微生物发酵培养
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What is meant by the speed of a reaction? The speed of a reaction is the rate at which the concentrations of reactants and products change. kinetics ：The branch of chemistry that is concerned with the rates of change in the concentration of reactants in a chemical reaction.
μmax= 1.11 (h-1); Ks = 97.6 mg/L
td＝ln2/μmax＝0.64 h
0 0
s
三、产物形成动力学
• 产物生成速率
dP dx f( S , x, ,I) dt dt
• 比生产速率
1 dP Qp x dt
（一）产物形成与菌体生长的关系
1.生长联系型
产物的形成和菌体的生长相偶联 p x
如乙醇、丙酮 酸等初级代谢 产物的发酵
dP dx x dt dt
QP
2.非生长联系型
产物的形成和菌体的生长非偶联
p
x
多数抗生 素发酵
dP x dt
QP
3.复合型（部分生长联系型）
产物的形成和菌体的生长部分偶联 p
x 柠檬酸
源自文库
dP x x dt
max
1 1
S Ks S
或：
将Monod方程取倒数可得：
Ks 1 m m S
S
S
m
m
Ks
测定不同限制性基质浓度下，微生物的比生长速率， 通过回归分析计算出Monod方程的两个参数。
例：在一定条件下培养大肠杆菌，得如下数据：
S(mg/l) 6 33 64 153 221 μ(h-1) 0.06 0.24 0.43 0.66 0.70
求在该培养条件下，求大肠杆菌的μmax，Ks和td?
解：将数据整理：
S/μ 100 137.5 192.5 231.8 311.3 S 6 33 64 153 221
S
S
m
m
Ks
400
S
300
1
S
m
m
Ks
/s
200
100
m 0.9
ks
m 108.4
100 200
（二）比生长速率与基质浓度的关系
μ＝f (s, I, P, T, pH,……,)
• 1．Monod方程
– 只考虑一种基质限制 μ＝f (s)
1 d x max S x dt Ks S
式中：μmax — 最大比生长速率（1/h） Ks — 底物饱和常数（g/L）
① 当限制性底物浓度非常
Yp/s —基质产物得率（g产物/g基质）或（mol产物/mol基质）
转化率：往往是指投入的原料与合成产物数量之比。
（二）理论得率和表观得率
理论得率：只考虑细胞合成时细胞对底物的 得率，YG 表观得率：既考虑细胞合成又考虑细胞维持 时细胞对底物的得率，YX/S 两者的关系：
QP
产物形成动力学模型举例
1.青霉素发酵
dp K3 x K4 P dx
dP bS dx a dt KS dt
2.谷氨酸发酵
3.酒精发酵
QP max dP S x d t 1 P / KP Ks S
四、生长得率和产物得率
1.生长得率：消耗单位数量基质所得到的菌体的量，称为基质的 生长得率。即：
发酵过程的反应描述及速度概念
发酵过程反应的描述
X
S（底物）
X（菌体） ＋ P（产物）
• 发酵动力学（fermentation kinetics):研究发酵
过程的反应速率和环境因素对速率的影响。
• • • • •
菌体生成速率－－－菌体生长动力学 产物生成速率－－－产物生成动力学 基质消耗速率－－－基质消耗动力学 三者之间的关系 单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的 量称为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用 概念
第六章
第一节 第二节 第三节 第四节
微生物发酵培养
发酵动力学 发酵培养方法的分类 影响发酵过程的主要因素 杂菌的污染与防治
第一节
微生物发酵动力学
化学动力学：
Chemical kinetics is the study of the speed with which a chemical reaction occurs and the factors that affect this speed.
二、微生物生长动力学
微生物细胞的生长速率和环境条件对生长速率 的影响。
（一）生长速率
菌体浓度的增加速率
dx f ( x, S , I ) dt
dx x dt
ln 2 0.693
比生长速率：单位菌体的生长速率 h-1
1 dx x dt
td
比生长速率μ与许多因素有关，当温度、pH、基 质浓度等条件改变时，μ随之改变
Yx / s
x S x 菌体增加的量 /( ) t t S 消耗基质的量
Yx/s —基质生长得率（g菌体/g基质）或（g菌体/mol基质）
2. 产物得率：消耗单位数量基质所得到的产物量，称为基质的产 物得率，其定义为：
YP / S
P S P 产物增加的量 /( ) t t S 消耗基质的量
小时，一级反应 ；
② 当限制性底物浓度很大
时，零级反应 ；
max S
Ks S
③ 存在高底物浓度抑制时，
1.2 V1m 0.8 0.6 V m/2 0.4 0.2 0 0K m
s v vmax km s
200 400 S 600 800 1000
与米氏方程比较
V
Monod方程的参数求解(双倒数法)：
发酵反应动力学的研究内容
研究反应速度及其影响因素并建 立反应速度与影响因素的关联
反应动力学模型
+
反应器特性
反 应 器 的 操 作 模 型
操作条件与反应结 果的关系，定量地 控制反应过程
发酵动力学研究的目的
• 通过发酵动力学的研究，可进一步了解微生物
的生理特征，菌体生长和产物形成的合适条件， 以及各种发酵参数之间的关系，为发酵过程的 工艺控制、发酵罐的设计放大和用计算机对发 酵过程的控制创造条件。
μmax= 1.11 (h-1); Ks = 97.6 mg/L
td＝ln2/μmax＝0.64 h
0 0
s
三、产物形成动力学
• 产物生成速率
dP dx f( S , x, ,I) dt dt
• 比生产速率
1 dP Qp x dt
（一）产物形成与菌体生长的关系
1.生长联系型
产物的形成和菌体的生长相偶联 p x
如乙醇、丙酮 酸等初级代谢 产物的发酵
dP dx x dt dt
QP
2.非生长联系型
产物的形成和菌体的生长非偶联
p
x
多数抗生 素发酵
dP x dt
QP
3.复合型（部分生长联系型）
产物的形成和菌体的生长部分偶联 p
x 柠檬酸
源自文库
dP x x dt
max
1 1
S Ks S
或：
将Monod方程取倒数可得：
Ks 1 m m S
S
S
m
m
Ks
测定不同限制性基质浓度下，微生物的比生长速率， 通过回归分析计算出Monod方程的两个参数。
例：在一定条件下培养大肠杆菌，得如下数据：
S(mg/l) 6 33 64 153 221 μ(h-1) 0.06 0.24 0.43 0.66 0.70
求在该培养条件下，求大肠杆菌的μmax，Ks和td?
解：将数据整理：
S/μ 100 137.5 192.5 231.8 311.3 S 6 33 64 153 221
S
S
m
m
Ks
400
S
300
1
S
m
m
Ks
/s
200
100
m 0.9
ks
m 108.4
100 200
（二）比生长速率与基质浓度的关系
μ＝f (s, I, P, T, pH,……,)
• 1．Monod方程
– 只考虑一种基质限制 μ＝f (s)
1 d x max S x dt Ks S
式中：μmax — 最大比生长速率（1/h） Ks — 底物饱和常数（g/L）
① 当限制性底物浓度非常
Yp/s —基质产物得率（g产物/g基质）或（mol产物/mol基质）
转化率：往往是指投入的原料与合成产物数量之比。
（二）理论得率和表观得率
理论得率：只考虑细胞合成时细胞对底物的 得率，YG 表观得率：既考虑细胞合成又考虑细胞维持 时细胞对底物的得率，YX/S 两者的关系：
QP
产物形成动力学模型举例
1.青霉素发酵
dp K3 x K4 P dx
dP bS dx a dt KS dt
2.谷氨酸发酵
3.酒精发酵
QP max dP S x d t 1 P / KP Ks S
四、生长得率和产物得率
1.生长得率：消耗单位数量基质所得到的菌体的量，称为基质的 生长得率。即：
发酵过程的反应描述及速度概念
发酵过程反应的描述
X
S（底物）
X（菌体） ＋ P（产物）
• 发酵动力学（fermentation kinetics):研究发酵
过程的反应速率和环境因素对速率的影响。
• • • • •
菌体生成速率－－－菌体生长动力学 产物生成速率－－－产物生成动力学 基质消耗速率－－－基质消耗动力学 三者之间的关系 单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的 量称为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用 概念
第六章
第一节 第二节 第三节 第四节
微生物发酵培养
发酵动力学 发酵培养方法的分类 影响发酵过程的主要因素 杂菌的污染与防治
第一节
微生物发酵动力学
化学动力学：
Chemical kinetics is the study of the speed with which a chemical reaction occurs and the factors that affect this speed.
二、微生物生长动力学
微生物细胞的生长速率和环境条件对生长速率 的影响。
（一）生长速率
菌体浓度的增加速率
dx f ( x, S , I ) dt
dx x dt
ln 2 0.693
比生长速率：单位菌体的生长速率 h-1
1 dx x dt
td
比生长速率μ与许多因素有关，当温度、pH、基 质浓度等条件改变时，μ随之改变
Yx / s
x S x 菌体增加的量 /( ) t t S 消耗基质的量
Yx/s —基质生长得率（g菌体/g基质）或（g菌体/mol基质）
2. 产物得率：消耗单位数量基质所得到的产物量，称为基质的产 物得率，其定义为：
YP / S
P S P 产物增加的量 /( ) t t S 消耗基质的量
小时，一级反应 ；
② 当限制性底物浓度很大
时，零级反应 ；
max S
Ks S
③ 存在高底物浓度抑制时，
1.2 V1m 0.8 0.6 V m/2 0.4 0.2 0 0K m
s v vmax km s
200 400 S 600 800 1000
与米氏方程比较
V
Monod方程的参数求解(双倒数法)：
发酵反应动力学的研究内容
研究反应速度及其影响因素并建 立反应速度与影响因素的关联
反应动力学模型
+
反应器特性
反 应 器 的 操 作 模 型
操作条件与反应结 果的关系，定量地 控制反应过程
发酵动力学研究的目的
• 通过发酵动力学的研究，可进一步了解微生物
的生理特征，菌体生长和产物形成的合适条件， 以及各种发酵参数之间的关系，为发酵过程的 工艺控制、发酵罐的设计放大和用计算机对发 酵过程的控制创造条件。