补料发酵动力学.ppt

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1、应用有助于了解和研究细胞生长、基质消耗和产物生成的动力学规律，从而优化发酵工艺。便于研究细胞在不同比生长速率下的特征。连续发酵动力学-理论利用连续培养的选择性进行富集培养菌种选择及防污染处理。应用连续发酵动力学-理论连续发酵动力学-理论在底物浓度为S情况下杂菌Y的生长速率μy比系统的稀释速率D要小Y的积累速率：结果是负值，表明杂菌不能在系统中存留连续发酵动力学-理论底物浓度为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＝D，建立新的稳态。

2、此时生产菌X的比生长速率比原有的小。

3、接种后细胞浓度假定分批发酵的指数生长期延续到限制性基质耗尽，这时达到最大细胞浓度xF应用-提高生产率连续发酵动力学-理论分批发酵的细胞生产率为:连续发酵动力学-理论应用-提高生产率可见,细胞的μm越大，辅助操作时间越长，连续发酵的优势就越大。应用-单级连续发酵最大生产率连续发酵动力学-理论单级连续发酵与分批发酵最大生产率之比为：优点缺点1、为微生物提供了在恒定状态下高速生长的环境，便于进行微生物的代谢、生理、生化和遗传特性的研究。2、在工业生产上可减少清洗、装料、消毒、接种、放罐等的操作时间，提高生产效率3、产

4、物质量比较稳定4、所需的设备和投资较少，便于实现自动化1、在长时间的培养过程中，微生物菌种容易发生变异，发酵过程易染菌。2、新加入的培养基与原有的培养基不易完全混合，影响培养和营养物质的利用。连续培养的优缺点第四节补料分批发酵★界于分批培养和连续培养之间的操作方式。★可有效地控制培养过程，提高培养过程的生产水平，在工厂中得到广泛应用。什么是补料分批发酵？补料分批培养（Fed-batchculture）：分批发酵过程中补充培养基，不从发酵体系中排出发酵液，使发酵液的体积随着发酵时间逐渐增加。概念：在发酵过程中，不

5、连续地向发酵罐内加入培养基，但不取出发酵液的发酵方式。特点：由于培养基的加入，发酵液体积不断增加。补料分批发酵动力学半连续发酵概念：在发酵过程中，每隔一定时间，取出一定体积的发酵液，同时在同一时间间隔内加入相等体积的培养基，如此反复进行的发酵方式。特点：稀释率、比生长速率以及其它与代谢有关的参数都将发生周期性的变化。补料分批发酵动力学类型连续流加补料方式不连续流加多周期流加快速流加恒速流加变速流加单一组分补料多组分补料流加方式补料分批发酵动力学以补加的培养基成分来区分适用范围：●细胞的高密度培养●发生基质抑制的

6、过程●分解代谢物阻遏●营养缺陷型菌株的培养●前体的补充培养基输入F,S0V,X,S补料分批发酵示意图整个发酵罐中细胞、限制性基质和产物总量的变化速率可用下式表示：①②③补料分批发酵动力学细胞总量的变化率为④若为恒速流加，培养基流量为F，则⑤合并①、④、⑤式得补料分批发酵动力学同样可以推导出限制性基质和产物浓度的变化率：⑥合并②、⑥式得补料分批发酵动力学又∵∴补料分批发酵动力学拟稳态时这时补料分批发酵动力学对于恒速流加，细胞的比生长速率对时间的变化率为：长时间流加培养之后补料分批发酵动力学可以解除底物的抑制、产物

7、反馈抑制和葡萄糖分解阻遏效应。避免在分批发酵中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多，以至通风搅拌设备不能匹配的状况。菌体可被控制在一系列连续的过渡态阶段，可用来作为控制细胞质量的手段。与连续发酵相比，补料分批发酵的优点在于：①无菌要求低；②菌种变异，退化少；③适用范围更广。补料分批发酵动力学优点本章小结发酵动力学研究的主要对象为微生物群体，而非单个微生物菌体，即从宏观上研究发酵过程。通过对最简单的封闭式分批发酵的微生物生长动力学、底物消耗动力学及产物合成动力学单独建立数学模型开始，找到三个动力学之间的联系

8、。基于分批发酵的优缺点，引申出连续发酵和补料分批发酵，并以分批发酵动力学为基础，进一步探讨连续和补料分批发酵的动力学模型。掌握MONOD方程，熟悉各类发酵动力学的数学模型及其参数的求解，有利于在发酵过程调控过程中以理论为指导，并理论结合实际，达到高效、高产和高转化率的发酵目的。复习题一、填空题1.根据细胞生长和产物形成是否偶联，发酵动力学可分为__、__和____。2.微生物发酵过程根