生物反应工程课件-4

cX
cP
4-13
4-14
4-15
Gaden分类特性： 类型I ——相关模型
rP = YP X rX = YP X µc X
qP = YP X µ = αµ
rP = rP (rX )
类型Ⅱ——部分相关模型
rP = αrX + β c X q P = αµ + β
rP = rP (rX , c X )
自催化反应的一般特性 细胞反应的生物反应器操作方式和连续操作反应器型式 选择的有下述主要依据： 1. 细胞反应的有抑制动力学特性； 2. 细胞生长动力学的自催化反应特性。
A+ P → P + P
对细胞生长 动力学速率
A+ X → X + X
rA = kc A c P
A + 2X → 2X + X
cP ↑
⎡ cS1 cS 2 ⎤ µ = µmax ⎢ × ⎥ + + K c K c ⎣ S1 S1 S2 S2 ⎦
4.2.4 生长延迟期、稳定期、维持期特性 死亡：
1 dc X 1 dc Xd = kd = − c X dt c X dt
一级死亡模型： 维持过程：
dc X = − kd c X dt
c X 2 = c X 1 exp(− kd t )
Tessier： µ = µmax (1 − e Contois:
− Kc S
)
Moser： µ = µmax
cS n K S + cS
n
µ = µmax
cS K S c X + cS
对两种限制性底物，主要有两类生长模型： （例如动物细胞培养） 累加作用： 乘数作用：
µ = µmax
cS1 cS 2 + µmax K S1 + cS1 K S 2 + cS 2
* X S
2. 生长＋维持 1 rS = * rX + mc X YX S
qS =
µ
Y
* X S
+
m
µ
3. 生长＋维持＋产物生成 1 1 rS = * rX + mc X + rP YX S YP X
qS =
1 YX* S
1 µ+m+ qP YP S
4.3.2 产物生成
cS
cX
cS cP
cX
cS cP
类型Ⅲ——称为非相关模型
rP = β c X qP = β
rP = rP (c X )
对一定化学计量关系： c A ↓ 同理 rS = kc S c X
cS ↓ c X ↑
动力学曲线：
0
CS,opt CS
反应初期：产物浓度较低， 随着底物浓度的下降，反应 速率增加； 之后：由于底物浓度下降太 多，虽然产物浓度增大了， 但是总体反应速率却下降。 自催化反应有最大速率， 对应最佳底物浓度。
CS0
自催化反应速率曲线
Monod动力学的自催化反应特性
rX ~ c S 关系： rX = µ ⋅ c X = rX =
µmax c S
K S + cS
⋅ cX
c X − c X 0 = Y X S (c S 0 − c S )
cX 0 ≈ 0 动力学特性曲线特征不变
µmax c S
K S + cS
用于维持的底物消耗速率：
m − − 维持系数
rS = mc X
4.3 底物消耗与产物生成动力学 4.3.1 底物消耗 有三种情况： 1. 单纯细胞生长
rS =
1
YX S
rX =
1
YX S
µc X
rS =
1 Y
* X S
rX =
1 Y
* X S
µc X
+m
qS =
1 YX S
µ
Y *X S
= 1 Y
⋅ YX S (c S 0 − c S )
rX ~ c X 关系：
cS = cS 0 −
1 YX S
(c
1
X
− cX 0 )
cX
式4－48
cS 0 − rX = µmax
YX S
K S + cS 0 −
1 YX S
cX cX
式4－50
cX
4-6 rX ~ຫໍສະໝຸດ Baiduc X
c X ,opt
对单一限制性底物，根据细胞生长特性，还有一些生长模型：