第五章微生物生長動力學(編輯修改稿)
2025-08-28 13:14 本頁面
【文章內容簡介】 胞生長動力學 —— Monod方程 現(xiàn)代細胞生長動力學的奠基人 Monod在1942年便指出 ， 在培養(yǎng)基中無抑制劑存在的情況下 ， 細胞的比生長速率與限制性基質濃度的關系可用下式表示： ?該方程中 為比生長速率 (s1)； 為最大比生長速率 (s1 ， min1 ， h1)， S為限制性基質濃度 (g/L)； Ks為飽和常數(shù) (g/L)，其值等于比生長速率為最大比生長速率一半時的限制性基質濃度。 Monod方程是典型的均衡生長模型 ， 其基本假設如下： ① 細胞的生長為均衡式生長 ， 因此描述細胞生長的唯一變量是細胞的濃度； ② 培養(yǎng)基中只有一種基質是生長限制性基質 ， 而其它組分為過量不影響細胞的生長； ③ 細胞的生長視為簡單的單一反應，細胞得率為一常數(shù)。 細胞的比生長速率與限制性基質濃度的關系 S 當限制性基質濃度很低時， S Ks，此時若提高限制性基質濃度，可以明顯提高細胞的生長速率。此時有： 細胞比生長速率與基質濃度為一級動力學關系。 SK S?? m a x?? 當 S Ks時， μ =μ m，若繼續(xù)提高基質濃度，細胞生長速率基本不變。此時細胞的比生長速率與基質濃度無關，為零級動力學特點。 ? 將 Monod方程式變?yōu)? 為直線方程。 不同的菌種，不同的培養(yǎng)基， Ks和 是 不同的。 m a xm a x1)1(1?????SK S微生物 限制生長基質 Ks μm（ hr） 大腸桿菌 葡萄糖 / 大腸桿菌 乳糖 / 啤酒酵母 乳糖 ~ 啤酒酵母 葡萄糖 / 纖維素分解菌 葡萄糖 固氮菌 葡萄糖 ~ 青霉菌 氧氣 Ks和 μ m值隨菌種、限制性基質種類的變化 μ m值基本接近，是同一個數(shù)量級。 Ks和 μ m值不僅隨菌種而異，對不同的限制性基質也不同。 Ks的意義： Ks越小，則 S增加少許， μ 增加很大，所以 Ks越小， μ 就越敏感。 Ks可以表示菌體細胞與基質親和力的關系。 Monod方程雖然表述簡單，但它不足以完整地說明復雜的生化反應過程，并且已發(fā)現(xiàn)它在某些情況下與實驗結果不符，因此人們又提出了另外一些方程。 （ 3）其他幾種生長速率方程式 ? Tessier方程式（ 1942年） ?????? ???? )e x p (1m a xSKSXdtdX ??????? ???? )e x p (11m a xSKSdtdXX????????????? 32 )(!31)(!2!)(1)e x p (SSSS KSKSKSKS? 當 S很低時， 代入原式 與 Monod方程一樣。 SS KSKS??? 1)e x p (SKSm a x?? ?? Co
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