微生物反应动力学
- 格式:ppt
- 大小:860.05 KB
- 文档页数:93
微生物反应动力学微生物的生长速度、碳源氮源的利用速度,产物生成发酵过程的反应描述及速度概念(产物)(产物)(g.L-1.s-1)(s-1) (s-1)将各种因素的反应速度与微生物的生长联系操作条件与反应结果的关系,定量地(2)补料分批发酵(Fed-batch fermentation)(3)连续发酵(Continuous fermentation)微生物分批培养生长动力学延迟期:dx=0dt对数生长期:μμ=max倍增时间:t为倍增时间)时求得,t即在d=0.693/μ。
如果各种营养物质均大大过量的话,则μ=μm,即处于指数生长期的微生物,其生长繁殖不受营养物如果发酵的目的Monod方程f(s,p,T,pH,……,)Monod研究了基质浓度与生长速度的关系Monod方程(1949)01000基质中无抑制生物的物质:S K=ms μK K1在一定条件下培养大肠杆菌,得如下数据:S(mg/l) 6 33 64 153 221) 0.06 0.24 0.43 0.66 0.70求在该培养条件下,求大肠杆菌的μmax,Ks和td?Lmg K h s m /6.97)(11.11==−μ(产物)+CO2 +H2O 菌体的生长量相对于基质消耗量的收得率为生产率微生物合成的主要供给细胞生长的一类物质。
如氨基酸、核苷酸等等,这些物质称为初级在培养过程中产物的生成与细胞的生长相关在培养过程中产物的生成与细胞的生长部分在培养过程中产物的生成与细胞的生长不相关联,细胞处于生长阶段时,无产物积累,当细胞生长停止时,产物大量开始积累。
连续培养动力学提高设备的利用率和单位时间产量,只保持发酵中各参数趋于恒值,便于自动控制;首先做分批培养,让微生物在接种后生长至一定细胞浓以恒定的流量向发酵罐中加培养基,同时以相同的流量排放出培养液消耗速率+积累速率oD=μ当培养液中的细胞、基质和产物浓度保持恒定D =,培养液中菌体浓度随时间而增加,菌体浓度因培养物被“洗出”罐外而减少(生长+形成产物+消耗的产物连续培养的操作特性S)连续培养富集微生物的原理s μ时建立稳态:对应S 0如果引入微生物A :A (S 0)了解发酵反应动力学研究的基本内容的求解。
4 微生物反应动力学教学基本内容:微生物反应的特点;微生物反应的质量衡算,包括碳素衡算、碳源衡算、氧衡算;微生物反应的能量衡算。
微生物反应动力学,包括生长动力学、基质消耗动力学和产物生成动力学4.1 微生物反应的特点4.2 微生物反应过程的质量与能量衡算4.2.1 碳素衡算4.2.2 碳源衡算4.2.3 氧衡算4.2.3 能量衡算4.3 微生物反应动力学4.3.1 生长动力学4.3.2 基质消耗动力学4.3.3 产物生成动力学授课重点:1. 微生物反应与酶促反应的比较。
2. 微生物反应式及微生物反应平衡式的概念。
3. 菌体实验化学式的概念与测定方法。
4. 微生物反应中的动力学变量。
5. 微生物反应的得率系数的概念。
6. 微生物反应的维持常数的概念。
7. 碳素衡算。
8. 碳源衡算。
9. 氧衡算。
10. 能量衡算。
11. 莫诺方程。
12. 产物的Gaden模型。
难点:1. 微生物反应涉及到的动力学变量和参数远多于酶促反应。
2.微生物反应过程中碳源衡算、氧衡算和能量衡算间的关系。
3. 自由能消耗对菌体得率Y KJ的计算。
本章主要教学要求:1. 理解微生物反应与酶促反应的区别。
2. 掌握菌体实验化学式的测定方法。
3. 掌握微生物反应式中系数的确定方法。
4. 掌握微生物反应中动力学变量及参数的数学定义。
5. 理解碳素衡算式。
6. 理解碳源衡算式。
7 理解氧衡算式。
8. 理解碳源衡算与氧衡算、能量衡算之间的内在联系。
9. 掌握有效电子转移的概念,掌握Y KJ的计算方法。
10. 了解生长模型的分类。
11. 理解莫诺方程与米氏方程的区别。
掌握莫诺方程中动力学参数的测定方法。
12. 理解产物的Gaden模型。
4 微生物反应动力学19世纪生物学家巴斯德坚持由糖变为酒精的发酵过程是由细胞产生的,而毕希纳却发现磨碎了的酵母仍能使糖发酵产生酒精,认为发酵是由活细胞产生的非生命物质引起的,称为酶。
可见微生物反应与酶促反应在催化作用的实质看是一致的。
习题与答案2.简要回答微生物反应与酶促反应的最主要区别?答:微生物反应与酶促反应的最主要区别在于,微生物反应是自催化反应,而酶促反应不是。
此外,二者还有以下区别:(1)酶促反应由于其专一性,没有或少有副产物,有利于提取操作,对于微生物反应而言,基质不可能全部转化为目的产物,副产物的产生不可避免,给后期的提取和精制带来困难,这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。
(2)对于微生物反应,除产生产物外,菌体自身也可是一种产物,如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时,可用于提取这些物质。
(3)与微生物反应相比,酶促反应体系较简单,反应过程的最适条件易于控制。
微生物反应是利用活的生物体进行目的产物的生产,因此,产物的获得除受环境因素影响外,也受细胞因素的影响,并且微生物会发生遗传变异,因此,实际控制有一定难度。
(4)酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应过程,与微生物反应相比,在经济上有时并不理想。
4.Monod 方程建立的几点假设是什么?Monod 方程与米氏方程主要区别是什么? 答:Monod 方程建立的基本假设:微生物生长中,生长培养基中只有一种物质的浓度(其他组分过量)会影响其生长速率,这种物质被称为限制性基质,并且认为微生物为均衡生长且为简单的单一反应。
Monod 方程与米氏方程的主要区别如下表所示: Monod 方程与米氏方程的区别Monod 方程:SK SS +=m ax μμ 米氏方程:SK Sr r m +=m ax经验方程理论推导的机理方程 方程中各项含义: μ:生长比速(h -1)μmax :最大生长比速(h -1) S: 单一限制性底物浓度(mol/L) K S :半饱和常数(mol/L) 方程中各项含义: r :反应速率(mol/L.h) r max :最大反应速率(mol/L.h) S :底物浓度(mol/L) K m :米氏常数(mol/L)适用于单一限制性基质、无抑制 的微生物反应。