发酵过程动力学

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1、第八章微生物反应动力学主讲：许钦坤电话：13531451507E-mail:xuqinkun@163.comQQ:3932990办公：B3101发酵过程动力学研究的基本内容发酵类型分批培养动力学连续培养动力学主要内容第一节　发酵动力学的研究内容及目的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：是研究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。发酵动力学研究目的：通

2、过发酵动力学的研究来进行最佳发酵工艺条件的控制。已建立动力学模型的类型现象模型（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第二节　发酵的类型主要研究：产物形成与低物利用的关系，即碳源的利用与产物形成速度的关系。碳源在培养基中主要作为能源物质，但是当缺少细胞的组成成分时，碳源也能作为构成细胞的材料。发酵类型6与生长相关型：特点：微生物的生长、碳源的利用、产物合成直接相关连。几乎都在相同时间出现高峰。菌体生长型:终产物就是菌体本身，菌体增加与碳源利用平行，且两者之间有定量关系。

3、如酵母、蘑菇菌丝等代谢产物型：是指产物的积累与菌体增长相平行，并与碳源消耗有准量关系。如酒精、乳酸、葡萄糖发酵等。第Ⅰ型第Ⅱ型生长部分相关型特点：发酵的第一时期菌体迅速生长，产物的形成很少或全无；第二时期，产物以高速度形成，生长也出现第二个高峰，碳源利用在二个时期都很高。分两类：①产物的形成是经过连锁反应的过程；如：丙酮丁醇、丙酸等②产物的形成不经过中间产物的积累。如：谷氨酸第Ⅲ型与生长不相关型：特点：产物的合成是在菌体的浓度接近或达到最高之后才开始的。产物合成速度与碳源利用也不存在定量关系。例子

4、：多数次生代谢产物的发酵属这种类型，如各种抗生素和微生物毒素等物质的生产。第三节微生物分批培养动力学分批培养：一次投料，一次接种，一次收获的间歇培养方式。简单的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出，除了空气的通入和排气。整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。131、微生物在一个密闭系统中的生长情况：时间菌体浓度延迟期指数生长期减速期静止期衰亡期延迟期：指数生长期:减速期:静止期：;衰亡期:一、微生物的生长动力学延迟期：少量细菌接种到新鲜培养基后，一般不立即进行

5、繁殖，生长速度近于零。因此在开始一段时间，细菌数几乎保持不变，甚至稍有减少。这段时间被称为延迟期，又称为迟缓期、调整期或滞留适应期。处于延迟期细菌细胞的特点是分裂迟缓、代谢活跃。延迟期的长短与菌种、种龄、接种量和培养基成分有关。分批培养中，要经历五个阶段：15对数期在对数期，培养基成分虽然发生改变，但是细胞的生长速率维持恒定。当培养基中营养过量时，生长速度与营养物浓度无关。以细胞重量的增加表示生长速度。积分td为倍增时间，既细胞重量增加一倍所需要的时间。一般，细菌的td为15~60分钟，酵母为45

6、~120分钟，霉菌为2~8小时。16稳定期稳定期阶段，因营养物质耗尽及有害物质的大量积累，细胞的浓度达到最大值，不再增加，此时的细胞比生长速率为0。17减速期对数期细胞的大量繁殖，培养基中营养物质迅速消耗，有害物质逐渐积累，细胞的比生长速率逐渐下降，进入减速期，培养基中不存在抑制细胞生长的物质时，细胞的比生长速率和限制性基质的浓度有如下关系：µ=µmS/（Ks+S）S：限制性基质浓度Ks：饱和常数这个关系式称为Monod方程式，是一个经验公式。有抑制细胞生长的物质存在时，这公式需要变化。18静止期

7、在静止期阶段，因营养物质耗尽及有害物质的大量积累，细胞的浓度达到最大值，不再增加，此时的细胞比生长速率为0.19衰亡期细胞开始死亡，活细胞的浓度不断下降，在工业生产上，通常在对数生长的未期或衰亡期开始以前，结束发酵过程。因此，这个阶段的研究不多。20微生物限制生长基质Ksμmax（hr-1）大肠杆菌葡萄糖0.22--大肠杆菌乳糖0.58--啤酒酵母乳糖2.6~3.00.18啤酒酵母葡萄糖0.56--纤维素分解菌葡萄糖0.860.125固氮菌葡萄糖0.16~0.330.13青霉菌氧气0.0070.3

8、5Ks和μmax值随菌种、限制性基质种类的变化Ks：饱和常数；μmax:最大比生长速度1、得率系数（Yx/s）：碳源+氮源+氧------细胞+产物+CO2+H2OYx/s、Yx/o2、Yx/kcal：消耗每克营养物、每摩尔氧和每千卡能量所生成的细胞数Yx/c、Yx/p、Yx/N、Yx/Ave-：消耗每克碳、每克磷、每克氮和每个有效电子生成的细胞数Yx/ATP：消耗每克分子ATP所生成的细胞克数二、分批培养中基质的消耗动力学符号定义因次YX/S△X/-△S[g细胞干重/g基质]or