页数：29页文件大小：306.5 KB来源： 发酵工艺原理ppt课件
本课件介绍发酵过程的反应描述与速度概念，讲解动力学模型的类型与Monod方程的双倒数法参数求解，并通过大肠杆菌例题演示μmax、Ks与倍增时间的计算；随后说明初级与次级代谢产物、Gaden三类发酵与Pirt方程、基质消耗衡算以及连续培养的稀释率与洗出特性。
第五章 发酵过程动力学的基本概念，本章要点：
发酵过程的反应可描述为：S（底物）→ X（菌体）＋ P（产物）
发酵研究的内容：
发酵过程反应速度的描述：
单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念。
反应式：S（底物）→ X（菌体）＋ P（产物）
图示发酵过程反应速度的描述：基质的消耗速度与基质的消耗比速（g·L-1·s-1、h-1、s-1），比速为单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物的量。
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：
已建立动力学模型的类型：
一、微生物在一个密闭系统中的生长情况（时间—菌体浓度曲线）：
二、微生物的生长动力学、Monod方程：
Monod研究了基质浓度与生长速度的关系——Monod方程（1949）：
μ = μmax·S / (Ks + S)
其形式与米氏方程相似。
Monod方程参数：
单一限制性基质：指在培养微生物的营养物中，对微生物的生长起到限制作用的营养物。
Monod方程的参数求解（双倒数法）：将Monod方程取倒数可得线性形式，通过测定不同限制性基质浓度下微生物的比生长速度，即可经回归分析计算出Monod方程的两个参数。
例：在一定条件下培养大肠杆菌，实测数据如下：
| S（mg/l） | 6 | 33 | 64 | 153 | 221 |
|---|---|---|---|---|---|
| μ（h-1） | 0.06 | 0.24 | 0.43 | 0.66 | 0.70 |
| S/μ | 100 | 137.5 | 192.5 | 231.8 | 311.3 |
求该培养条件下大肠杆菌的μmax、Ks和td。
计算结果：
第四节 产物形成动力学的基本概念
Gaden对发酵的三分类——一类发酵：产物的形成和菌体的生长相偶联，产物生成与菌体生长同步。
二类发酵：产物的形成和菌体的生长部分偶联，产物合成既与生长相关又存在非生长相关部分。
三类发酵：产物的形成和菌体的生长非偶联，产物主要在菌体生长停止后合成。
Pirt方程：π = a + bμ
第五节 基质消耗动力学的基本概念：底物（S）分流为S1（菌体）、S2（产物）、S3（维持）。
反应式：S（底物）→ X（菌体）＋ P（产物）＋ 维持
反应式：S（底物）→ X（菌体）＋ P（产物）＋ 维持
据此进行物料衡算。
第六节 反应动力学的应用——连续培养的操作特性
连续反应器：流入速度 = 流出速度 = F，反应器内体积V恒定，全混流，溶质浓度处处相等。
物料衡算（连续培养的反应器特性）——对菌体，稳态：
稀释率（D）：补料速度与反应器体积的比值（h-1）
物料衡算（连续培养的反应器特性）——对基质，稳态：
稀释率（D）：补料速度与反应器体积的比值（h-1）
D、μ、S、σ、x之间的相互关系：随D升高，μ、S、x相应变化。
最大D > μmax时会造成菌体的洗出（wash-out）。
图示连续培养的操作特性：稀释率与菌体和产物浓度的关系曲线，以及接近洗出临界点时的变化，以原课件图示为准。
连续培养中，最终在此培养体系中生存下来的微生物，都是此时刻对该种底物表现出最大生长的微生物（或一个微生物生态）。
当只有B时建立稳态：μB = D，对应S0；如果引入微生物A：μ = μA(S0)，μA > D时x增加、s下降，μA、μB下降，μB < D的微生物被洗出。
本章小节：
图示典型微生物的生长速度对比数据，具体数值以原课件图示为准。
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