微生物工程發(fā)酵過程動力學(xué)的基本概念-文庫吧
2024-12-29 23:43 本頁面
【正文】 菌體的生長比速： 1 dSvX d t??產(chǎn)物的形成比速： 1 dPQp X d t?(h1) (h1) 發(fā)酵過程反應(yīng)速度的描述 X S（底物） ─→ X（菌體） ＋ P（產(chǎn)物） 第二節(jié)、生物反應(yīng)模式與發(fā)酵方法 一、生物反應(yīng)模式 P X X P X P 生長偶聯(lián)型 非偶聯(lián)型 混合型 根據(jù)產(chǎn)物生成速率與細胞生成速率的關(guān)系分類 ? (1)類型 Ⅰ （ 偶聯(lián)型模型 ） 產(chǎn)物的形成與細胞生長呈相關(guān)的過程 。 產(chǎn)物是細胞能量代謝的結(jié)果 ， 此時產(chǎn)物通常是基質(zhì)的分解代謝產(chǎn)物 。 例如乙醇 、 乳酸發(fā)酵 。 其動力學(xué)方程可表示為 : 根據(jù)產(chǎn)物生成速率與細胞生成速率的關(guān)系分類 / / /P/XP[] Y / [ ] / X / 。[] / ( ) QP X P X P P Xd P dXY Y X Q Ydt dtggP g LgLdPg L hdtg??? ? ??或式 中 — 系 以 菌 體 細 胞 量 為 基 準(zhǔn) 的 產(chǎn) 物 生 成 系 數(shù) ， ；— 產(chǎn) 物 濃 度 ， ；— 菌 體 濃 度 ，— 產(chǎn) 物 生 成 速 率 ， ；— 產(chǎn) 物 形 成 的 比 速 率 ， 產(chǎn) 物 ／ gh ?（ 細 胞 ） 。? (2)類型 Ⅲ （ 非偶聯(lián)型 ） 產(chǎn)物的形成與細胞生長不相關(guān)或無直接關(guān)系 ，其特點是細胞生長期基本無產(chǎn)物合成 ， 細胞停止生長產(chǎn)物則大量合成 。 屬于這類的產(chǎn)物是次級代謝產(chǎn)物 。 例如青霉素 、 鏈霉素等抗生素發(fā)酵 。 其動力學(xué)方程可表示為： [] Q/ ( )PdPXdtg g h?????? 或 式 中 ： — 非 生 長 偶 聯(lián) 的 比 生 產(chǎn) 速 率 ， 細 胞 。? (3)類型 Ⅱ （ 混合型 ） 產(chǎn)物的形成與細胞生長部分相關(guān)或具有間接關(guān)系 ， 例如檸檬酸 、 谷氨酸發(fā)酵等 。 其動力學(xué)方程可表示為： P[] Q / / ( )d P d XX X Xd t d tggg g h? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ??或 ＝ ＋式 中 ： — 與 生 長 偶 聯(lián) 的 產(chǎn) 物 形 成 系 數(shù) ， 細 胞 ；— 非 生 長 偶 聯(lián) 的 比 生 產(chǎn) 速 率 ， 細 胞 。? 定義：生成的代謝產(chǎn)物量 Δ P對底物的消耗量 Δ S（ g）之比定義為代謝產(chǎn)物收率（ YP/S）。 假如完全沒有菌體生成，則理論代謝產(chǎn)物收率可達到最大值。 說明：代謝產(chǎn)物收率 )//(/ m olm olggSPY SP 或 ????theorSPY /二、發(fā)酵操作方法 ? 定義： 每一個分批發(fā)酵過程都經(jīng)歷接種 ， 生長繁殖 ，菌體衰老進而結(jié)束發(fā)酵 ， 最終提取出產(chǎn)物 。 ? 特點：微生物所處的環(huán)境是不斷變化的 ， 可進行少量多品種的發(fā)酵生產(chǎn) ， 發(fā)生雜菌污染能夠很容易終止操作 ， 當(dāng)運轉(zhuǎn)條件發(fā)生變化或需要生產(chǎn)新產(chǎn)品時 ，易改變處理對策 ， 對原料組成要求較粗放等 。 （一）、分批發(fā)酵法 （二）、補料分批發(fā)酵法 ? 定義：所謂分批補料培養(yǎng)技術(shù) ， 是指在分批培養(yǎng)過程中 ， 間歇或連續(xù)的添加新鮮培養(yǎng)基的方法 。 ? 特點：與傳統(tǒng)分批發(fā)酵相比 ， 其優(yōu)點在于使發(fā)酵系統(tǒng)中維持 很低的基質(zhì)濃度 。 – 低基質(zhì)濃度的優(yōu)點為： ① 可以除去快速利用碳源的阻遏效應(yīng) ， 并維持適當(dāng)?shù)木w濃度 ， 使不致于加劇供氧的矛盾 。 ② 避免培養(yǎng)基積累有毒代謝物 。 補料分批培養(yǎng)適合于以下條件 ? ① 生長非偶聯(lián)型產(chǎn)物的生產(chǎn) ? ②高密度培養(yǎng) ? ③產(chǎn)物合成受代謝物阻遏控制 ? ④利用營養(yǎng)缺陷型菌株合成產(chǎn)物 ? ⑤補料分批培養(yǎng)還適用于底物對微生物具有抑制作用等情況。 ? ⑥此外，如果產(chǎn)物黏度過高或水分蒸發(fā)過大使傳質(zhì)受到影響時，可以補加水分降低發(fā)酵液黏度或濃度。 補料分批培養(yǎng)的優(yōu)點 與 分批培養(yǎng) 方式比較 與 連續(xù)培養(yǎng) 方式的比較 可以解除培養(yǎng)過程中的底物抑制
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