看成是生成多种产物的复合反应：
碳源+氧+氮源=菌体+有机产物+二氧化碳+水
CHmOn+aO2+bNH3→cCHxOyNz+dCHuOvNw+eCO2+fH2O
呼吸商：细胞生长过程中放出的CO2与消耗的O2的摩尔比
RQ YCO 2/O2
ΔCO 2 CO2 产生速率ΔO 2 O 2消耗速率
式中: ΔCO2 为一定时间内细胞生长放出的CO2量 (mol、Kmol) ;
4.1.2 微生物反应过程的得率系数
对底物的细胞得率系数得率系数是对碳源等物质生成细胞或其他产物的潜力进行定量评价的重要参数。

消耗1克基质生成细胞的克数称为细胞得率或生长得率。

m X 生成细胞的质量消耗基质的质量 mS
YX / S
YX / S
dX dX / dt rX d [ S ] d [ S ] / dt rS
对底物的产物得率系数
YP / S
m P 生成代谢产物的质量消耗基质的质量 m S
与碳元素相关的得率系数YC:当基质为碳源，一部分被同化为细胞组成成分，其余部分被异化分解为CO2和代谢产物。

YC m X X 生成细胞的质量细胞含碳量 YX / S X 消耗基质的质量基质含碳量 ( mS ) S S XC和SC---单位质量细胞的含碳量和单位质量基质的含碳量
与氧相关的得率系数YO:生成细胞质量与消耗氧的比值。

生成细胞的质量YO 消耗氧的质量
举例：C6H12O6+aO2+bNH3→cC4.4OH7.3N0.86O1.2+dH2O+eCO2 已知：葡萄糖中的碳2/3转化为细胞中的碳1.
计算c值
2.3. 4. 5.
计算e值根据原子的平衡关系计算b,d,a值
求YX/S求YX/O
4.2 细胞生长的非结构动力学4.2.1 细胞生长动力学描述方法(1)微生物反应过程细胞群体①细菌群体的复杂性：通常1mL培养液中含有107~108个细胞，每个细胞都经历生长、成熟、衰亡的过程，同时伴有退化、变异②多相：体系中有液相、固相、气相，性质不同，相内、相间有反应、传质③多组份：细胞组成复杂 ,蛋白质、脂肪、糖、核酸、维生素、无机盐、水等,培养液中的营养物，代谢产物④非线性：生化反应过程复杂,不能用线性方程描述
(2)细菌群体描述的简化
①微生物反应动力学是对细菌群体而言，而不是对单一细胞②不考虑细胞之间的差异，性质上取平均值。

此模型为确定论模型；考虑细胞之间的差异为概率论模型
③把细胞视为单组成，忽略环境变化对菌体组成的影响，所建立的模型为非结构性模型 . 它是在实验数据的基础上建立的经验或半经验关联模型④假设细胞生长过程，各子成份均以相同的比例生长⑤把细胞和培
养液视为一相(液相) , 不考虑培养液和细胞之间的物质传递作用,即均一化模型
对细胞群体的描述模型
(3)反应速率的定义①绝对速率
dc X rX dt
dcS rS dtdc P rP dt rCO 2
rO 2 dc CO 2 dt
dc O2 dtdH V dt
rH V
②相对速率细胞生长比速率底物消耗比速率氧消耗比速率产物生成比速率
1 dc x c x dt 1 dc S qS c x dt q O2
[h-1 ] [h-1 ]
1 dc O
2 [h-1 ] c x dt
1 dc P qP [h-1 ] c X dt q HV 1 dH V [J/k g h ] c x dt
反应热生成比速率
比速率与催化活性物质的量有关。

因此比速率的大小反映了细胞活力的大小。

4.2.2 无抑制细胞生长动力学
cS max K S cS式中: cS——限制性底物质量浓度，g/L; Ks——饱和常数，其值等于生长比速率恰为最大生长比速率的浓度一半时的限制性底物浓度。