(工学)发酵动力学 生物工程

《(工学)发酵动力学 生物工程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1生命科学技术系发酵工程教研室李端XinxiangMedicalUniversity发酵工艺学原理PrinciplesofFermentationTechnology2第九章发酵过程动力学概论质量与能量平衡微生物生长与产物合成动力学发酵过程动力学模拟与优化学习目标1.掌握发酵动力学中的基本概念、基本公式及重要公式的推导。2.掌握微生物生长动力学方程式、产物合成动力学基本模型。3.掌握简单分批发酵、补料分批发酵的动力学模拟。4.熟悉发酵动力学研究中的质量守恒与能量守恒；熟悉补料分批发酵过程的优化。5.了解动力学参数的确定。4第一节概论发酵动力学研究的内容研究发酵动力学的方法发酵动

2、力学与过程优化控制发酵动力学研究的意义5发酵动力学是研究各种发酵过程变量在活细胞作用下的变化规律，以及各种发酵条件对这些变量变化速度的影响。以化学热力学（研究反应的方向）和化学动力学（研究反应的速度）为基础，对发酵过程中各种物质的变化进行描述。一、发酵动力学研究的内容6研究内容细胞生长和死亡动力学基质消耗动力学氧消耗动力学CO2生成动力学产物合成和降解动力学代谢热生成动力学7二、研究发酵动力学的方法发酵动力学研究的前提①反应器内的搅拌系统能保证理想的混合；②温度、pH等环境条件能够控制以保持稳定；③细胞有固有的化学组成，不随发酵时间和某些发酵条件的变化而发生明显变化；④各种描述

3、发酵动态的变量对发酵条件变化的反应无明显滞后。81.宏观处理法：结构模型和非结构模型2.质量平衡法：根据质量守恒定律，对某一物质在过程发生前后的质量变化进行恒算。9质量平衡式物质在系统中积累的速度=物质进入系统的速度+物质在系统中生成的速度-物质排出系统的速度-物质在系统中消耗的速度某物质在系统中的含量能够在线测量或估计，通过建立上述平衡方程式，就可以确定该物质在系统中变化的动力学。人为加入或排出和通过相界面传质进入或排出三、发酵动力学和过程优化控制传统的发酵过程的控制，是凭借经验对一些参数进行按点的孤立控制（pH、溶氧、残余基质等），未能反映发酵的动态过程，没能够考虑到全局性

4、，具有局限性和盲目性。10要对发酵过程进行优化控制，必须了解达到高产所必须具备的产生菌生长状态，相应的基质和氧的需要率，以及各种发酵条件对这种生长状态和需要率的影响。11目前在常规的检测和控制手段基础上，采用在线检测技术和过程计算机控制，对大量的即时发酵参数进行采集，处理以及综合运算，达到优化控制，进而了解特定发酵过程的动力学。发酵动力学是关于微生物生长率、基质和氧消耗率、产物合成率等动态变量之间关系以及它们与发酵条件之间关系的学问，只有掌握这些关系才能够更加系统、有效地驾驭发酵条件和动态变量。12带计算机数据采集与控制的生物反应系统四、发酵动力学研究的意义通过对发酵反应动力学

5、的研究，进行最佳发酵生产工艺条件的控制。发酵过程中，菌体的浓度、基质浓度、温度、pH值、溶解氧等工艺参数的控制方案，可以在这研究的基础上进行优化。设计合理的发酵过程，也必须以发酵动力学模型作为依据，利用计算机进行程序设计、模拟最合适的工艺流程和发酵工艺参数，从而使生产控制达到最优化。发酵动力学的研究还在为试验工厂比拟放大、为分批发酵过渡到连续发酵提供理论依据。返回14几个基本概念有机化合物中的化学能发酵过程的化学计算式质量平衡能量平衡质量平衡与能量平衡的统一第二节质量与能量平衡15发酵过程中，基质主要消耗在：①满足菌体生长消耗②维持微生物生存的消耗③合成代谢产物的消耗S，基质（

6、底物）；G，菌体生长；M，维持代谢；P，产物合成一、几个基本概念161.维持因数(m)：单位重量的（菌体）细胞在单位时间内用于维持代谢消耗的基质的量。一般来讲指维持细胞最低活性所需消耗的能量。（碳，氮，氧等的维持因数mc,mn,mo）ms:以基质消耗为基准的维持因数，X:菌体干重；S:基质量t:发酵时间；M:表示维持。17基质的消耗速度基质的消耗比速率2.比速（率）:单位时间内，单位干菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量(消耗的基质用于维持代谢，菌体生长和产物合成)。比速率是生物反应中用于描述反应速度的常用概念18菌体的比生长速率产物的比生产速率193.生长得率：菌体的生长量相对

7、于基质消耗量的收得率。YX/s:相对与基质消耗的实际生长得率系数Yg/s:相对于基质消耗的（纯生长）理论得率系数特定的基质及在特定环境条件下培养的特定微生物，它是一个常数，又称最大生长得率或生长得率常数。204.产物得率：产物的合成相对于基质消耗量的收得率。YP/s:相对于基质消耗的实际产物得率系数Yps:相对于基质消耗的产物理论得率系数理论产物得率取决于产物的生物合成途径，对于由特定基质经特定途径产生的特定产物来说，它是一个常数，不因菌株和发酵条件的不同而异。：实际得率与菌体生长得率、产率