第六章发酵动力学
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章 发酵动力学
1.发酵动力学(p86)是对微生物生长和产物形成过程的定量描述，它研究微生物生长、发酵产物合成、底物消耗之间的动态定量关系。
2.分批发酵过程中，微生物生长通常要经历延滞期、对数生长期、衰减期、稳定期和衰亡期五个时期。（p86）
分批发酵时典型的微生物生长动力学曲线（X 为菌体浓度，t 为时间） 延滞期:微生物并未增殖、细胞数目几乎保持不变（对生长环境的适应过程）。 对数生长期：生长速率逐渐增加，逐渐达到最大生长速率 dX dt =μX 或dN dt
=μn N 对上式积分 X t =X 0e μt 或N t =N 0e μn t
X 为微生物细胞浓度，g/L;N 为微生物细胞个数
μ为以细胞浓度表示的比生长速率；μn 为以细胞数量表示的比生长速率 衰减期：营养物质的消耗、代谢产物的分泌使微生物生长速率逐渐衰减。 稳定期：微生物处于生长和死亡的动态平衡，发酵体系净生长速率等于零μ=a （a 为比死亡速率）
衰亡期：指发酵罐内营养物质耗尽，对生长有害的代谢物在发酵液中大量积累，此时a>μ,出现微生物死亡、自溶，总细胞数呈负增长。
3.微生物生长受底物浓度限制的特性（p88）
a.分批发酵中初始底物浓度对稳定期菌体浓度的影响
C
B A
X S 0
初 始 底物 浓度菌 体 浓度
A ～
B 区域中，由于初始底物浓度S 0较低，发酵罐内菌体积累量相对量相对较少，而且随着初始底物浓度浓度S 0的增加而增加。
B ～
C 区域中，随着初始底物浓度S 0的增加，菌体浓度达到最高水平，即使再增加底物的初始浓度，也不能再使菌体增加。
C 区域及以后，菌体活性受到初始高浓度底物及其形成的高渗作用等的强烈抑制，菌体反而生长缓慢。
b.残留的限制性底物浓度S t 对微生物比生长速率μ的影响
S t 的关系Monod 方程表示
μ=μmax S t
K s ﹢S t (成立条件：单一的限制性底物)
K s 是底物亲和常数，其数值相当于μ处于μmax 一半时的底物浓度，表明微生物对该底物的亲和力。K s 与μ成反比，K s 越大，表明微生物对该底物的亲和力越低，比生长速率越小。
4.根据产物生成速率与细胞生长速率之间的动态关系，可划分为生长相关型、生长部分相关型、非相关类型。（p92）
相关型部分相关型非相关型
产物合成相关、部分相关、非相关模型动力学示意图
限制性底物残留浓度
比生长速率
生长相关型：产物的生成是微生物细胞主要能量代谢的直接结果，菌体生长速率的变化与产物生成速率的变化相平行。如乙醇发酵
生长部分相关型：产物间接由能量代谢生成，不是底物的直接氧化产物，而是菌体内生物氧化过程的主流产物（与初生代谢紧密关联）。如柠檬酸发酵、氨基酸发酵。
非生长关联型：产物生成与能量代谢不直接相关，通过细胞进行的独特的生物合成反应而生成。如抗生素发酵
5．不同产物合成的动力学关系与微生物细胞生长动力学关系类型(p93)
如果产物为微生物细胞本身，可采用能支持最高生长量的培养条件。
如果产物为初级代谢物，可设法延长与产物关联的对数生长期。
如果产物为次级代谢物，可缩短对数生长期，延长稳定期，或降低对数期的生长速率；或采用二步法培养，即第一阶段主要积累生物量，第二阶段合成次级代谢产物，从而使次级代谢物大量积累
6.稀释率D（p93）：单位时间内连续流入发酵罐中的新鲜培养基体积与发酵罐内的培养液总体积的比值
D=F
V
F为流速；V为发酵罐中原有的培养液体积。
7.连续发酵中发酵罐细胞的积累（p94）
dX
dt
=μX−DX
稳态时，细胞浓度是个常数，即恒浊培养此时dX
dt
=0,则μ=D，比生长速率受到稀释率的控制
8.恒化法与恒浊法（p94）
恒化法：保持某一限制性基质在一恒定浓度水平，使菌的比生长速率µ保持一定。
恒浊法：通过调节营养物的流加速度，利用浊度计检测细胞浓度，使之恒定。
9.临界稀释率D c(p95):导致菌体开始从系统中洗出是的稀释率
D c=μ
max
S0 K s＋S0
10．连续培养系统中杂菌生长速率与基质浓度之间的关系(p97) 污染杂菌问题：
a．在底物浓度为S情况下杂菌Y的生长速率μ
y
比系统的稀释速率D要小
Y的积累速率dY
dt
=μ
Y
Y−DY（结果是负值，表明杂菌不能在系统中存留）
b.底物浓度为S的情况下杂菌Z能以比D大的比生长速率下生长
杂菌的积累速率为dZ
dt
=μ
Z
Z−DZ
因为μ
Z
比D大的多，故 dZ/dt是正的，杂菌Z积累，系统中底物浓度下降到
S’，此时μ
Z
＝D，建立新的稳态。此时生产菌X的比生长速率μ
X
比原有的小。
μ
X
c. 杂菌W 入侵的成败取决于系统的稀释速率。 0.25D c下，杂菌W竞争不过X而被冲走