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第15章微生物反应器

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《生物反应器》PPT课件

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第二章 生物反应器
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1
生物反应器：是指有效利用生物反应机能的系统（或 场所），不仅包括传统得发酵罐（fermenter）、酶反 应器，还包括采用固定化技术后的固定化酶或细胞反 应器、动植物细胞培养用反应器和光合生物反应器等。
生物反应器：为生物催化剂进行反应而提供良好反应 环境的核心设备。
对细胞生长： 累积量=进入量-流出量+生长量-死亡量
对底物消耗： 累积量=进入量-流出量-反应消耗量
对产物生成： 累积量=进入量-流出量+反应生成量
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9
反应器设计和操作参数
停留时间τ 反应器体积VR 转化率φ=(S0-S)/S0 生产能力(生产强度)PX: 单位时间单位体积 的细胞的生产量(kg *m-3 *h-1)。
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5
生物反应器选型与设计的要点
选择适宜的生物催化剂。这包括要了解产物在生物反 应的哪一阶段大量生成、适宜的pH和温度，是否好氧 和易受杂菌污染等。
确定适宜的反应器形式。 确定反应器规模、几何尺寸、操作变量等。 传热面积的计算。 通风与搅拌装置的设计计算。 材料的选择与确保无菌操作的设计。 检验与控制装置。 安全性。 经济性。
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24
连续活塞流反应器
平稳，等速流动，不存在返混，所有微元体在反应器 中的停留时间都是相同的。
返混：反应器内停留时间不同的微元流体之间的“混 合”。
CSTR反应器可使这种返混的程度达到最大，常称为全 混流反应器；CPFR是另一个极端，在反应器中不存在 返混，是活塞流反应器。
主要用途：对剪切敏感的组织培养过程，废水处理过 程，固定化酶和固定化细胞的反应过程。
优点：较高的产率，易优化控制

动物细胞培养生物反应器

动物细胞培养生物反应器

•
传统发酵罐
•
酶反应器等
•
固定化酶和细胞反应器
•
动植物细胞培养反应器
.
3
生物反应器类型
机械搅拌式反应器 气升式生物反应器 鼓泡塔生物反应器 膜生物反应器
动物生物反应器 植物生物反应器
.
4
一 机械搅拌式生物反应器
医药工业中的第一个大规模的微生物发酵过程青霉 素生产是在机械搅拌式反应器中进行的。且迄今为 止，对新的生物过程，首选的生物反应器仍然是机 械搅拌式反应器。机械搅拌式反应器能适用于大多 数生物过程，是形成标准化的通用产品。
• 显然，反应器的增大有利于降低生产成本。
.
31
2 动植物细胞培养反应器得到较大发展
• 由于动植物细胞培养可以得到很多高附加值生物 制品，如干扰素，单克隆抗体等，细胞培养反应 器的开发越来越受到重视。其中关于供氧问题， 快速升温、SIP自动灭菌、CIP自动清洗、机械 密封、排气处理、取样处理等问题等都需很好解 决。
混合不够均匀。
.
28
三 其他类型反应器
• 鼓泡塔生物反应器 • 膜生物反应器 • 固定床和流化床反应器 • 动物植物生物反应器 • 其他
.
29
四 生物反应器的发展趋势
• 生物反应器的研究、开发和设计是生物技 术的一个重要内容，一种好的生物反应器 出现往往能够大规模降低生产成本，成为 生物制品成功商业化的关键。因此，生物 反应器的开发一直很活跃，尤其是最近的 细胞生物反应器开发更是如此。生物反应 器的发展趋势可归纳为以下几个方面：
.
7
• 反应器的结构
.
8
几何尺寸
H/D=1.7~4 d/D=1/2~1/3 W/D=1/8~1/12 B/D=0.8~1.0 (s/d)2=1.5~2.5 (s/d)3=1~2

微生物反应动力学与微生物反应器解析

微生物反应动力学与微生物反应器解析

td: 倍增时间(doubling time)
第一节 微生物反应动力学
微生物的Logistic增长曲线
X Xm
dX/dt=a(Xm-X)X
时间t
第一节 微生物反应动力学
（二）微生物生长速率与基质浓度的关系
Monod（莫诺特）方程
μ
μ max

max S
Ks S

1 μ max 2
S：生长限制性基质的浓度(mg/L) μmax ：最大比生长速率(1/h)
kv De 球形催化剂的西勒数
第一节 微生物反应动力学
三、微生物生长速率与基质消耗速率的关系
在环境工程中，常常需要根据污染物
的生物降解速率预测微生物的生长量
rs
1 Y x / s*
rx mx X
(15.3.16)
rx Y x / s*(rs ) mxY x / s*X
(15.3.59)
第二节 微生物反应器的操作与设计
半连续培养的物料衡算
假设反应器内流体完全混合，只 有一种限制性基质，微生物均衡 生长，细胞产率系数恒定
体积流量:qv 基质浓度:Sin
菌体浓度: Xin=0
d (VX ) XV dt
(15.4.10)
S、V、X
d (VS ) 1 qVSin (rs )V qVSin XV dt Yx / s (15.4.11)
dX dS Y x / s* mxY x / s* X dt dt
(15.3.60)
常数b
第一节 微生物反应动力学
dX dS Y x / s* bX dt dt
在污水生物处理中 Yx/s*：污泥真实转化率或污泥真实产率

微生物反应动力学

微生物反应动力学
第一节 微生物生长动力学 第二节 基质消耗动力学 第三节 代谢产物的生成动力学
什么是发酵动力学？
发酵动力学：研究微生物生长、产物合成、底物消耗之间
动态定量关系，定量描述微生物 生长 和 产物形成 过程。
主要研究：
1、发酵动力学参数特征：微生物生长速率、发酵产物合成 速率、底物消耗速率及其转化率、效率等； 2、影响发酵动力学参数的各种理化因子； 3、发酵动力学的数学模型。
0
x0 （0<t<t1)
µm
x0e µm t (t1<t<t2)
µ = ms
Ks s
0 -a
x= x0e µm(t2-t1) e µt (t2<t<t3)
xm (t3<t<t4) xme -a t (t4<t<t5)
分批发酵动力学-细胞生长动力学
其它模型1
在无抑制作用情况下（但有底物限制存在）
m 1 exp S KS
产物比生成速率
qP
1 dP x dt
（6-17）
qS
YG
m
qP YP
ds x mx 1 dp
dt YG
YP dt
qS
YX / S
qs qp YP / S
ds 1 dx x
dt YX / S dt YX / S
ds 1 dp dt YP/ S dt
分批发酵动力学-基质消耗动力学
③ Yx/ATP：消耗每克分子的三磷酸腺苷生成的细胞克数。
分批发酵动力学-基质消耗动力学
产物得率系数：
Yp/s ,YP / O2 ,YATP / s ,YCO2 / s ：
消耗每克营养物（s）或每克分子氧(O2)生 成的产物(P)、ATP或CO2的克数。

《生物反应器》课件

《生物反应器》课件

。
新药研发中的应用实例
01
药物筛选
利用生物反应器进行药物筛选， 寻找具有药效的化合物或微生物 。
药物合成
02
03
药物改造
通过生物反应器合成药物，如蛋 白质、多糖等，提高药物的生产 效率和纯度。
利用生物反应器对药物进行改造 ，如蛋白质工程、基因工程等， 提高药物的疗效和安全性。
05
生物反应器的发展趋势与挑战
生产成本
生物反应器的生产成本较高，需要采取有效措施降低成本，提高经济 效益。
人才短缺
生物反应器技术的发展需要大量的专业人才和技术工人，但目前市场 上相关人才短缺，制约了产业的发展。
生物反应器的未来展望
广泛应用
随着生物技术的不断发展和 应用领域的扩大，生物反应 器将在医药、食品、化工等 领域得到更广泛的应用。
生物反应器应能高效地进行生物反应，确保 高转化率和产物浓度。
适应性原则
生物反应器应能适应不同的生物反应需求， 具备灵活性和可扩展性。
稳定性原则
生物反应器应具备稳定的操作性能，保证反 应的连续性和可靠性。
易于维护原则
生物反应器应便于清洁、维修和保养，降低 运营成本。
生物反应器的优化目标
提高转化率
通过优化反应条件和操作参数，提高生物反 应的效率。
THANKS
感谢观看
01
温度
维持适宜的温度，保证微生物的正 常生长和代谢。
溶解氧
维持适宜的溶解氧浓度，以满足微 生物的需氧需求。
03
02
pH值
维持适宜的pH值，保证微生物的正 常生长和代谢。
底物浓度
控制底物浓度，以调节微生物的生 长和产物生成。
04
生物反应器的效率评估

转基因生物反应器

转基因生物反应器

反转录病毒感染法：将含目的基因的反转录病毒载体人为感染早期胚胎细胞实现基因转移，产生转基因动物。
01
特点：基因转移效率、感染率、整合率明显高于其他基因转移方法。
02
但不能完全杜绝反转录病毒在转基因动物生产的商品中的污染。
03
卵母细胞显微注射法 基本方法：将带有外源目的基因的反转录病毒通过显微注射技术注入卵母细胞的卵周腔，通过体外受精，胚胎移植获得转基因动物。 优点（ห้องสมุดไป่ตู้62） 适合制备大型转基因动物 对卵的机械损伤小 提高外源基因与核染色体接触的机会 提高外源基因的整合率
01
优良动物的育种：通过转基因可获得生长快速、品质良好、抗病力强、产量高的动物品种。
03
在异种器官移植中，通过转基因技术以期获得人类所需的不被免疫排斥的器官。
05
转基因动物模型与基因治疗
02
在医药领域：通过相应转入目的基因的动物获得所需的药物
04
生物反应器：P263－265 优点：易养殖、通过乳腺和血液制备活性物质简单易行 不足：制备转基因动物成本高 易产生一些伦理问题
曾溢滔院士预测称，目前一种新药从它的研制开发、通过药审、直到上市，约需10~15年。如果利用转基因动物-乳腺生物反应器，新药生产的周期为5年左右。
据悉，曾溢滔院士在1998年研制出转基因羊、1999年研制出转基因牛，这两项成果，震惊了世界，并连续两年获得两院院士评选的十大科技进展。
12.4 转基因植物生物反应器
方法：外源目的基因导入能进行体外培养的动物细胞，再以这些细胞作为核供体，利用克隆动物技术获得转基因动物。
优点（262）
获得转基因动物的效率高
通过鉴别核供体核型预知转基因动物性别
所需动物数量大为减少

微型生物反应器在生物医学工程中的应用

微型生物反应器在生物医学工程中的应用随着生命科学和医学技术的发展，人们对于微型生物反应器的研究越来越深入，这一新型技术在生物医学工程领域的应用也越来越广泛。

微型生物反应器，是指体积小于1毫升的微型反应器，通过微流控技术，可精确定量分发各种生化试剂和细胞，供细胞培养和微生物发酵使用。

微型生物反应器已经被广泛使用于基因工程、药物筛选、医学诊断和治疗等领域。

本文将从微型生物反应器的概述、微生物反应器的应用、细胞培养的应用、药物筛选的应用、三维打印的应用入手，论述微型生物反应器在生物医学工程中的应用。

一. 微型生物反应器的概述微型生物反应器是一种微流控技术的应用，将细胞或者微生物及其培养液通过微型管道输送到可控的微型反应器中进行培养和生长。

相比于传统的宏观反应器，微型生物反应器具有以下优点：1. 体积小，反应速度快：微型生物反应器的体积通常小于1毫升，可以快速完成反应过程。

2. 反应温度、pH、压力等可控：微型生物反应器的温度、pH 和压力等参数可以通过控制流体输送速度、温度和压力等实现，比传统反应器更加精确且稳定。

3. 重现性好：通过微控制技术和微型反应器的设计，可以实现反应过程的重现性，提高实验结果的可靠性。

二. 微生物反应器的应用微生物工程是微型生物反应器最早应用的领域之一。

微生物反应器用于微生物发酵的研究，可以大大提高反应的速度、控制发酵过程的参数和提高产率。

目前，微生物反应器在食品工业、制药工业和农业等领域的应用越来越广泛。

例如，在发酵红曲菌中合成伏特加风味增强剂时，使用微型生物反应器可以大幅提高反应速度和产量，同时也可以大大减少废弃物的产生。

三. 细胞培养的应用细胞培养是微型生物反应器在生物医学工程中的广泛应用领域之一。

微型细胞反应器已经成为细胞生物学、组织工程和干细胞研究等领域的重要工具。

通过微型细胞反应器，可以实现对细胞的高效培养、指定细胞类型的强制分化、复杂的细胞-细胞相互作用和疾病相关的组织工程体系建立等。

胡洪营《环境工程原理》(第2版)配套辅导用书-第十四章 微生物反应器【圣才出品】


二、微生物反应的计量关系 1．微生物反应综合方程 （1）微生物浓度的表达方式 一般用质量浓度，即单位体积培养液（反应介质）中所含细胞的干燥质量来表示，常 用的单位有 kg（细胞）/m3 等。 （2）微生物细胞的组成式 在工程上，常用微生物的无灰干燥细胞的元素组成如 CHxOyNz 来表示细胞的组成。 （3）微生物反应的综合计量式 把参与微生物反应的碳源、氮源以及其他营养物质统一表示为基质 S、微生物细胞表 示为 X、反应产物表示为 P，则微生物反应的综合方程可写为
以生成的 ATP 量为基准的细胞产率系数 YX/ATP[单位：kg（细胞）/kmol（ATP）]定
义为
（14-13） 式中，△nATP 为反应生成的 ATP 量，kmol；YATP/S 为全部作为能源时消耗 1kmol 的
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古细菌
如产甲烷细菌、极端嗜盐细菌和嗜酸嗜热细菌
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非细胞微生物
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如病毒等
（2）微生物特性
①单细胞微生物的悬浊液在微生物浓度较低的情况下可以视为流体；
②当微生物大量分泌多糖等高分子化合物时，培养液的黏度增加，将具有非牛顿流体
（2）微生物反应的影响因素
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台
微生物反应的影响因素包括微生物的种类、基质的种类和浓度、环境条件等。对某一
微生物种类和基质确定的反应系统，环境因素，特别是 pH 和温度往往是重要的影响因素。
（3）微生物反应在环境领域中的应用 在污染防治工程中，微生物反应主要用于污染物的降解和转化，它广泛地应用于城市 污水及工业废水的生物处理、有机废气、挥发性有机物（VOCs）及还原性无机气体的生 物处理、有机废弃物的堆肥处理等。

生化反应工程试题库

试题库结构章节 试题分布名词解释 数学表达式 简答题图形题推导题判断题 计算题合计第一章 0 0 9 0 0 0 0 9 第二章 0 0 11 0 0 0 2 13 第三章 1 3 9 3 11 4 2 33 第四章 1 11 6 7 1 11 14 51 第五章 3 1 7 8 2 0 13 34 第六章 6 0 6 2 0 0 0 14 第七章 2 2 2 2 0 0 13 21 第八章 0 0 36 0 0 0 2 38 合计 13 17 86 22 14 15 46 213一、名词解释[03章酶促反应动力学]酶的固定化技术：[04章微生物反应动力学]有效电子转移：[05章微生物反应器操作]流加式操作：连续式操作：分批式操作：[06章生物反应器中的传质过程]粘度：牛顿型流体：非牛顿型流体塑性流体假塑性流体胀塑性流体[07章生物反应器]返混：停留时间：二、写出下列动力学变量（参数）的数学表达式[03章酶促反应动力学]1. Da准数：2. 外扩散效率因子：3. 内扩散效率因子：[04章微生物反应动力学]1. 菌体得率：2. 产物得率：3. 菌体得率常数：4. 产物得率常数：5. 生长比速：6. 产物生成比速：7. 基质消耗比速：8. 生长速率：9. 产物生成速率：10. 基质消耗速率：11. 呼吸商：[05章微生物反应器操作]1. 稀释率：[07章生物反应器]1. 停留时间：2. 转化率：三、简答题：[01章绪论]1．什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2．生物反应工程研究的主要内容是什么？3．生物反应工程的研究方法有哪些？4．解释生物反应工程在生物技术中的作用。

5. 为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？6. 何为系统生物学？7. 简述生化反应工程的发展史。

8. 如何理解加强“工程思维能力”的重要性。

9. 为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？[02章生物反应工程的生物学与工程学基础]1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。

反应工程原理


第一节 反应器与反应操作
③空间时间（空时、空塔接触时间）(space time) 反应器有效体积(V)与物料体积流量(qv)之比值。 空间时间
V / qV
(11.1.1)
注意： • 具有时间的单位，但不是反应时间也不是接触时间 • 可视为处理与反应器体积相同的物料所需要的时间。 τ＝30s 表示了什么？ 每30s处理与反应器有效体积相等的流体
反应量 -rAV
qnA0 qV cA0
浓度cA，cB 体积V
第一节 反应器与反应操作
（四）有关反应器操作的几个工程概念 ①反应持续时间 (reaction time)： 简称反应时间，主 要用于间歇反应器，指达到一定反应程度所需的时 间。 ②停留时间 (retention time)： 亦称接触时间，指连续 操作中一物料“微元”从反应器入口到出口经历的实 际时间。 平均停留时间：在实际的反应器中，各物料“微元” 的停留时间不尽相同，存在一个分布，即停留时间分 布。各“微元”的停留时间的平均称平均停留时间。
第III篇 反应工程原理
将化学和生物反应原理应用于污染控制工程， 需要借助适宜的装置，即反应器来实现。 系统掌握反应器的基本类型及其操作原理和设 计计算方法，对于优化反应器的结构型式、操作方 式和工艺条件，提高污染物去除效率有重要意义。 本篇主要阐述化学与生物反应的计量学、 动力学及其研究方法，环境工程中常用的各类 化学和生物反应器及其基本设计计算方法等。
第一节 反应器与反应操作
四、反应器内反应物的流动与混合状态
在实际的反应器中，一般存在浓度、温度和流速的分布，从 而可能造成不同的“流团”间有不同的停留时间、组分、浓度和 反应速率。(例子：同时进场以班为单位顺序出场；跳球抽号机) 返混(back mixing)： 处于不同停留时间的“流团”间的混合称返混。 混合后形成的新“流团”的组分和浓度与原来的“流团” 不同，反应速率亦可能随之发生变化，这将影响整个反应器 的反应特性。
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利用该式可以从理论上计 算细胞产率系数
(15.2.17)
第二节 微生物反应的计量关系
【例题15.2.2】某假单胞菌在好氧条件下，以葡萄糖为基 质时的细胞产率系数为：YX/S=180 g（细胞）/mol（葡萄 糖），YX/O=30.4 g（细胞）/mol（O2），若基质水平磷酸 化的ATP生成量为2 ATP/mol （葡萄糖）， 呼吸链反应的
细胞的生长量 X ＝ 反应消耗的基质量 －S
YX/S
(15.2.6)
YX/S值的大小：可能小于1，也可能大于1
第二节 微生物反应的计量关系
表15.2.3 细菌的细胞产率系数 微生物 Saccharomyces cereviside Saccharomyces cereviside Aerobacter aerogenes Aerobacter aerogenes Aerobacter aerogenes Escherichia Coli Candida utilis 基质 葡萄糖（好氧） Y X/S ［g•g-1］ 0.53
第1章绪论
第一节 微生物与微生物反应
①合成反应
②维持细胞的活性 ATP 维持能（不 用于细胞合 成以及第二 和第三类产 物的生成）
基质分解 所产生的 能量及其 消耗途径
③保持细胞内外的浓度梯度 ④用于细胞内各类转化反应
⑤热能（释放到环境）
第1章绪论
第一节 微生物与微生物反应
（二）微生物反应的影响因素 •微生物的种类 •基质的种类和浓度(注意抑制作用) •环境条件 •共存物质（注意刺激效应、抑制作用）
(15.2.2)
a=zYx/c+wYp/c b=(1-Yx/c-Yp/c+m/4-n/2)+(Yp/c/4)(-u+2v+3w)+(Yx/c/4)(-x+2y+3z) c=m/2+( Yp/c/2)(-u+3w)+ (Yx/c/2)(-x+3z)
第二节 微生物反应的计量关系
计量学限制性物质：细胞生长过程中首先完全消耗掉的物质
生长速率限制性基质：在一定的环境条件下，向反应系统
中加入某一基质，能使微生物生长速率增加，则该基质 被称为生长速率限制性基质。（富营养化湖泊的营养限 制因子）
第二节 微生物反应的计量关系
二、细胞产率系数
（一）以基质质量为基准的细胞产率系数Yx/s
反应系统中细胞的生长量（细胞干燥质量）与反应消
耗掉的基质的质量之比[单位：kg (细胞) /kg (基质) ]
ATP生成量YATP/O（1mol氧原子生成的ATP的物质的量）
为1。试求出YX/ATP。 解：1mol葡萄糖生成的菌体量ΔX为：
ΔX=1.0•YX/S=1.0×180=180 g（细胞）
1mol葡萄糖糖酵解产生的ATP量：2 mol
第二节 微生物反应的计量关系
1mol葡萄糖经呼吸链产生的ATP量：
第二节 微生物反应的计量关系
YX/S M S YATP/S (1 YX/C )
YX/S M S
YX/ATP
(15.2.15)
YX/ATP
X YATP/S (1 YX/S ) S
YX/ATP YATP/S
(15.2.16)
YX/ATP＝ 8～11,平均10
YX/S
X M S YX/ATP YATP/S S
第一节 微生物与微生物反应
本节思考题
(1) 为什么说微生物反应类似于化学反应中的自催化反应？
(2) 微生物反应一般可分为哪几类反应？ (3) 微生物反应中的基质有哪些作用？ (4) 微生物反应的产物有哪几类？ (5) 有机物的微生物分解反应中产生的能量有哪些用途？
第二节 微生物反应的计量关系
本节的主要内容 一、微生物反应综合方程 二、细胞产率系数 三、代谢产物的产率系数
第二节 微生物反应的计量关系
（四）以ATP为基准的细胞产率系数
以基质分解反应生成的ATP量为基准表示细胞的产率 YX/ATP[单位：kg (细胞) /kmol (ATP) ] 定义为：
YX/ATP
YX/S M S X nATP YATP/SYE
(15.2.13)
每消耗1kmol的基质实际产生的ATP量 YE：消耗基质中用于产能的比率 YATP/S：1kmol的基质全部用于产能时产生的ATP量 YE＝1－YX/C
葡萄糖（厌氧）
葡萄糖（好氧） 乳酸
0.14
0.40 0.18
丙酮酸
NH4+ NH4+
0.20
3.5 10~22
第二节 微生物反应的计量关系
间歇培养过程中的细胞产率 总产率系数(overall cell yield)
YX/S
Xt X0 S 0 St
总细胞数 细胞个数
YX/S
dX dS
第二节 微生物反应的计量关系
【例题15.2.3】已知某细菌在以葡萄糖为基质时的
YX/S=0.404 g（细胞）/g（葡萄糖），试求YX/av.e解：葡萄糖的分子量MS=12×16+1×12+16×6=180 葡萄糖完全燃烧时的需要量ΔnO ＝6mol (O2) /mol (葡萄糖)
2
故
YX/av.e－
CH2O aNH3 bO2 YX/CCH1.66O0.273 N0.195 (1 YX/ C )CO2 cH2O
根据基质和细胞的元素组成可得：
S ＝12/(12+1×2+16×1)=0.4 X ＝12/(12+1.66×1+0.273×16+0.195×14)=0.578
第1章绪论
第一节 微生物与微生物反应
（三）微生物反应在环境领域中的应用
污染物的生物分解与转化 • 污染水体、土壤的修复
• 城市污水及工业废水的生物处理 • 有机废气、挥发性有机物(VOCs)及还原性 无机气体的生物处理 • 有机废弃物的堆肥处理
工业微生物反应与环境微生物反应器的 不同目的、微生物种类、规模
YX / S M S 0.404180 3.03g(细胞) /mol(av.e ) 4 nO2 4 6
第二节 微生物反应的计量关系
三、代谢产物的产率系数
代谢产物的产率系数(YP/S)定义为：
YP/S
代谢产物生成量 P r ＝ ＝ P 基质消耗量 S －rS
(15.2.21)
第二节 微生物反应的计量关系
【例题15.2.1】 以葡萄糖(C6H12O6)为碳源，NH3为氮源， 在好氧条件下培养某细菌，得到的细胞的元素组成为 CH16.6O0.273N0.195。设该细菌的YX/C=0.65，反应产物只有 CO2和水。试计算YX/S和YX/O。 解：将葡萄糖的元素组成式写为CH2O，且根据题意YP/C=0， 则微生物反应的计量方程如下：
二、微生物反应及其在污染防治中的利用
（一）微生物反应的特点
参与微生 物反应的 主要组分
复杂反应体系
基质、营养物、活细胞、 非活性细胞、分泌产物 等。
微生物反应的总反应式（概括式）
碳源＋氮源＋其它营养物质＋氧→细胞＋代谢产物＋CO2＋H2O
第1章绪论
第一节 微生物与微生物反应
①基质利用 类似于化学 反应中的自 催化反应
1mol葡萄糖分解所产生的总ATP量：2＋11.8=13.8 mol (ATP)
YX/ATP 180g（细胞） 13.0g( 细胞) / mol(AT 微生物反应的计量关系
（五）以有效电子数为基准的细胞产率系数
以有效电子(available electron)为基准的细胞产率系数
第二节 微生物反应的计量关系
根据YX/S与YX/C的关系：
YX/S
S 0.4 YX/C 0.65 0.450kg kg1 X 0.578
由计量方程，求得各元素的物料衡算式如下：
O的物料衡算：1+2b=YX/C×0.273+(1-YX/C) ×2+c
N的物料衡算：a=YX/C×0.195 H的物料衡算：2+3a=1.66YX/C+2c 解上述联立方程得：a=0.127，b=0.264，c=0.651 YX/O=YX/C•(12+x+16y+14z)/32b=1.60kg(细胞)/kg(O)
YX/av.e- [ 单位：g（细胞）/mol（av.e-）]:
YX/av.e
细胞生长量 X ＝ 消耗基质的有效电子数 nav.e
nav.e
S 4nO2 MS
YX/av.e
YX/S M S 4nO2
ΔnO2：每摩尔的基质完全 燃烧时需要的氧的摩尔数 (15.2.20)
第二节 微生物反应的计量关系
（三）以氧消耗量为基准的细胞产率系数
YX/O
X mO 2
好氧微生物反应： CHmOn＋a NH3＋bO2 = YX/CCHxOyNz＋YP/CCHuOvNw＋(1-YX/C-YP/C)CO2＋cH2O
YX / O
12 x 16 y 14 z YX/C 32b
表15.2.1
表15.2.2
C7H10O3N
大肠杆菌：C4.2H8O1.3N
第二节 微生物反应的计量关系
（三）微生物反应的综合计量式
S＝YxX＋YpP
(15.2.1)
产物产率系数(product yield)。
细胞产率系数(cell yield) 好氧微生物反应： CHmOn＋a NH3＋bO2 = Yx/cCHxOyNz＋Yp/cCHuOvNw＋(1-Yx/c-Yp/c)CO2＋cH2O
第三节 微生物反应动力学
本节的主要内容
一、微生物生长速率 二、基质消耗速率 三、微生物生长速率与基质消耗速率的关系 四、代谢产物的生成速率