第五章 发酵动力学模式和发酵培养方法.ppt

第五章发酵动力学模式和发酵 培养方法
主讲人:刘萍
第一节微生物反应过程概论
一、微生物反应过程的主要特征
微生物是该反应过程的主体:是生物催化剂,又是一微小的反应容器。
微生物反应的本质是复杂的酶催化反应体系。酶能够进行再生产。
微生物反应是非常复杂的反应过程
(1)反应体系中有细胞的生长,基质消耗和产物的生成,有各自的最佳反应条件。
(2)微生物反应有多种代谢途径。
(3)微生物反应过程中,细胞形态、组成要经历生长、繁殖、维持、死亡等若干阶段,不同菌龄,有不同的活性。
二、微生物反应动力学的描述方法
细胞生长动力学
反应基质消耗动力学
代谢产物生成动力学
发酵过程:包括细胞内的生化反应,胞内与胞外的物质交换,胞外物质传递及反应。
发酵过程特点
多相:气相、液相和固相
多组分:培养基中多种营养成分,多种代谢产物,细胞内也具有不同生理功能的大、中、小分子化合物。
非线性:细胞代谢过程用非线性方程描述。
复杂群体的生命活动
反应动力学描述的简化
动力学是对细胞群体的动力学行为的描述
不考虑细胞之间的差别,而是取性质上的平均值,在此基础上建立的模型称为确定论模型,如果考试每个细胞之间的差别,则建立的模型为概率论模型。
如果在考虑细胞组成变化的基础上建立的模型,称为结构模型,一般选取RNA、DNA、糖类及蛋白含量做为过程变量。菌体视为单组分的模型为非结构模型,通过物料平衡建立超经验或半经验的关联模型。
如果细胞内的各种成分均以相同的比例增加,称为均衡生长。
如果由于各组分的合成速率不同而使各组分增加比例不同,称为非均衡生长。
生模型的简化考虑一般采用均衡生长的非结构模型。
将细胞作为与培养液分离的生物相处理所建立的模型为分离化模型。在细胞浓度很高时采用。
如果把细胞和培养液视为一相,建立的模型为均一化模型。
非结构模型
结构模型
确定论模型
最理想情况
不考虑细胞内部结构
各种细胞均一
细胞群体做为一种溶质
A
细胞之间无差异,是均一的,细胞内有多个组分存在。
B
均衡生长
概率论模型
不考虑细胞内部结构
各种细胞不均一
C
实际情况:
细胞内多组分;
细胞之间不均一
D
均衡生长
对细胞群体的描述模型
发酵动力学中常用的几个术语
(或产率,转化率,Y):包括生长得率(Yx/s)和产物得率(Yp/s)。
得率:是指被消耗的物质和所合成产物之间的量的关系。
生长得率:是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体重(g),即Yx/s=ΔX/一ΔS。
产物得率:是指每消耗1g(或mo1)基质所合成的产物g数(或mol数)。这里消耗的基质是指被微生物实际利用掉的基质数量,即投入的基数减去残留的基质量(S。一S)。
转化率:往往是指投入的原料与合成产物数量之比。