微生物反应专业知识讲座

4.1酶反应与微生物反应区分作为催化剂，酶在反应过程中总量不变，而微生物量在不停增加，即微生物反应是自催化反应酶反应是分子水平，而微生物反应是包含分子与细胞，细胞与细胞之间复杂反应微生物反应过程本质是复杂酶反应体系，细胞内所进行全部合成与分解反应均是酶所催化。微生物反应专业知识讲座第1页4.2微生物反应得率系数即Yi/j，是对细胞消耗底物并将其转化成细胞本身和目标产物能力进行评价一个参数。对底物菌体得率对底物理论菌体得率对底物产物得率对菌体产物得率微生物反应专业知识讲座第2页4.2比速率微生物生长绝对速率可表示为一样其底物消耗速率可表示为产物生成速率为比生长速率底物比消耗速率产物比生成速率微生物反应专业知识讲座第3页4.3微生物生长动力学微生物生长特点Monod方程有底物抑制微生物生长动力学有产物抑制微生物生长动力学有维持代谢微生物生长动力学微生物反应专业知识讲座第4页4.3.1微生物生长特点微生物细胞小，数量多。微生物生长各个时期，微生物形态、性质均各不相同，微生物细胞组成成份会因培养基组成、培养时间而异微生物反应体系为多相体系。微生物反应专业知识讲座第5页4.3.2Monod方程三点假设方程动力学参数微生物反应专业知识讲座第6页三点假设细胞生长为均衡生长，描述菌体生长唯一变量就是细胞浓度g（cell干重/L）培养基中有各种成份，只有一个成份对微生物生长起到限制作用（称为限制性基质）菌体生长为单一反应，YX/S是常数。微生物反应专业知识讲座第7页Monod方程依据三点假设，在大量试验基础上，Monod推导出其中，μmax为微生物最大比生长速率，μmax越大，表明微生物生长速率越快其值大小与细胞体内所包含信息量相关，细胞内包含信量越大，生长速率越慢。而Ks没有物理意义，只是一个很小浓度单位，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。微生物反应专业知识讲座第8页4.3.3有底物抑制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正确底物浓度即

微生物反应专业知识讲座第9页4.3.4有产物抑制时细胞生长时，一些代谢产物浓度较高时，也会抑制微生物生长，如酵母厌氧产生乙醇时，酒精浓度高于5%时，会抑制酵母生长。其中Pmax为反应过程中所允许最大产物浓度。微生物反应专业知识讲座第10页4.3.5考虑维持代谢时试验中发觉，当底物浓度低于某一数值以下时，细胞停顿生长，但底物仍在消耗，这部分底物用于维持代谢依据μ=0得到能观察到菌体生长最小底物浓度微生物反应专业知识讲座第11页4.4微生物在分批培养时特点延尺期μ=0对数生长久减速期平衡期衰亡期微生物反应专业知识讲座第12页4.5底物消耗速率通式，依据得到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，底物消耗用于生长、维持和代谢产物生成即微生物反应专业知识讲座第13页4.6产物生成速率产物生成速率与比生成速率之间存在有其中与微生物浓度无关，是表征细胞合成代谢产物能力大小参数，能够用来筛选优良菌株。微生物反应专业知识讲座第14页产物生成速率相关模型部分相关模型非相关模型其它模型微生物反应专业知识讲座第15页4.7产热速率微生物反应是放热反应，，储存于碳源中能量，在好氧反应中有40-50%能量转化为ATP，其它以热量形式被排放到环境中，因为微生物反应对温度改变极为敏感，因而进行微生物反应时，必须注意温度控制。其产热速率与细胞浓度之间满足微生物反应专业知识讲座第16页4.8微生物动力学试验测定目标反应器方法微生物反应专业知识讲座第17页4.8.1目标确定反应速率与反应物浓度之间函数关系，即确立速率方程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关系微生物反应专业知识讲座第18页4.8.2试验反应器积分反应器：混合均匀间歇操作反应器微分反应器：混合均匀连续操作反应器二者区分为底物在反应器中转化率微生物反应专业知识讲座第19页4.8.3动力学参数估算方法积分法：将所假设动力学方程进