生化工程第五章微生物培養(yǎng)及發(fā)酵動力學-全文預覽
【正文】 產(chǎn)物 的形成和 菌體 的生長部分偶聯(lián) x p t 〖 三類發(fā)酵 － 非偶聯(lián)型 〗 產(chǎn)物 的形成和 菌體 的生長非偶聯(lián) x p t 濃 度 三 在 分批發(fā)酵 過程中 ， 微生物生長 、 產(chǎn)物形成 均與 基質利用 有關 ， 因此可建立平衡方程： ? 微生物生長 ：細胞積累＝生長 dX/dt = μX ? 產(chǎn)物形成 ：產(chǎn)物積累＝產(chǎn)物合成 dP/dt = μX m a xsKSS?? ? ?例 ： 在一定條件下培養(yǎng)大腸桿菌，得如下數(shù)據(jù)： S(mg/l) 6 33 64 153 221 μ(h1) 求在該培養(yǎng)條件下，求大腸桿菌的 μ max， Ks和 td? 解：將數(shù)據(jù)整理： S/μ 100 S 6 33 64 153 221 smmS KS??? ??μmax， ＝ (h1)。 二 發(fā)酵過程的反應描述： X S（底物） ─→ X （菌體） ＋ P（產(chǎn)物） 發(fā)酵反應動力學的研究內容 研究反應速度及其影響因素并建立反應速度與影響因素的關聯(lián) 反應動力學模型 反應器特性 + 反應器的操作模型 操作條件與反應結果的關系，定量地在線控制反應過程 調整期 對數(shù)期 穩(wěn)定期 衰亡期 時間 細菌數(shù)目的對數(shù) 某種細菌的生長曲線 二 微生物生長曲線 第一節(jié) 微生物生長動力學的基本概念 一、微生物在一個密閉系統(tǒng)中的生長情況： 時間 菌體濃度 延遲期 指數(shù)生長期 減速期 靜止期 衰亡期 延遲期： dxdt ?0指數(shù)生長期 : ???max倍增時間 ： td 靜止期： 。 已知酵母細胞和葡萄糖的燃燒熱分別為 104kJ/kg 和 104kJ/kg。 ? 從反應熱的角度考慮反應過程中的能量代謝 ，進行能量衡算 。 反應式為： C6H12O6＋ aO2＋ bNH3 →c(C . 2)＋ dH2O＋ eCO2 計算上述反應中的得率系數(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, 轉化為細胞內的碳為72 2/3=48(g) 故： （ 12） c=48 得： c= 轉化為 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=。 求氧的消耗量和酵母菌體的化學組成 。 第五章 微生物培養(yǎng)及發(fā)酵動力學 內容 1 基本概念 2 微生物反應的物料衡算 3 微生物反應的能量衡算 4 微生物反應動力學 微生物生長的基質 微生物反應的特點 二 微生物反應過程的質量衡算 例題： (選自賈士儒 48－ 69頁 ) （ ）培養(yǎng) ， 培養(yǎng)的反應式可用下式表達 ， 求計量關系中的系數(shù) a、 b、 c、 d。 消耗 100mol葡萄糖和48mol NH3生產(chǎn)了 48 mol菌體 、 312 mol CO2和 432molH2O。消耗的葡萄糖有 2/3的碳源轉化為細胞中的碳 。 微生物利用碳源 ， 通過呼吸 （ 有氧 ） 或發(fā)酵（ 無氧 ） 將能量轉化為 ATP， 供微生物生長 、代謝 ， 其余能量作為熱量排出 ， 進行微生物優(yōu)化培養(yǎng)時 ， 必須進行適宜的溫度控制 。 (2) 生成 1kg細胞量時的 ΔH h。 已知菌體的含碳量 （ 以碳源 /細胞計 ） 為 ,求采用不同培養(yǎng)基時的 YkJ. 化工手冊可知 ΔH 葡萄糖 ＝－ 2816kJ/mol, ΔH 乙醇 ＝－1368kJ/mol, ΔH 乳酸 ＝－ 1363kJ/mol, ΔH a ＝ －培養(yǎng)基 Yx/s(g/mol) (以細胞 /葡萄糖計 ) Yp/s(mol/mol) (以乙醇 /葡萄糖計 ) Yp/s(mol/mol) (以乳酸 /葡萄糖計 ) 菌體中由葡萄糖所來碳元素的量 基本 0. 2 合成 復合 一 發(fā)酵動力學研究內容： 研究 細胞生長速度 與 產(chǎn)物生成速 度 的關系及環(huán)境條件對速度的影響 。 3） 表示微生物生長快慢的另一方法： 倍增時間 td： 菌體細胞 質量增加一倍 所需的時間 ? td =例： 以乙醇為碳源進行產(chǎn)氣桿菌培養(yǎng)，菌體初始濃度 X0=,培養(yǎng)至 ,菌體濃度為 ， 若不考慮延遲期，而且 μ 一定，求 td 二 Monod方程 ? μ隨溫度 、 pH、 基質濃度 、 產(chǎn)物濃度 、 溶氧等條件而變化 .
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