【正文】 （ 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)行定量評價的重要參數(shù) 。 呼吸商 。 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 ) YX/O＝ （ 32）＝ (g/g)(以細(xì)胞 /氧計 ) 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 。 碳源為葡萄糖 ， 獲得如下結(jié)果 (下表 )。 初級代謝產(chǎn)物： 微生物合成的主要供給細(xì)胞生長的一類物質(zhì)。 （ 假定培養(yǎng)期間均 SKs, μm= h－ 1） 2. 采用合成培養(yǎng)基 ， 在 1m3的反應(yīng)器中對大腸桿菌進(jìn)行分批培養(yǎng) ，菌體生長可用 Monod方程描述 。 ? 連續(xù)培養(yǎng)與分批培養(yǎng)的區(qū)別： 維持恒定狀態(tài)環(huán)境條件 如基質(zhì)濃度 S、 產(chǎn)物濃度 P、 細(xì)胞濃度 X、 比生長速率 μ、 pH等始終維持不變 ? 維持恒定狀態(tài)目的： 穩(wěn)定高效 的 培養(yǎng)微生物 或產(chǎn)生大量代謝 產(chǎn)物 。 菌種濃度 X、 基質(zhì)濃度 S、 細(xì)胞產(chǎn)率 P及稀釋率 D 的 變化 關(guān)系 如圖 ： 菌種濃度 X與稀釋率 D的關(guān)系 ： 隨 D增加 ， X逐漸減少 ， 起初 不明顯 ， 當(dāng) D漸接近 Dc＝ μm ， X急跌至 0， 微生物全部洗出 。 ? 發(fā)酵系統(tǒng)的控制：發(fā)酵選擇最佳條件下進(jìn)行，需要工業(yè)自動化控制 ? 連續(xù)發(fā)酵的應(yīng)用范圍： ? 主要用于生產(chǎn)微生物細(xì)胞、一級代謝產(chǎn)物等：面包酵母、單細(xì)胞蛋白（ SCP）、 啤酒、酒精、葡糖異構(gòu)酶及工業(yè)污水處理 … . 發(fā)酵罐 濃縮細(xì)胞 CX1 aF aF (1+a)F X1 F1X2 最終流出液 連續(xù)離心 培養(yǎng)基流入 細(xì)胞再循環(huán)的單級恒流速連續(xù)發(fā)酵 五 細(xì)胞再循環(huán)的單級恒流速連續(xù)發(fā)酵動力學(xué) 1) 微生物細(xì)胞的物料平衡： ? 積累細(xì)胞＝進(jìn)入細(xì)胞－流出細(xì)胞＋生長細(xì)胞＋再循環(huán)細(xì)胞 dX/dt= FX0/V－ (1+α)FX 1/V ＋ μX 1 ＋ αFCX 1/V 穩(wěn)定態(tài)下 dX/dt =0, 由于流入細(xì)胞濃度 X0＝ 0，D=F/V， 故簡化為 μ ＝ D（ 1+α － αC ） 注： ? 細(xì)胞再循環(huán)系統(tǒng)中 ， D≠μ 。 細(xì)胞產(chǎn)率 P=DX與稀釋率 D的關(guān) 系： 隨 D的增加 P逐步增大 ， 可達(dá)最 大 DX值 （ DmXm） ， Dm為理論上 的最適宜稀釋速率 。 1/D (h)： 培養(yǎng)液在罐內(nèi)的平均停留時間 ， 可用 t表示 注： D =μ ＝ F/V， 可通過改變 F（ 流加速率 ） 調(diào)節(jié) μ 值： ? Dμ, 則 dX/dt 0, 微生物濃度將隨時間而增加； ? Dμ, 則 dX/dt 0, 微生物濃度將隨培養(yǎng)物被洗出 （ wash out） 而減少； ? D＝ μ, 則 dX/dt ＝ 0， 微生物濃度不隨時間而變化 ， 處于恒態(tài) ― 連續(xù)培養(yǎng)穩(wěn)定狀態(tài) 2) 限制性底物的物料平衡： ? 底物積累＝ （ 進(jìn)入－流出 ） 底物－ （ 生長＋形成 產(chǎn)物＋維持代謝 ） 底物 dS/dt = F（ S0－ S） /V－ （ μX/Yx/s＋ qpX/Yp/s＋ mX） 由于 mX《 μX/Y x/s， 產(chǎn)物形成的需求 （ qpX/YP/s） 忽略時 ， 該式簡化為： dS/dt = F（ S0－ S） /V－ μX/Yx/s 穩(wěn)定態(tài)下 dX/dt =0 則： D（ S0－ S） =μX/Yx/s 當(dāng)穩(wěn)定態(tài) D=μ時， X＝ Yx/s（ S0－ S） （ 1） 其中 ： S0， S－ 流入和流出的營養(yǎng)底物的濃度 （ g/L） ； F－ 培養(yǎng)液體積流量 （ L/h） ； V－ 反應(yīng)器容積 (L)； m－ 維持系數(shù) （ g基質(zhì) /g細(xì)胞 .h） ； μ－ 比生長速率 （ h－ 1） ； Yx/s－ 以消耗基質(zhì)為基準(zhǔn)的細(xì)胞得率 （ g細(xì)胞 /g基質(zhì) ） ； Yp/s－ 以消耗基質(zhì)為基準(zhǔn)的產(chǎn)物生成率 （ g產(chǎn)物 /g基質(zhì)） 3） 細(xì)胞濃度與稀釋率的關(guān)系 據(jù) Monod方程 : μ ＝ μ m 問 :當(dāng) 80％ 基質(zhì)已消耗所需時間 。 二、發(fā)酵動力學(xué)類型（ 產(chǎn)物形成 和 菌體生長 關(guān)系 ）： 〖 一類發(fā)酵－ 偶聯(lián)型 〗 產(chǎn)物 的形成和 菌體 的生長相偶聯(lián) x p t 〖 二類發(fā)酵－ 混合型 〗 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(zhì)利用 有關(guān) ， 因此可建立平衡方程： ? 微生物生長 ：細(xì)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 二 發(fā)酵過程的反應(yīng)描述： X S（底物）