发酵动力学ppt

操纵子是指基因组DNA分子的一个片段，这个片断 由启动子、调节基因、操纵基因和结构基因组成。 诱导型操纵子：效应物存在导致基因表达。 阻遏型操纵子：效应物存在导致基因表达的关闭。 乳糖操纵子
乳糖操纵子的诱导机制PFra bibliotekRP O
z
y
a
半乳糖苷酶
半乳糖苷渗透酶 半乳糖苷转乙酰基酶
2、酶活性的调节（细调） 一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调 节其催化反应的速率。酶活调节的影响因素包括：底物和产 物的性质和浓度、压力、pH、离子强度、辅助因子以及其 他酶的存在等等。特点是反应快速。 ① 酶活性的激活（activation） 前体激活：代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较 前面的一个中间产物所促进。 代谢中间产物的反馈激活：代谢中间产物对该代谢途径的 前面的酶起激活作用。
如：二次生长现象。在启动序列上游有两个位点，RNA聚合酶的结合位
点和cAMP-CAP结合位点。当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时， 形成
cAMP-CAP ，该复合物结合在启动序列后，RNA聚合酶才能与启动序列 结合，酶的合成才能开始；当葡萄糖存在时，葡萄糖降解物抑制腺苷酸
1、酶合成的调节（粗调）
环化酶的活性， 导致cAMP浓度降低，cAMP与CAP的结合受阻，CAP ② 酶合成的阻遏（repression of enzyme synthesis ）
不能被活化而无法结合至启动子，导致RNA聚合酶无法与启动序列结合，
终点产物反馈阻遏：合成代谢过程中，相关酶的合成被过 因此乳糖操纵子表达下降。 量终点产物所阻遏。 分解代谢物阻遏：可被组成酶快速利用的基质，阻遏了分 解难利用基质的酶的合成。
1、酶合成的调节（粗调） ③酶合成调节的遗传机制：操纵子学说

把多个发酵罐串联起来。 各级反应器中进出口流量相等并恒定； 各级反应器中的液体体积相等并恒定。
单级连续发酵
反应动力学的应用——连续培养的操作特性
o
连续反应器： 流入速度=流出速度=F
反应器内(V)全混流溶质浓度处处相等
物料衡算（连续培养的反应器特性）
o
对菌体: dx V xV Fx
dt
稳态 dx 0
dt
xV Fx F D
V
稀释率(D): 补料速度与 反应器体积 的比值(h-1)
物料衡算（连续培养的反应器特性）
o
对基质:
ds V dt
Fx0
xV
Fx
稀释率(D): 补料速度与 反应器体积 的比值(h-1)
稳态 ds 0
dt
D(s0 s)
x
连续培养操作的模型分析
D
D(s0 s)
D=µms/(kS+s)
1/D
1/D=1/ µm+KS/ µmS
1/µm
斜率=KS/µm
1/S 作图法求算µm和KS
3. 连续培养在菌种分离与改良中的应用
一次培养期间可以多次改变培养条件； 用极端培养条件筛选菌种时，可以适当减弱条件； 一次培养可以从众多菌种中选出高产菌株； 为生长中自发变异的菌株提供了无限量的时间。
2. 连续培养在微生物生理特性和动力学研究中的应用
环境可以保持不变，培养体系处于稳定状态 微生物生理活性的研究
DNA RNA
Hale Waihona Puke 蛋白质平均细胞质量DNA
D= μ(h-1)
棕色固氮菌在不同稀释率时单个细 胞中的核酸含量
D= μ(h-1)
产气气杆菌在不同稳定状态时 的细胞活性

第八章 发酵动力学
微生物发酵动力学： 是研究发酵过程中微生
物菌体的生长、营养物质消耗、产物生成的 动态平衡及其内在规律的科学。
发酵动力学中常用的几个术语:
1．得率(或产率，Y)：包括生长得率(Yx/s)和产物 得率(Yp/s)。
得率：是指被消耗的物质和所合成产物之间的量的 关系。
生长得率：是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源) 所产生的菌体重(g)。
∵在稳定状态下，底物增加速率 dS/dt＝0， ∴上式表现为： 又 ∵ μ＝D
D(S 0 S )YX / S X
∴ X＝YX/S（S0-S） 此式即连续培养的稳定态方程。
三、细胞浓度与稀释率的关系 已知分批发酵时： mS Ks S mS D 用于连续培养时，∵μ＝D， ∴ Ks S
发酵反应动力学的研究内容
研究反应速度及其影响因素并建 立反应速度与影响因素的关联
反应动力学模型
+
反应器特性
反 应 器 的 操 作 模 型
操作条件与反 应结果的关系， 定量地控制反 应过程
研究发酵动力学的目的：
进行最佳发酵工艺条件的控制，即发酵工 艺最优化。
第一节 发酵类型
1．固体发酵生产 固体发酵生产是将一种或多
X—细胞干重浓度(g/L) t—时间(h) μ—比生长速率(h-1)，即单位重量 菌体的瞬时增量g/(g· h)
对数期： μ 与微生物种类、培养温度、pH、培养基成分 及限制性基质浓度等因素有关。在对数生长 阶段，细胞的生长不受限制，因此比生长速 率达到最大值μ m
dX mX dt
Xt mt 经积分后 ln X0
当X=Xmax时，开始以恒定的速度补加培养基(因 为此时营养物基本耗完)。 这时，稀释率D<μ max，事实上随着流加的进行， 所有限制性营养物都很快被消耗（即流入的营养物 与细胞消耗掉的营养物相等）。因此dS/dt＝0。 尽管随时间的延长，培养液中总菌体量增加，但实 际上细胞浓度X保持不变，即dX/dt=0，因而μ ≈ D。 这种dS/dt=0, dX/dt=0, μ ≈ D的状态，就称为“准 恒定状态”。

发酵用到的酵母菌、霉菌、乳酸菌等微生物的繁殖需要有 机物、水分和适宜的温度等外界条件
乳酸菌
酵母菌
霉菌
常见发酵食品的原料和微生物
产品
原料
发酵微生物
米酒
米
曲霉、毛霉、酵母菌
面酱
面粉
米曲霉
黄酱 面粉、黄豆
米曲霉
豆豉
黄豆
米曲霉、毛霉、黑根霉
二、沼气的生产也是发酵过程
沼气发酵又叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸秆、污水 等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条 件下，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生 沼气的过程。
沼气是一种混合气体，可以燃烧，因为这种气体最先是在 沼泽中发现的，所以称为沼气，它的主要成分是甲烷占55 ％～70％左右，二氧化碳占25％～40％左右，此外还有 少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。甲烷细菌
产生甲烷
甲烷燃烧可用于照明、发电。
沼渣是沼气发酵后残留在沼气 池底部的半固体物质,含有丰富 的机质、腐殖酸、粗蛋白、氮 、磷、钾和多种微量元素等， 是一种缓速兼备的优质有机肥 和养殖饵料。
三、工业化的发酵技术构成了生物技术的产业
工业化的发酵产品
抗生素 氨基酸 甜味剂 食用有机酸 酶制剂
总结
一、发酵食品 1. 认识发酵食品
25.1发酵技术
2. 品尝一杯自制的酸奶
乳酸菌在适宜的温度和无氧条件下将牛奶中的乳糖等分解或转化为乳酸
3. 酿一瓶醇香浓郁的米酒。
曲霉、毛霉
酵母菌
淀粉——————葡萄糖———酒精
讨论：
1.酒药对酿制米酒起什么作用？
酒药就是酒曲， 酒曲中所含的酶 制剂将谷物原料糖化发酵成酒。
2.米饭表面的绒毛是什么？