第六章 发酵过程动力学基本概念VIP免费

2013-04-151第六章发酵过程动力学的基本概念2013.03.29掌握生化反应动力学的基本概念了解发酵过程动力学研究的内容及目的掌握发酵过程反应动力学教学要求重点：发酵动力学的基本内容及其中的基本概念掌握分批发酵动力学掌握连续发酵动力学掌握补料分批发酵动力学难点：Monod方程参数的求解动力学动力学是理论力学的一个分支学科，主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。对动力学的研究使人们掌握了物体的运动规律，能够为人类进行更好的服务。ty化学反应动力学研究各种物理、化学因素(如温度、压力、浓度、催化剂、流场和温场分布等)对反应速率的影响以及相应的反应机理和数学表达式等的学科。2013-04-1526.1生化反应动力学的基本概念6.1.1生化反应动力学1、生化反应过程将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程，称为生化反应过程。原料产物一般生化反应过程示意图生化反应器检测控制系统提取精制副产品产品废物生物催化剂细胞酶（游离或固定化）基质原料预处理灭菌空气除菌能量生物反应过程的效率取决于：生物催化剂的性能反应过程的工艺控制和操作条件反应器的性能2、生化反应动力学生化反应动力学研究生化反应过程的速率及其影响因素，是生化反应工程学的理论基础之一。本征动力学（微观动力学）宏观动力学（反应器动力学）主要研究各种环境因素与微生物代谢活动之间的相互作用随时间而变化的规律。用数学的模型定量地描述生物反应过程中影响细胞生长、基质利用和产物生成的各种因素。为生物反应过程的控制、小型试验数据的放大和提高反应过程的产物得率等提供理论依据。6.1.2发酵过程的主要特征1、微生物微生物是反应过程的主体：是生物催化剂，又是一微小的反应器。微生物反应的本质是复杂的酶催化反应体系。反应体系中有细胞的生长，基质消耗和产物的生成，有各自的最佳反应条件。微生物反应有多种代谢途径。微生物反应过程中，细胞形态、组成要经历生长、繁殖、维持、死亡等若干阶段，不同菌龄有不同的活性。2013-04-1532、发酵过程多相：气相、液相和固相。多组分：培养基中多种营养成分，多种代谢产物，细胞内也具有不同生理功能的大、中、小分子化合物。复杂群体的生命活动。非线性：细胞代谢过程是非线性过程。3、发酵过程的反应动力学是对细胞群体的动力学行为的描述。不考虑细胞之间的差别，而是取性质上的平均值，在此基础上建立的模型称为确定论模型，反之称为概率论模型。在考虑细胞组成变化的基础上建立的模型，称为结构模型，一般选取RNA、DNA、糖类及蛋白含量做为过程变量。菌体视为单组分的模型为非结构模型，通过物料平衡建立关联模型。非结构模型结构模型确定论模型最理想情况：不考虑细胞内部结构各种细胞均一细胞群体做为一种溶质A细胞之间无差异，是均一的，细胞内有多个组分存在。B均衡生长概率论模型不考虑细胞内部结构各种细胞不均一C实际情况：细胞内多组分；细胞之间不均一D均衡生长对细胞群体的描述模型6.1.3发酵过程反应的描述1、常用术语得率－被消耗物质和所合成产物之间量的关系。生长得率：消耗1g(mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体重(g)，即Yx/s=－ΔX／ΔS。产物得率：消耗1g(mo1)基质所合成的产物g数(或mol数)。这里消耗的基质是指被微生物实际利用掉的基质数量(S。－S)。例：每消耗1g葡萄糖得到0.51g菌体C6H12O62C2H5OH+2CO22013-04-154基质比消耗速率(qs，g(或mo1)／g菌体·h)：指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量。它表示细胞对营养物质利用的速率或效率。产物比生产速率(qp，g(或mo1)／g菌体·h)：指每克菌体在一小时内合成产物的量，它表示细胞合成产物的速度或能力，可以作为判断微生物合成代谢产物的效率。发酵周期：指接种开始至培养结束放罐这段时间。注意速率单位时间的变化比速率单位时间单位菌体带来的变化工业发酵的技术经济指标容量产率容量产率指的是单位时间内单位反应器容积的产物量。计算产率时，不仅应把合成产物所用时间考虑进去，还应计入与生产相关的其他时间，即发酵罐的维修、清洗、准备所用时间，灭...