微生物生长动力学

发酵第一类型
时间h
比生长速率，g/(g.h);
碳源利用比速率， g/(g.h)；
产物形成比速率， g/(g.h)。
12.1.2 第Ⅱ型（与部分生长相关型）
• 第一时期：细菌迅速生长，产物很少或全无； • 第二时期：产物高速形成，生长也可能出现 第二个高峰，碳源利用在这两个 时期都很高。 特点：从生源来看，发酵产物不是碳源的直接 氧化，而是细菌代谢的主流产物。 可分两种类型： 1.产物形成是经过连锁反应的过程。丙酮丁醇，先形 成乙酸和丁酸，再形成丙酮和丁醇。 2.产物形成不经过中间产物的积累。菌体生长与产物 积累明显分在两个时期。如柠檬酸。
发酵第三类型
时间h
比生长速率，g/(g.h); 碳源利用比速率， g/(g.h)； 产物形成比速率， g/(g.h)。
一、微生物发酵过程分型 二、分批培养动力学 1. 细胞生长动力学 2. 基质消耗动力学 3. 产物生成动力学 三、连续培养动力学 1.单级连续培养动力学 2.多级串联连续培养动力学 3.细胞循环使用单级连续培养动力学 四、连续培养的实施
维持系数是微生物菌株的一种特征值。对于特定的菌 株、特定的基质和特定的环境因素（如温度、Ph值等） 是一个常数，故又称维持常数。维持系数越低，菌体 的能量代谢效率越高。其定义：单位质量干菌体在单 位时间内，因维持代谢消耗的基质量：
维持常数 m 定义： 单位质量干菌体在单位 时间内，因维持代谢消耗的基质量：
• 细胞浓度随时间呈指数生长，细胞浓度 增长一倍所需时间称倍增时间（doubling time, td), ln 2 0.693 td
m
m
细菌倍增时间：0.25~1h 酵母: 1.15~2h
霉菌: 2~6.9h

特定的基质及在特定环境条件下培养的特定微生物，它是
一个常数，又称最大生长得率或生长得率常数。
12
4.产物得率：产物的合成相对于基质消耗量的 收得率。
YP/S
P (S )
YP/s: 相对于基质消耗的实际产物得率系数
Yps
P (S )P
Yps: 相对于基质消耗的产物理论得率系数
理论产物得率取决于产物的生物合成途径，对于由特定基质
设计合理的发酵过程，也必须以发酵动力学模型作为依据， 利用计算机进行程序设计、模拟最合适的工艺流程和发酵工 艺参数，从而使生产控制达到最优化。
发酵动力学的研究还在为试验工厂比拟放大、为分批发酵过 渡到连续发酵提供理论依据。
五、发酵动力学模型
1、几个基本概念
发酵过程中，基质主要消耗在：①满足菌体生长消
的适用范围
5
微生物发酵动力学的研究与发酵的种类、 方式密切相关
氧需求
液体表面发酵
好氧发酵
液体深层发酵
兼性好氧发酵
厌氧发酵 深层发酵
操作方法
分批发酵 分批补料发酵
连续发酵
6
四、发酵动力学研究的意义
通过对发酵反应动力学的研究，进行最佳发酵生产工艺条件的 控制。发酵过程中，菌体的浓度、基质浓度、温度、pH值、溶解 氧等工艺参数的控制方案，可以在这研究的基础上进行优化。
ms
dS dtMFra bibliotek1 Xms:以基质消耗为基准
的维持因数， X:菌体干重； S:基质量 t:发酵时间； M:表示维持。
9
2.比速（率）:单位时间内，单位干菌体消耗基质或形 成产物（菌体）的量 (消耗的基质用于维持代谢，菌体 生长和产物合成)。比速率是生物反应中用于描述反应 速度的常用概念

细胞生产量 细胞含碳量 Y Y c c 基质消耗量 基质含碳量 X/S S
式中： 和 — 单位质量细胞和单位质量基质中所含碳元素量。 c S Y 值一般小于1，为0.4 ~ 0.9。 c
由于Yc仅考虑基质与细胞的共同项-碳，可以认为比Yx/s更合理。
例 5：
求例2中酵母细胞（CH 1.75N 0.15O 0.5）培养的Y x/s和Y x/o
2基质消耗动力学?又有?由monod方程表示时上式变形为sxy????skssksysssx????????maxmax????碳源总消耗速率用于生长用于维持代谢?rrs???两边间除以x则??上式作为连接和的关联式也可看作是含有两个参数的线型模型
第三章 细胞反应过程动力学
主要内容
1、基本概念 2、细胞反应过程中的质量和能量衡算 3、细胞生长的非结构动力学 4、基质消耗与产物生成动力学
解：由化工手册可知， ∆HG＝2816kJ/mol，∆HL= 1363kJ/mol，∆HA= 870kJ/mol，∆HE= 1368kJ/mol， ∆HF= 264kJ/mol，∆Ha= 22.15kJ/mol，∆HM= 3038kJ/mol。 以葡萄糖为能源时，
(H P )YP / S 1363 0.05 870 1.05 1368 0.94 264 1.76 2732(kJ / mol )
例 2：
配平细胞反应方程式时，一部分系数是由实验测 得的，另一部分系数需计算获得。一般基质和产物的 分子式是已知的。细胞的元素组成可通过元素分析方 法测定。 通过测定O2 的消耗速率与CO2的生成速率来确 定好氧培养中评价细胞生物代谢机理的重要指标之一 呼吸商： (respiratory quotient,RQ)

微生物发酵动力学精简版微生物发酵系列文档学点：发酵动力学常用名词解释和公式（一）比生长速率（μ）每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率。

它是表征微生物生长速率的一个参数，也是发酵动力学中的一个重要参数。

生长速率：单位时间内菌体是增值量，单位以g/h或者L/h。

代时（G）：又称世代时间。

当微生物处于生长曲线的指数期(对数期)时，细胞分裂一次所需平均时间，也等于群体中的个体数或其生物量增加一倍所需的平均时间。

原创：粮油小兵 2月19日微生物发酵G=1/R=(t2-t1)/3.322(lgx2-lgx1)生长速率常数（growth rate constant)：它的定义是，微生物每小时的分裂代数。

R(生长速率常数)=n/(t2-t1)n:繁殖代数 (t2-t1) :所用时间繁殖代数（n）比生长速率计算：计算方法：μ=（lnNt-lnN0）/tμ=（lnXt-lnX0）/tμ=ln2/Td=0.693/Td,Td：倍增时间举例：假定以稀释后OD600在0.3-0.8或者更小范围测出来的总OD600值做为生物量,t0时间取样测出来OD600为2，2小时后取样测出来OD600为4.5，那么比生长速率μ=(ln4.5-ln2)/2(小时）=0.405465,倍增时间=ln2/0.405465=1.71小时。

如果t0后保持这个比生长速率，测OD600，t0后第1小时为3，t0后第2小时为4.5，t0后第3小时为6.75，t0后第4小时为10.125。

比生长速率是发酵动力学中非常重要和基础的一个参数，可以根据比生长速度来控制发酵和补料方式和速率。

学点：发酵动力学常用公式及解释（2）-基质消耗动力学 （1）得率系数指消耗单位营养物所生产的产物或者细胞数量。

（2）基质消耗速率以菌体为媒介可以确定基质的消耗速率和菌体的生长速率之间的关系。

-Y S =d[s]/d[t]=Y X /Y X/SY S :基质的消耗速率；Y X :菌体的生长速率；Y X/S ：生长得率系数。