第8章 发酵动力学PPT课件

800 1000
max
S Ks S
1.2 V1m
0.8 0.6 0V.m4/2 0.2
0 0K m 200
400 S 600
800 1000
米氏方程:
v
vmax
S Ks S
1.2
V1m 0.8
V
μ 0 . 6
μ=1/c（X）× dc（X）/dt = Dln c（X）/dt
图1 菌体生长拟合曲线 dX/dt = 0. 147 (1 – X/22. 6) X
图2 产物形成拟合曲线 dP/dt = 0. 0888 X + 0. 0052d X/dt
图3 底物消耗拟合曲线 -dS/dt = 0. 0052 d X/dt + 17. 94 d P/dt
❖ 基质的消耗速率常以单位菌体表示，称为基质的比消耗速率， 以υ表示。 υ ＝ Vs
c(X)
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。
1.3 代谢产物的生成速率
❖ 代谢产物有分泌于培养液中的，也有保留在细胞内的， 因此讨论生成速率的数学模式有必要区分这两种情况。
发酵工程
研究内容
发酵动力学
生物反应动力学研究生物反应的规律。 重点研究细胞反应动力学，即
微生物发酵过程中菌体生长、基质消耗、 产物生成的动态平衡及其内在规律。
研究意义:
发酵动力学
发酵工程
1. 最佳发酵生产工艺条件的控制。 2. 设计合理的发酵过程，也必须以发酵动力学 模型作为依据。 3. 为工厂的试验比拟放大，为分批发酵过渡到 连续发酵提供理论依据。
已建立动力学模型的类型
机制模型： 根据反应机制建立
几乎没有
现象模型（经验模型）：目前大多数模型
能定量地描述发酵过程 能反映主要因素的影响
http://211.84.144.22/jing/C76/zcr-1.htm
3 微生物生长动力学的基本概念
3.1 微生物在一个密闭系统中的生长情况
菌体浓度
减速期
静止期 衰亡期
延迟期
指数生长期
时间
延迟期： d x 0
dt
指数生长期: max 倍增时间：td
减速期: d 0
dt
静止期： d x 0
dt
; XXmax
衰亡期: d x 0
dt
发酵工程
3.2、微生物的生长动力学、Monod方程
微生物的生长速度： μ＝ f ( s, p, T, pH, ……,)
发酵工程
第八章 发酵动力学
1. 发酵过程动力学描述和分类 2. 微生物反应过程中的质量和能量平衡 3. 微生物发酵动力学
发酵动力学
❖ 生物反应分为两类
发酵工程
1)是使底物在酶(包括游离酶和固定化酶)的作用下 进行反应，如淀粉的液化、异构糖的生产、无侧链 青霉素(6–APA)的制造等。
2)是通过细胞的培养，利用细胞产生的酶系统，把 培养基中的物质通过复杂的生物化学反应转化成新 的细胞及其代谢产物。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ酵工程
1.1 菌体生长速率
❖ 比生长速率是菌体浓度除菌体的生长速率和菌体浓度除菌体 的繁殖速率。在平衡条件下，比生长速率μ的定义式为：
1 dc(X)
μ=
c(X) dt
或
dc(X)
VX = dt
= μc(X)
式中，t—时间，h；Vx—菌体生长速率，g／(L ·h)
菌体生长速率Vx与微生物的浓度c(X)成正比。比生长速率μ 除受细胞自身遗传信息支配外，还受环境因素的影响。
在一定条件下(基质限制)： μ＝ f ( S )
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Monod 研究了基质浓度与生长速度的关系 ——— Monod 方程(1949)
V
V
1.2 V1m
0.8 0.6 0V.m4/2 0.2
0 0K m 200
400 S 600
第九章 发酵过程工艺控制
第十章 发酵染菌及防治
第十一章 发酵工业废物、废水处理和资源化技术
第十二章 展望
知识点复习
1.糖酵解（EMP）途径有何意义和特点？ 2.糖酵解EMP途径三个关键酶? 3.简述糖酵解EMP途径的三个阶段。 4.抗生素产生菌的主要代谢途径有哪几种方式？ 5.简述抗生素产生菌的代谢调节机制。
新能源国家高技术产业 基地企业-
发酵工程
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发酵工程
第一章 发酵工程总论
第二章 发酵设备
第三章 发酵工业原料及其处理
第四章 发酵工业灭菌
发 酵 工
第五章 发酵菌种的制备 第六章 发酵工业放大
程
第七章 微生物发酵机制
第八章 发酵动力学
❖ 与生长速率和基质消耗速率相同，当以体积为基准时， 称为代谢产物的生成速率，记为 VP ；当以单位质量为基 准时，称为产物的比生成速率，记为 Q ，相关式为： Q＝ Vp / c(X)
比生长速率、产物生成速率及基质比消耗速率
c(X)
c(P)
c(S)
t
t
t
各比速率是分批发酵过程时间 t 的函数，与对数生长期相一致，即：
宋文军等. L2色氨酸产生菌分 批发酵动力学模型. 无锡轻工
大学学报, 2002, 21(4)
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2 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 操作条件与反应结
作 果的关系，定量地
模 控制反应过程
型
返回
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1 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）
发酵研究的内容： 菌种的来源——找到一个好的菌种 发酵过程的工艺控制——最大限度发挥菌种的潜力
发酵工程
1.1 菌体生长速率 P178
发酵过程动力学描述采用群体生物量的变化 来表示。在液体培养基中的群体生长，其生长 速率即单位体积(或面积)、单位时间里微生物群 体生长的菌体量。在表面上的群体生长，其生 长速率以单位表面积来表示。菌体量一般指其 干重。
发酵工程
典型微生物的生长速度
Organism
E.coli Yeast
Growth rate U (h-1) 2
0.3
Doubloing time (h) 0.35
2.3
1.2 基质消耗速率
❖ 以菌体得率系数为媒介，可确定基质消耗速率与菌体生长速 率的关系。基质的消耗速率Vs可表示为： Vs ＝ Vx ／Ｙx/s 式中，Ｙx／s一菌体得率系数又称细胞得率系数，g/moL。