生化工程第五章微生物培養(yǎng)及發(fā)酵動(dòng)力學(xué)(存儲(chǔ)版)
【正文】 為稀釋率 D與菌體濃度 X 之積 P連 ＝ DX＝ D Yx/s{S0－ [DKs / (μm D)] } 3． 連續(xù)培養(yǎng)與分批培養(yǎng)之比： P連 /P分 =DmXm/P分 P連 /P分 = ln(Xf / X0) +μm tL 注： μm 較大時(shí) ， 采用連續(xù)培養(yǎng)方法較好； μm 較小時(shí) ， 采用分批培養(yǎng)較合適 。S /(Ks + S) Dc:臨界稀釋速率 （ Dc=μm ） ,代表能運(yùn)行的最大稀釋 速率 。 時(shí)間 t=0， X0=, S0=50g/L.， 菌體生長可用 Monod方程描述 ， μm= h－ 1，Ks= 10－ 2g/L， YX/S=(細(xì)胞 /葡萄糖 )。 （ g /g細(xì)胞 .h） ? 生長得率 Yx/s ； 產(chǎn)物得率 Yp/s 四 . 生產(chǎn)得率系數(shù)和產(chǎn)物得率系數(shù) 1. 生產(chǎn)得率系數(shù)： ? Yx/s表示每消耗 1mol的基質(zhì)所形成的菌體質(zhì)量 （ g） Yx/s ＝ ΔX/ΔS＝ XX0/S0S ? Yx/o2 表示每消耗 1mol的 O2所形成的菌體質(zhì)量 （ g） Yx/s ＝ ΔX/ΔO2 ? Yx/ATP 表示每消耗 1mol的 ATP所形成的菌體質(zhì)量 （ g） Yx/s ＝ ΔX/ΔATP 2. 產(chǎn)物得率系數(shù)： ? Yp/s表示每消耗 1mol的基質(zhì)所生成的產(chǎn)物質(zhì)量 （ g） Yp/s ＝ ΔP/ΔS＝ PP0/S0S 五 . 分批培養(yǎng)的生產(chǎn)率 （ Productivity） ： 生產(chǎn)率 P=細(xì)胞或產(chǎn)物濃度 （ g/ L） /發(fā)酵時(shí)間 t(h） 其中：發(fā)酵時(shí)間 t = 1/μ m1/h)； ɑ為細(xì)胞自溶或內(nèi)源代謝速率 ， 其導(dǎo)致細(xì)胞量的損失 . 在 指數(shù)生長期 ， μ》 ɑ,故上式可改寫為： ? dX/dt = μX， 積分變形為： ln (X/X0) =μt 或 t = ln (X/X0) /μ 或 X=X0 eμt 第二節(jié) 微生物生長動(dòng)力學(xué) 注： 1） 一般情況下 ， 在微生物生長的各階段 ， 細(xì)胞增值規(guī)律 均符合指數(shù)生長定律 ， 但 μ值 隨時(shí)間變化 ； 2） 在 指數(shù)生長期 ， μ值達(dá)最大 μm ， 且保持穩(wěn)定；其他生長期 ， μ值隨時(shí)間變化 。 反應(yīng)式為： ＋ →C .3. 92 H6. 5O 1. 94＋ ＋ 求 （ 1） Yx/s。 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) 。 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 。 d=。 解： Yx/s＝酵母細(xì)胞分子質(zhì)量 / 葡萄糖分子質(zhì)量 ＝ 12＋ ＋ 16 / 180 ＝ ＝ （ kg/kg） 生成 1kg酵母細(xì)胞需要葡萄糖 1/=(kg) ΔH h ＝ ΔHsΔ[S] ΔH xΔX ＝ 104 － 104 1 ＝ 104（ kJ） 、 含有多種氨基酸合成培養(yǎng)基和基本培養(yǎng)基進(jìn)行單胞菌的厭氧培養(yǎng) 。 Ks＝ mg/L 0 100 2000100200300400?/ssm1 ? ?m sk ? ?td＝ ln2/ μmax＝ h smmS KS??? ??第三節(jié) 產(chǎn)物形成動(dòng)力學(xué) 一、初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物 次級(jí)代謝產(chǎn)物： 還有一類產(chǎn)物，對細(xì)胞的代謝功能沒有明顯 的影響，一般是在穩(wěn)定期形成，如抗生素等
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