第六章-发酵动力学与发酵课件.ppt

1、VXFXdtdX0细胞量的积累速率 = 细胞生长速率细胞的消失速率 X菌体浓度 比生长速率 F0 培养液移走速率 V培养液体积 VSFmXYXqYXVSFdtdSsppsxi0/0基质的消耗速率 = 补料中基质的添加速率生长消耗基质的速率产物合成用去基质的速率维持所消耗基质的速率基质的移去速率 S基质浓度 Fi 补料速率 以消耗的基质为基准的细胞得率系数（g细胞/g消耗的 基质） 以消耗的基质为基准的产物生成系数，即转化率（g产 物/g消耗的基质） 产物的比生产速率。它的意义是单位浓度的生产菌细胞 在单位时间形成的产物量。其数学表达式为 其中：P 产物的浓度； 单位质量细胞生成的产物 量（g产

2、物/g细胞）。sxY/pqspY/dtdPXqp1xppYq/xPY/KPVPFXqdtdPp0 产物形成的速率 = 产物合成速率产物移去 速率产物被破坏速率 K产物破坏常数sppsxYXqmXYXdtdS/sppsxsYqmYqdtdSX/1sqsqspY/xPY/pqsxY/xppxpxxppYqXYrYr/XrrXppqXrppqpq xpppYqq/max，XrrxpPkXrrdxp1XkXkrp)1 (21sqpqspY/xPY/sxY/分批培养条件下微生物的生长曲线生长型生长型被消耗的葡糖碳和细胞碳t葡萄糖酸葡萄糖葡萄糖内酯（中间物）浓度t葡萄糖被利用山梨醇被利用t细菌浓度的对数C

3、BAKK21aKdtda1bKaKdtdb21bKdtdc2解：依题意： 开始反应前： b=0 c=0 a=a0=110cbaaaKdtda1taadtKdaa0101tKaa10lnttKeeaa1 . 001将已知数代入得积分常数bKaKdtdb21aKbKdtdb12dteeaKCebdtKtKtdtKtt021020010C |0120100100112212202102ttKKtKtKKttKdtKtKtdtKeeKKaKdteaKedteeaKebtt1)(1201122tKKtKeeKKaKtttKtKtKtKtKtKtKtKtKtKtKtttKtKeeeKeKKKaceeKeK

4、KKKaeeKKaKeaeeKKaKeaabaaceeeeKKaKb05. 01 . 01212011212012010120100005. 01 . 012011 . 005. 005. 020111122121121121121te1 . 0ttee05. 01 . 02t abc a+b+c 01001 100.36790.47730.15481 200.13530.46510.39961ttee05. 01 . 01 . 005. 005. 020 300.04980.34670.60351 400.01830.23400.74771 500.00670.15070.84261 600

5、.00250.09460.90291 700.00090.05860.9405100.20.40.60.811.2010203040506070ta,b,c葡 萄 糖葡 萄 糖 内 酯葡 萄 糖 酸DLTfmftttXXXP0ln1总的生产率可用从发酵过程的起点到终点的直线斜率表示，最高生产率可通过原点与单产曲线相切的直线的斜率表示，切点位置的细胞浓度或产物浓度比终点（最大值）低。 总生产率: 其中发酵过程总的运转周期为： DLTfmtttXXt0ln1 这样，既可获得一定生长速率的均一菌体，又可获得虽低于最高菌体产量，却能保持稳定菌体密度的菌体。恒化器(A)、恒浊器(B)和活塞流反应器(c)

6、中的连续发酵dtdXXXXVFXV0F细胞的进入速率细胞的流出速率细胞的生长速率细胞的死亡速率细胞的积累速率 简化后：dtdXXXVF 在连续培养系统达到稳定状态时 ，上式可变为： 0dtdXVF00X在稳定状态下，细胞的比生长速率等于稀释在稳定状态下，细胞的比生长速率等于稀释速率速率。VFDdtdsYXqmXYXSVFSVFspp/00dtdsYXSSD)(0)(0SSYXYXmXDX)(0SSYXVFDcSKSDDscDDDKScsSSYX0DDDKSYXcs0DXP DDDKSYXcs0DDDKSDYPcs00dDdP2101SKKDDDsscmmmXDmXmD21200sssmKSKK

7、SYXmX）（分批发酵产率连续发酵产率上式可变成：和因为分批发酵产率连续发酵产率Iln01/;ln00000020000LmmssmmcLmmmmssctXXSKSSKYSXDtXXXSKSKSYSD分批培养产率连续培养产率分批培养产率连续培养产率XDXDXdtdXoutinYDYYdtdYYzDZZdtdZzDXXdtdXX2如把出口中的一部分菌体再循环使用，能改善简单恒化器的性能，然而要做到无杂菌污染的再循环是困难的，因而微生物反应的再循环操作受到限制。 为再循环的比例，c为浓缩因子，X1和X2代表离开发酵罐和细胞分离器的发酵液中的细胞浓度。dtdXXXVFXVFCXVF11110101d

8、tdXCD1VFD dtdsYXSVFSVFSVF101VFD )(01SSYDX)1 ()(01CSSYXCD1msKSCDCDKKSmsms11CD1CDCDKSCYXms111015 . 0, 2,102 . 0, 5 . 0,0 . 101ClgSlgKYhrsmdtdXXVFXVFX2222221dtdSYXSVFSVF222221211D101SSYX21221XXD21222SSYDX212122XXVFD22212122SDSVFSVFYX 细胞量基 质 第一级 第二级 第二级 带补料分批、连续、补料操作方式的比较方式优点缺点分批发酵1 一般投资小2 易转产、生产灵活3 分批操

9、作中某一阶段可获得高的转化率4 发酵周期短，菌种退化率小1 因放罐、灭菌等原因，非生产时间长2 经常灭菌会降低仪器寿命3 前培养和种子的花费大4 需较多的操作人员或自动控制系统连续发酵1 可实现有规律的机械、自动化2 操作人员少3 反应器体积小、非生产时间少4 产品质量稳定5 操作人员接触毒害物质的可能性小6 测量仪器使用寿命长1 操作不灵活2 因操作条件不易改变，原料质量必须稳定3 若连续灭菌，加上控制系统和自动化设备，投资较大4必须不断地排除一些非溶性的固型物5 易染菌，菌种易退化补料发酵1 操作灵活2 染菌、退化几率小3 可获得高的转化率4 对发酵过程可实现优化控制5 因经常灭菌会降低仪

10、器使用寿命1 非生产时间长2 需较多的操作人员或计算机控制系统3 操作人员接触一些病原和有毒产品的可能性大优点缺点1.培养基含水量少，废水、废渣少，环 境 污染少，容易处理；1. 菌种限于耐低水活性（aw）的微生 物，菌种选择性少2.消耗低，供能设备简易；2.发酵速度慢，周期较长3.培养基原料多为天然基质或废渣，广泛易得，价格低廉3.天然原料成分复杂，有时变化，影响 发酵产物的质和量4.设备和技术较简易，后处理方便。4.工艺参数难检测和控制5.产物浓度较高，后处理方便5.产品少，工艺操作消耗劳力多，强度 大生产生物活性化合物生产酶生产有机酸生产其他化合物黄曲霉素纤维素酶柠檬酸L-谷氨酸曲霉素漆

11、酶反丁烯二酸色素细菌内毒素聚半乳糖酶乳酸胡萝卜素赤霉素木聚糖酶五倍子酸黄原胶玉米素乙酰乙酸酯酶 琥珀酰甘露糖麦角素木糖酶 乙醇头孢菌素儿茶酚氧化酶 芳香化合物头孢菌素C脂肪酶 维生素B12、B6四环素谷氨酸酶 核黄素、硫胺素、烟碱放线紫红植酸酶 亚油酸环孢菌素A单宁酶 生物表面活性剂真菌酚-葡萄糖苷酶Li-和Mn-过氧化酶 生物杀虫剂、除草剂固态发酵的应用领域固态发酵的应用领域 辐射显蒸发搅拌生物发酵QQQQQQ罐的容积 （升）转速范围（r.p.m）罐的容积 （升）转速范围 （r.p.m）32002000200504001020012005005030030150100010，00025200

12、5010080050，00025160值差数溶液的）被测溶液的温度（）产生的电动势（pHpHCtmvEpHtE29327316.58eClHgHgCl2221eAgClAgClAgCl22OCOQQRQ速率菌耗释放速率22OCO），氧气的摩尔数氧气的克分子量（）测定压力（）测定状态下的温度（）气体常数（）的气体中氧的浓度（进入和离开发酵系统）空气的流量（）摩尔氧氧的吸收速率（式中gMatmPKTRlgCChrlVhrAPMTRCCVAoutinOoutinO082. 0,*22）摩尔氧细胞为基准的细胞得率（以）克细胞摩尔用于细胞维持的氧量（）细胞浓度（）细胞摩尔细胞呼吸强度（gOYhrOQlgXhrgOQdtdXYXQXQAOXmOOOXmOOO22222222221 XQYYXQdtdXmOOXOXO2222）源物质细胞细胞得率（的需求细胞维持对碳源物质）细胞率（碳源物质的比消耗速式中gCgYQhrggQdtdXYXQXQSXcmcSXcmc/1