单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第四章 微生物反应动力学,酶反应与微生物反应的区别,得率系数,比生长速率,微生物生长动力学方程,底物的消耗速率,产物的生成速率,产热速率,微生物反应动力学的实验测定,4.1,酶反应与微生物反应的区别,作为催化剂，酶在反应过程中总量不变，而微生物的量在不断增加，即微生物反应是自催化反应,酶反应是分子水平的，而微生物反应是包括分子与细胞，细胞与细胞之间的复杂的反应,微生物反应过程的本质是复杂的酶反应体系，细胞内所进行的所有的合成与分解反应均是酶所催化的。,4.2,微生物反应的得率系数,即,Y,i/j,，是对细胞消耗底物并将其转化成细胞自身和目的产物的能力进行评价的一个参数。,对底物的菌体得率,对底物的理论菌体得率,对底物的产物得率,对菌体的产物得率,4.2,比速率,微生物生长的绝对速率可表示为,同样其底物的消耗速率可表示为,产物的生成速率为,比生长速率,底物比消耗速率,产物比生成速率,4.3,微生物生长的动力学,微生物生长的特点,Monod,方程,有底物抑制微生物生长动力学,有产物抑制的微生物生长动力学,有维持代谢的微生物生长动力学,4.3.1,微生物生长的特点,微生物的细胞小，数量多。,微生物生长的各个时期，微生物形态、性质均各不相同，,微生物的细胞组成成分会因培养基组成、培养时间而异,微生物反应体系为多相体系。,4.3.2 Monod,方程,三点假设,方程,动力学参数,三点假设,细胞生长为均衡生长，描述菌体生长的唯一变量就是细胞的浓度,g,（,cell,干重,/L,）,培养基中有多种成分，只有一种成分对微生物的生长起到限制作用（称为限制性基质）,菌体生长为单一反应，,Y,X/S,是常数。,Monod,方程,根据三点假设，在大量实验的基础上，,Monod,推导出,其中，,max,为微生物的最大比生长速率，,max,越大，表明微生物的生长速率越快其值的大小与细胞体内所包含的信息量有关，细胞内包含的信量越大，生长速率越慢。,而,Ks,没有物理意义，只是一个很小的浓度单位，称为饱和常数，此值越小，越表明在低浓度条件下，微生物越能快速利用底物进行生长。,4.3.3,有底物抑制的微生物反应动力学,当底物浓度较高时，此时微生物比生长速率与限制性底物浓度之间关系：,此时微生物反应存在一最佳底物浓度即,4.3.4,有产物抑制时,细胞生长时，某些代谢产物浓度较高时，也会抑制微生物的生长，如酵母厌氧产生乙醇时，酒精浓度高于,5%,时，会抑制酵母的生长。,其中,P,max,为反应过程中所允许的最大产物浓度。,4.3.5,考虑维持代谢时,实验中发现，当底物浓度低于某一数值以下时，细胞停止生长，但底物仍在消耗，这部分底物用于维持代谢,根据,=0,得到能观察到菌体生长的最小底物浓度,4.4,微生物在分批培养时特点,延尺期,=0,对数生长期,减速期,平衡期,衰亡期,4.5,底物消耗速率,通式，根据 得到,1,、当底物消耗只用于菌体生长与维持能时,2,、当有产物生成时，底物的消耗用于生长、维,持和代谢产物的生成即,4.6,产物生成速率,产物的生成速率与比生成速率之间存在有,其中 与微生物的浓度无关，是表征细胞合成代谢产物能力大小的参数，可以用来筛选优良菌株。,产物的生成速率,相关模型,部分相关模型,非相关模型,其他模型,4.7,产热速率,微生物反应是放热反应，储存于碳源中的能量，在好氧反应中有,40-50%,的能量转化为,ATP,，其他的以热量的形式被排放到环境中，由于微生物反应对温度的变化极为敏感，因而进行微生物反应时，必须注意温度的控制。其产热速率与细胞浓度之间满足,4.8,微生物动力学的实验测定,目的,反应器,方法,4.8.1,目的,确定反应速率与反应物浓度之间的函数关系，即确立速率方程的基本形式,估算动力学参数,确定动力学参数与反应条件之间的关系,4.8.2,实验反应器,积分反应器：混合均匀的间歇操作的反应器,微分反应器：混合均匀的连续操作的反应器,二者区别为底物在反应器中的转化率,4.8.3,动力学参数的估算方法,积分法：将所假设的动力学方程进行积分并线性化处理，将实验数据代入作图，若是直线，则假设正确，据图求得相应参数，否则重新假设。,微分法：根据不同实验条件下测得的反应速率，直接由速率方程估算数值。,例题,1,在间歇操作槽式反,