生化工程第五章微生物培養(yǎng)及發(fā)酵動(dòng)力學(xué)(已修改)
2025-01-28 10:41 本頁面
【正文】 第五章 微生物培養(yǎng)及發(fā)酵動(dòng)力學(xué) 內(nèi)容 1 基本概念 2 微生物反應(yīng)的物料衡算 3 微生物反應(yīng)的能量衡算 4 微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 微生物生長的基質(zhì) 微生物反應(yīng)的特點(diǎn) 二 微生物反應(yīng)過程的質(zhì)量衡算 例題： (選自賈士儒 48－ 69頁 ) （ ）培養(yǎng) ， 培養(yǎng)的反應(yīng)式可用下式表達(dá) ， 求計(jì)量關(guān)系中的系數(shù) a、 b、 c、 d。 反應(yīng)式為： C6H12O6＋ 3O2＋ aNH3 →bC 6H10 NO3(面包酵母 )＋cH2O＋ dCO2 解：據(jù)平衡方程式 ,可得： C: 6=6b+d H: 12+3a=10b+2c O: 6+6=3b+c+2d N: a=b 方程聯(lián)立求解為： a=b＝ c= d= 上述反應(yīng)計(jì)量關(guān)系式為 : C6H12O6＋ 3O2＋ → ＋ ＋ 練習(xí) 1． 葡萄糖為碳源 ， NH3為氮源進(jìn)行釀酒酵母發(fā)酵 。 呼吸商 。 消耗 100mol葡萄糖和48mol NH3生產(chǎn)了 48 mol菌體 、 312 mol CO2和 432molH2O。 求氧的消耗量和酵母菌體的化學(xué)組成 。 （ 呼吸商 RQ＝ CO2 生成速率 /O2消耗速率 ） 第二節(jié) 微生物反應(yīng)過程的得率系數(shù) 研究得率系數(shù)的意義 ： 對碳源等物質(zhì)生成細(xì)胞或其他產(chǎn)物的潛力進(jìn)行定量評價(jià)的重要參數(shù) 。 分為以下幾類： 部分菌體得率與產(chǎn)物得率 得率 定義單位 YX/S消耗 1g或 1mol基質(zhì)獲得的干菌體克數(shù) ， g/g, g/mol YATP消耗 1molATP獲得的干菌體克數(shù) ， g/mol YKJ消耗 1KJ熱量獲得的干菌體克數(shù) ， g/KJ YX/O消耗 1gO2獲得的干菌體克數(shù) ， g/g YX/H 1mol氫受體產(chǎn)生的干菌體克數(shù) ， g/mol YX/N 消耗 1g氮產(chǎn)生的干菌體克數(shù) ， g/mol YX/NO3消耗 1mol NO3－ 獲得的干菌體克數(shù) ， g/mol YCO2/S消耗 1mol基質(zhì)產(chǎn)生的 CO2的摩爾數(shù) ， mol /mol YCO2/O消耗 1mol O2產(chǎn)生的 CO2的摩爾數(shù) ， mol /mol YATP/S消耗 1mol基質(zhì)獲得的 ATP的摩爾數(shù) ， mol /mol Yave消耗 1個(gè)有效電子獲得的干菌體克數(shù) ， g/ave－ 細(xì)胞得率 （ 生長得率 ） : YX/S＝生產(chǎn)細(xì)胞的質(zhì)量 g / 消耗基質(zhì)的質(zhì)量 g ＝ ΔX/ （ ΔS ） 碳元素的細(xì)胞得率 : YC ＝ 細(xì)胞生產(chǎn)量 細(xì)胞含碳量 /基質(zhì)消耗量 基質(zhì)含碳量 ＝ YX/S (Xc/Sc) 1． 葡萄糖為碳源 ， NH3為氮源進(jìn)行某細(xì)菌的好氧培養(yǎng) 。消耗的葡萄糖有 2/3的碳源轉(zhuǎn)化為細(xì)胞中的碳 。 反應(yīng)式為： C6H12O6＋ aO2＋ bNH3 →c(C . 2)＋ dH2O＋ eCO2 計(jì)算上述反應(yīng)中的得率系數(shù) YX/S 和 YX/O 解：據(jù)平衡方程式 ,可得： C: 6=＋ e H: 12+3b=+2d O: 6+2a=+d +2e N: b= 由于 1mol葡萄糖中含碳 72g, 轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的碳為72 2/3=48(g) 故： （ 12） c=48 得： c= 轉(zhuǎn)化為 CO2的碳為 72－ 48＝ 24（ g） 故： 12e=24 e=2 解平衡方程中其他未知數(shù)，得： b=。 d=。 a= 故平衡方程為： C6H12O6＋ ＋ → ()＋ ＋ 2CO2 YX/S＝ （ 12 ＋ 16＋ ＋ 14 ＋ 16 ）/ 180＝ (g/g)(以細(xì)胞 /葡萄糖計(jì) ) YX/O＝ （ 32）＝ (g/g)(以細(xì)胞 /氧計(jì) ) 第三節(jié) 微生物反應(yīng)過程的能量衡算 微生物反應(yīng)是放熱過程 。 微生物利用碳源 ， 通過呼吸 （ 有氧 ） 或發(fā)酵（ 無氧 ） 將能量轉(zhuǎn)化為 ATP， 供微生物生長 、代謝 ， 其余能量作為熱量排出 ， 進(jìn)行微生物優(yōu)化培養(yǎng)時(shí) ， 必須進(jìn)行適宜的溫度控制 。 ? 從反應(yīng)熱的角度考慮反應(yīng)過程中的能量代謝 ，進(jìn)行能量衡算 。 一 菌體得率 1． YKJ ：微生物對能量的利用 (消耗 1KJ熱量獲得的干菌體克數(shù) ， g/KJ) YKJ＝ ΔX (細(xì)胞生產(chǎn)量 ) Ea(細(xì)胞貯存自由能 )+Eb(分解代謝釋放自由能 ) ＝ (ΔH a)(ΔX)+( ΔH c) ΔH a :菌體 X的燃燒熱為基準(zhǔn)的焓變 ， 因菌體不同 ， 一般 取值 ΔH a＝－ ΔH c :所消耗基質(zhì)的焓變與代謝產(chǎn)物焓變之差 ， － ΔH c ＝ (ΔHs)( Δ[S]) ∑( ΔH p)( Δ[P]) ＝ (ΔH 0*)(Δ[O 2]) ΔHs :碳源氧化的焓變 ， kJ/mol； ΔH p :產(chǎn)物氧化的焓變 ， kJ/mol； ΔH 0*:為呼吸反應(yīng)焓變＝－ 444 kJ/mol[O2] 故總表達(dá)式可寫為： YKJ ＝
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