发酵机制及发酵动力学

第三章发酵机制及发酵动力学1发酵机制是指微生物通过其代谢活动，利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。由于微生物的种类、遗传特性和环境条件不同，微生物所能积累的代谢产物不同，主要有微生物菌体、微生物酶和代谢产物。微生物代谢产物很多，主要有酒精、丙酮丁醇、有机酸、氨基酸、核苷酸类、蛋白质、抗生素、维生素、脂肪、多糖类等。微生物具有极其精确的代谢控制系统，能确保细胞内所有生化反应有条不紊的进行并制止中间产物和终产物的过量积累。必须人为改变微生物的代谢调控机制，使有用中间代谢产物过量积累，同时利用环境因素对代谢方向产生影响，这就是发酵机制的研究内容。发酵动力学是研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。其研究内容包括微生物生长过程中质量和能量的平衡，发酵过程中菌体生长速率、基质消耗速率和产物生成速率的相互关系。研究发酵动力学的目的在于设计和优化发酵动力学模型，并以此为依据，利用计算机来设计程序，模拟最适合的工艺流程和发酵工艺参数，从而使生产控制达到最优化。2本章主要内容第一节发酵工业微生物的基本代谢情况第二节微生物代谢调控机制第三节重要发酵产物的发酵机制第四节微生物发酵动力学3第一节发酵工业微生物的基本代谢和调控机制一、发酵工程微生物的基本代谢及产物（一）微生物初级代谢及产物初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。初级代谢产物：由初级代谢过程所产生的产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白质、酯类和核酸等）。4（二）微生物的次级代谢及产物次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。这一过程的产物，即为次级代谢产物。次级代谢产物大多是一类分子结构比较复杂的化合物，包括：抗生素、毒素、激素、色素等。抗生素：是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物。抑制细菌细胞壁合成，破坏细胞质膜，作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化，抑制蛋白质和核酸合成等方式抑制微生物生长。毒素：细菌毒素和真菌毒素。细菌毒素又分为内毒素和外毒素。激素：微生物能产生刺激动物生长或性器官发育的激素类物质，称激素，如赤霉素、生长素等。5本章主要内容第一节发酵工业微生物的基本代谢情况第二节微生物代谢调控机制第三节重要发酵产物的发酵机制第四节微生物发酵动力学6微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等。其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量，二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节效果。利用微生物代谢调控能力的自然缺损或通过人为方法获得突破代谢调控的变异菌株，可为发酵工业提供生产有关代谢产物的高产菌株。有关的实际例子将在本节后部分进行介绍。7一、酶活性的调节

酶活性的调节是指通过对已存在的酶的活性的改变，影响代谢速率。这是一种快速调节，依靠酶分子结构的改变而实现，主要方式有反馈抑制和酶的共价修饰两种，包括酶活性的激活和抑制两个方面。1、酶活性的激活最常见的酶活性的激活是前体激活，它常见于分解代谢途径，即代谢途径中后面的反应可以被该途径较前面的而一个产物所促进。2、酶活性的抑制酶活性的抑制主要是反馈抑制。反馈抑制是指合成途径的末端产物（即终产物）过量时，这个产物对该途径前段的某一个酶活性的抑制现象。通常抑制的是反应途径的第一个酶（第一步反应往往是限速步骤）。81）直线代谢途径中的反馈抑制这是一种最简单的反馈抑制类型，过量的终产物抑制途径的第一个酶，就能很好的控制整个反应过程。9（1）同工酶调节：其特点是在分支途径中第一个酶有几种结构不同的一组同工酶，每一分支代谢产生的终产物只对一种同工酶具有反馈抑制作用，只有当几种种产物同时过量时，才能完全阻止反应的进行。2）分支代谢途径中的反馈抑制在有两种或两种以上的末端产物的分支代谢途径中，为避免在一个分支上的产物过多，影响另一分支上产物的供应，微生物有下列多种调节方式：10（2）协同反馈抑制：在分支代谢途径中，几种末端产物同时都过量时，才对途径中的第一个酶具有抑制作用，若某一末端产物单独过量则对途径的第一个酶无抑制作用。（3）累积反馈抑制：在分支代谢途径中，任何一种末端产物过量时都能对共同途径中第一个酶起抑制作用，而且各种末端产物的抑制作用互不干扰。当各种末端产物同时过量时，它们的抑制作用是累加的。11（4）顺序反馈抑制：分支代谢途径中的两个末端产物，不能直接抑制代谢途径中的第一个酶，而是分别抑制分支点后的反应步骤，造成分支点上中间产物的积累，这种高浓度的中间产物再反馈抑制第一个酶的活性，因此，只有当两个末端产物都过量时，才能对途径中的第一个酶起到抑制作用。12二、酶合成的调节酶合成的调节是指酶在数量上和种类上的调节。这是一种缓慢调节，通过改变酶分子合成的速度实现代谢途径的变化。这种调节共有两种方式：一种是指酶生成的诱导，是指促进细胞内酶的合成；另一种是代谢产物对酶生成的阻遏，是指细胞内酶的合成停止，包括分解代谢降解物阻遏和合成代谢终产物的反馈阻遏。1、诱导

根据酶的生成是否与环境中所存在的该酶底物或其有关物的关系，可把酶划分成组成酶和诱导酶两类。

组成酶，如EMP途径的有关酶类。

诱导酶则是细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶，例如E．coli在含乳糖培养基中所产生的β-半乳糖苷酶和半乳糖苷渗透酶等。能促进诱导酶产生的物质称为诱导物。又可分为同时诱导和顺序诱导。13蓝白斑筛选原理野生型大肠杆菌产生的β-半乳糖苷酶可以将无色化合物X-gal(5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷)切割成半乳糖和深蓝色的物质5-溴-4-靛蓝。有色物质可以使整个培养菌落产生颜色变化，而颜色变化是鉴定和筛选的最直观有效的方法。蓝白斑筛选的宿主菌：为β-半乳糖苷酶缺陷型菌株。这种宿主菌的染色体基因组中编码β-半乳糖苷酶的基因突变，造成其编码的β-半乳糖苷酶失去正常N段一个146个氨基酸的短肽（即α肽链），从而不具有生物活性，即无法作用于X-gal产生蓝色物质。14蓝白斑筛选的载体：具有一段称为lacz'的基因，lacz'中包括：一段β-半乳糖苷酶的启动子；编码α肽链的区段；一个多克隆位点(MCS)。MCS位于编码α肽链的区段中，是外源DNA的选择性插入位点，但其本身不影响载体编码α肽链的功能活性。15虽然上述缺陷株基因组无法单独编码有活性的β-半乳糖苷酶，但当菌体中含有带lacz'的质粒后，质粒lacz'基因编码的α肽链和菌株基因组表达的Ｎ端缺陷的β-半乳糖苷酶突变体互补，具有与完整β-半乳糖苷酶相同的作用X-gal生成蓝色物质的能力，这种现象即α-互补。操作中，添加IPTG(异丙基硫代-β-Ｄ-半乳糖苷)以激活lacz'中的β-半乳糖苷酶的启动子，在含有X-gal的固体平板培养基中菌落呈现蓝色。插入失活：当外源DNA（即目的片断）与含lacz'的载体连接时，会插入进MCS，使α肽链读码框破坏，这种重组质粒不再表达α肽链，将它导入宿主缺陷菌株则无α互补作用，不产生活性β-半乳糖苷酶，即不可分解培养基中的X-gal产生蓝色，培养表型即呈现白色菌落。162、阻遏

在微生物的代谢过程中，当代谢途径中某末端产物过量时，除可用前述的反馈抑制的方式，还可通过阻遏作用来阻碍代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的生物合成，从而更彻底地控制代谢和减少末端产物的合成。阻遏的类型主要有末端代谢产物阻遏和分解代谢产物阻遏两种。（1）末端产物阻遏（end-productrepression）指由某代谢途径末端产物的过量累积而引起的阻遏。

直线式反应途径：即产物作用于代谢途径中的各种酶，使之合成受阻遏，例如精氨酸的生物合成途径（图6-59）。

分支代谢途径：每种末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。代谢途径分支点以前的“公共酶”仅受所有分支途径末端产物的阻遏，此即称多价阻遏作用。也就是说，任何单独一种末端产物的存在，都没有影响，只有当所有末端产物都同时存在时，才能发挥出阻遏功能。17（2）分解代谢物阻遏指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。现在知道，分解代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的甲碳源本身直接作用的结果，而是通过甲碳源（或氮源等）在其分解过程中所产生的中间代谢物所引起的阻遏作用。因此，分解代谢物的阻遏作用，就是指代谢反应链中，某些中间代谢物或末端代谢物的过量累积而阻遏代谢途径中一些酶合成的现象。

例如，有人将E．coli培养在含乳糖和葡萄糖的培养基上，发现该菌可优先利用葡萄糖，并于葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，这就产生了在两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的“二次生长现象”。培养物浊度培养时间a葡萄糖耗尽bβ-半乳糖苷酶诱导大肠杆菌的“二次生长”现象培养物浊度培养时间a葡萄糖耗尽bβ-半乳糖苷酶诱导大肠杆菌的“二次生长”现象18三、微生物发酵中的代谢调控这里将讨论如何控制微生物的正常代谢调节机制，使其累积更多为人们所需要的有用代谢产物。包括三个方面：（一）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节（二）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节（三）控制细胞膜的渗透性19（一）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节在分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使某一分支途径的末端产物得到累积。

举例1：赖氨酸发酵工业上选育了Corynebacteriumglutamicum（谷氨酸棒杆菌）的高丝氨酸缺陷型菌株作为赖氨酸的发酵菌种。这个菌种不能合成高丝氨酸脱氢酶（HSDH）。20举例2：肌苷酸（IMP）的生产21（二）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节抗反馈调节突变菌株，就是指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型菌株，或兼而有之的菌株。在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是反馈抑制和阻遏已同时解除，所以能分泌大量的末端代谢产物。22（三）控制细胞膜的渗透性细胞内的代谢产物常常以很高的浓度累积着，并自然地通过反馈阻遏限制了它们的进一步合成。采取生理学或遗传学方法，可以改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。1．通过生理学手段控制细胞膜的渗透性232．通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性应用谷氨酸产生菌的油酸缺陷型菌株，在限量添加油酸的培养基中，也能因细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸的产量。利用石油发酵产生谷氨酸的解烃棒杆菌的甘油缺陷型突变株，由于缺乏a-磷酸甘油脱氢酶，故无法合成甘油和磷脂。24本章主要内容第一节发酵工业微生物的基本代谢情况第二节微生物代谢调控机制第三节重要发酵产物的发酵机制（一）糖代谢产物的发酵机制（二）氨基酸和核酸发酵机制（三）抗生素发酵机制第四节微生物发酵动力学25一、糖代谢产物的发酵机制（一）乙醇发酵（厌氧发酵代谢产物）1、以EMP途径为基础的酵母乙醇发酵酵母的乙醇发酵和酒精、白酒、葡萄酒、啤酒等各种酒类生产关系密切。丙酮酸脱羧酶是酵母菌乙醇发酵的关键酶。总反应式为：葡萄糖+2ADP+2Pi→2乙醇+2CO2+2ATP26酵母乙醇发酵过程的三种形式Ⅰ型发酵：正常的乙醇发酵在弱酸性条件下进行，产生2分子的乙醇和2分子CO2。这又称为酵母的“同型酒精发酵”。Ⅱ型发酵：在发酵培养基中添加适量NaHSO3，则乙醇发酵转变为甘油发酵，形成大量甘油和少量乙醇。其机理：NaHSO3与乙醛形成复合物，封闭了乙醛，由磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，形成α-磷酸甘油，在α-磷酸甘油酯酶的催化下脱去磷酸，形成甘油。Ⅲ型发酵：将发酵液pH值控制在弱碱性（pH7.6），酵母的乙醇发酵转向甘油发酵，主产物为甘油，伴随产生少量乙醇、乙酸和CO2。272、细菌的“同型酒精发酵”：由Zymomonasmobilis（运动发酵单胞菌）等通过ED途径进行。葡萄糖+ADP+Pi→2乙醇+2CO2+ATP3、细菌的“异型酒精发酵”：由Leuconostocmesenteroides（肠膜状明串珠菌）等通过HMP途径进行。葡萄糖+ADP+Pi→乳酸+乙醇+CO2+ATP此外，由于这三类酒精发酵所经过的途径是不同的，所以在发酵产物——乙醇分子上的碳原子来源也是不同的。如果将葡萄糖分子的不同碳原子进行14C标记，并测定14C在产物中的分布，则上述三条途径的差别可从图6-27中看到。28（二）乳酸发酵

乳酸发酵指某些细菌在厌氧条件下利用葡萄糖生产乳酸及少量其他产物的过程。能进行乳酸发酵的细菌被称为乳酸菌。乳酸菌虽多是一些兼性厌氧菌，但乳酸发酵却是在严格厌氧条件下完成的。

1、同型乳酸发酵同型乳酸发酵的过程是：葡萄糖经EMP途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH还原为乳酸。由于终产物只有乳酸一种，故称为同型乳酸发酵。

C6H12O6＋2ADP→2CH3CHOHCOOH＋2ATP

德氏乳杆菌属（Lac.delbriickii）、乳酸链球菌属（StreptococcusLactis）、酪乳杆菌属（LactobacillusCasei）、保加利亚乳杆菌（Lac.bulgaricus）等。

2、异型乳酸发酵在肠膜明串珠菌(LeuconostocMesenteroides)中，利用HMP途径分解葡萄糖，产生甘油醛-3-磷酸和乙酰磷酸，其中甘油醛-3-磷酸进一步转化为乳酸，乙酰磷酸经两次还原变为乙醇；双歧杆菌经PK途径发酵葡萄糖形成的产物除乳酸外还有乙醇和乙酸。29

同型乳酸发酵

30

总反应式为:

理论转化率:

:31

异型乳酸发酵

A.6-磷酸葡萄糖酸途径

32总反应式为:

C6H12O6→CH3CHOHCOOH+CH3CH2OH

理论转化率:

(90/180)×100%=50%

33三柠檬酸发酵机制（好氧发酵代谢产物）

柠檬酸发酵属于好氧发酵，其发酵机制是在了解了三羧酸循环的基础上才逐渐弄清楚的。341.柠檬酸生物合成途径

35葡萄糖生成柠檬酸的总反应式为:

2C6H12O6+3O22C6H8O7+4H2O

理论转化率为106.7%

2.柠檬酸生物合成的代谢调节

(1).糖酵解及丙酮酸代谢的调节

磷酸果糖激酶(PFK)是调节酶,柠檬酸和ATP对该酶抑制,AMP、Pi和NH4+对酶激活;

NH4+在细胞内浓度升高,解除胞内积累的大量柠檬酸对酶的抑制;

3637

柠檬酸合成有关酶的调节性质

酶

激活剂

抑制剂磷酸果糖激酶NH4+、AMP、Pi柠檬酸、PEP、ATP(浓度较高时)丙酮酸激酶NH4+、K+丙酮酸羧化酶K+天冬氨酸、Pi柠檬酸合成酶NH4+、K+CoA、ATP-Mg异柠檬酸脱氢酶柠檬酸、NADPH、-酮戊二酸琥珀酸脱氢酶草酰乙酸383940结论:

Mn2+缺乏使蛋白质和核酸合成受阻,导致细胞内NH4+水平升高而减少柠檬酸对PFK的抑制，促进了EMP途径的畅通。

41(2).CO2固定化反应

丙酮酸+CO2+ATP丙酮酸羧化酶草酰乙酸+ADP+Pi①

磷酸烯醇丙酮酸+CO2+ADP+Pi磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶

草酰乙酸+

ATP②

结论1:

在组成型的丙酮酸羧化酶作用下,丙酮酸固定化CO2生成草酰乙酸,保证柠檬酸的积累。

结论2:

丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA,和CO2固定两个反应平衡,保持了柠檬酸合成能力。42

(3).三羧酸循环的调节

结论:

在三羧酸循环的发酵过程中,阻断顺乌头酸酶水合酶和异柠檬酸脱氢酶的催化反应,建立一种平衡关系，大量积累柠檬酸:

柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7

A.络合剂(亚铁氰化钾)除去Fe2+,顺乌头酸水合酶的活性被抑制。

B.柠檬酸的积累使pH值下降,在低pH值下,顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活,更有利于柠檬酸的积累并排出体外。

43二、氨基酸发酵机制

(一)、氨基酸发酵的机制和代谢控制

1、氨基酸发酵机制主要包括：谷氨酸族(谷、瓜、鸟、精氨酸等)、天冬氨酸族(赖、苏、蛋等)、芳香族(苯丙、酪、色氨酸等)、分枝链(亮、异亮、缬氨酸等)。

2、氨基酸发酵代谢控制的一般措施：

A、控制发酵的环境条件；B、控制细胞渗透性；

C、控制旁路代谢；D、消除终产物的反馈调节作用

E、降低反馈作用物的浓度；F、促进ATP的积累

(二)、谷氨酸发酵机制

1.谷氨酸生物合成途径：

EMP途径、HMP途径、TCA循环、DCA循环、CO2固定作用4445462.谷氨酸生物合成途径的控制

(1).三羧酸循环的调节

通过驯育谷氨酸高产菌控制三羧酸循环下列酶的活性:

A.α-酮戊二酸脱氢酶应丧失或仅有微弱的活力。

B.CO2固定反应的酶系强,使四碳二羧酸全部是由CO2固定

反应提供,而不走乙醛酸循环,以提高对糖的利用率。

C.谷氨酸脱氢酶的活力很强,并丧失谷氨酸对谷氨酸脱

氢酶的反馈抑制和反馈阻遏。

47(2).氨的导入和控制

氨的导入主要方式:糖代谢中间体还原氨基化;天冬氨酸或丙氨酸通过氨基转移；谷氨酸合成酶途径。

谷氨酸发酵受NH4+的影响。使用生物素缺乏菌,在NH4+存在时,葡萄糖以很快的消耗速度和高的收率生成谷氨酸;

当NH4+不存在时,糖的消耗速度很慢,生成物是α-酮戊二酸、丙酮酸、醋酸和琥珀酸。

48

NADP为辅酶的异柠檬酸脱氢酶和NADPH+H+为辅酶的

谷氨酸脱氢酶形成共轭反应,NADP浓度是实际上的

限速因子,添加氧化还原电位与NADP相似的氧化还

原染料,并通以电流可促进还原氨基化作用,增加谷

氨酸产量。

49(3).控制细胞渗透性

A、控制生物素、油酸浓度或添加表面活性剂如吐温80、阳离子表面活性剂。引起细胞膜的脂肪酸成分的改变,尤其是改变油酸含量,从而改变细胞膜通透性；

B、加入青霉素或控制Mn+、Zn+浓度。抑制细胞壁的合成,由于细胞膜失去细胞壁的保护,细胞膜受到物理损伤,从而使渗透性增强。

C、生产中菌种选育模型与控制方法:生物素缺陷型;油酸缺陷型;甘油缺陷型等。

50

(4).控制发酵的工艺条件

谷氨酸发酵是人工控制发酵条件成功进行大规模生产的典型例子。

主要的影响因子有：溶解氧、NH4+、pH、磷酸生物素、醇类和NH4Cl。

51三、抗生素发酵机制

1、抗生素的生物合成类型

A.蛋白质衍生物

简单的氨基酸衍生物：环丝氨酸、重氮丝氨酸等；

寡肽抗生素：青霉素、头孢菌素等；

多肽类抗生素：多粘菌素、杆菌肽等；

多肽大环内脂抗生素：放线菌素等；

含嘌呤和嘧啶碱基的抗生素：曲古霉素、嘌呤霉素等

522、青霉素、头孢菌素的生物合成机制

青霉素、头孢菌素的化学结构如下：53543、链霉素的生物合成机制

链霉素的化学结构如下：555657

4、抗生素生物合成的代谢调节方式

(1)、细胞生长期到抗生素产生期的过渡

次级代谢产物是在菌体生长到达相对静止期才产生。在细胞生长阶段,负责次级代谢产物合成的酶受到阻遏。

A.诱导因子在生长期末积累或从外源加入;

B.初级代谢的终点产物耗尽;

C.易被利用的糖源分解代谢物被利用后,便解除了阻遏作用;

D.高能化合物ATP形成减少后，阻遏作用也就解除;

E.在生长期，RNA聚合酶只能启动生长期基因的转录作用；当生长停

止后,酶的结构改变,允许RNA聚合酶启动生产期基因的转录作用,

负责抗生素合成的酶开始生成。

58(2)酶的诱导作用

在抗生素合成期,参与次级代谢的有些酶是诱导酶。

需要底物或底物的结构类似物(外源和内源诱导剂)。

59

(3)分解代谢产物的调节控制

碳、氮分解代谢产物(如葡萄糖)阻遏和抑制作用,抑制抗生素合成。解除分解产物阻遏的方法:

A.选育对葡萄糖代谢产物类似物抗性突变型;

B.培养过程中利用缓慢的碳源,连续流加葡萄糖;

C.使用含有慢慢向培养基内渗透营养物质的颗粒。

6061（4）磷酸盐的调节

抗生素只有在磷酸盐含量控制在生长的“亚适量”时才能合成。

磷酸盐抑制抗生素合成的机制可能有以下二方面：

A.抑制或阻遏抗生素生物合成途径中有关酶的活力和合成。

B.改变代谢途径。

C.磷酸盐可调节细胞内ATP的形成。

62(5)次级代谢产物的自身反馈调节

在多种次级代谢产物的发酵中都发现了末端产物的反馈调节作用。

产生菌抗生素的生产能力与自身抑制所需抗生素浓度呈正相关性。因此要选育生产能力强的抗反馈调节的突变菌株。63(6)初级代谢产物的调节

某些初级代谢产物可以调节次级代谢产物的合成的原因:

A.有一条共同的合成途径,当初级代谢产物积累时,反馈抑制了某一步反应的进行,而最终抑制了次级代谢产物的合成。

B.初级代谢产物直接参与次级代谢产物的生物合成,反馈抑制了它自身的合成时,必然也同时影响了次级代谢产物的合成。

6465(7)细胞膜透性的调节

细胞膜的运输影响胞内合成及代谢物分泌和发酵产物收获。

在青霉素发酵中,生产菌细胞膜输入硫化物能力的大小影响青霉素发酵单位的高低。

66(8)次级代谢的能荷调节

A.能荷调节机制对次级代谢途径的控制是有效的。

B.金霉菌菌株的ATP含量在生长期中迅速增加,而在金霉素形成期ATP含量迅速下降,并保持在较低的水平上。低产菌株的ATP量始终比高产茵株大2—4倍。

C.高浓度的磷酸盐可增加细胞内ATP的形成。

67第四节微生物发酵的动力学分批发酵动力学补料分批发酵动力学连续发酵动力学68一、分批发酵动力学分批培养的不同阶段微生物分批培养的生长动力学方程分批培养时基质的消耗速率分批培养中产物的生成速率分批培养过程的生产率691、分批培养的不同阶段分批发酵随着微生物生长和繁殖，细胞量、底物、代谢产物的浓度等均不断发生变化，微生物的生长可以分为四个阶段：延滞期、对数生长期、稳定期和衰亡期。702、微生物分批培养的生长动力学方程分批培养发酵过程中，虽然培养基中的营养物质随时间的变化而变化，但是通常在特定条件下，其比生长速率往往是恒定的。Monod方程71Monod方程特定温度、pH值、营养物类型、营养物浓度等条件下，微生物细胞的比生长速率与限制性营养物的浓度之间存在如右关系式。μ——比生产率，1/hμm——最大比生产率1/hKs——饱和常数，g/LS——生长限制基质浓度，g/LMonod方程式适用于条件：

适用于单一基质限制及不存在抑制性物质的情况，其他营养是过量的，且没有抑制物的生成。72Monod方程Ks代表当比生长速度为最大比生长速度一半时限制性营养物质的浓度。Ks越大，表示微生物对营养物质的吸收亲和力越小，反之越大。一般微生物的Ks值都较小。比生长速率与基质浓度的关系73例：乙醇为唯一碳源进行面包酵母培养，获得如下数据：S(g/L)0.400.330.180.100.0710.0490.0380.0200.014μ(h-1)0.1610.1690.1690.1490.1330.1350.1120.09090.0735求μmax和KS。解：莫诺方程可变形为计算S/μ，绘制曲线。74S(g/L)0.400.330.180.100.0710.0490.0380.0200.014μ(h-1)0.1610.1690.1690.1490.1330.1350.1120.09090.0735S/μ(gh/L)2.481.951.070.670.530.360.340.220.1975由图中可知：直线截距=0.095,斜率为=5.7865,76微生物底物