发酵动力学实验

1发酵动力学研究的内容研究发酵动力学的方法发酵动力学研究步骤发酵动力学研究的意义发酵动力学模型发酵动力学实验设计发酵动力学实验2发酵动力学是研究各种发酵过程变量在活细胞作用下的变化规律，以及各种发酵条件对这些变量变化速度的影响。

以化学热力学（研究反应的方向）和化学动力学（研究反应的速度）为基础，对发酵过程中各种物质的变化进行描述。一、发酵动力学研究的内容3研究内容微生物生长动力学基质消耗动力学产物生成动力学4二、研究发酵动力学的方法

发酵动力学研究的前提①反应器内的搅拌系统能保证理想的混合；②温度、pH等环境条件能够控制以保持稳定；③细胞有固有的化学组成，不随发酵时间和某些发酵条件的变化而发生明显变化；④各种描述发酵动态的变量对发酵条件变化的反应无明显滞后。51.宏观处理法：把细胞看成一个均匀分布的物体，不管微观反应机制，只考虑各个宏观变量之间的关系，这样便得出结构模型和非结构模型2.质量平衡法：根据质量守恒定律，对某一物质在过程发生前后的质量变化进行恒算。

发酵动力学研究方法6质量平衡式物质在系统中积累的速度=物质进入系统的速度+物质在系统中生成的速度-物质排出系统的速度-物质在系统中消耗的速度某物质在系统中的含量能够在线测量或估计，通过建立上述平衡方程式，就可以确定该物质在系统中变化的动力学。人为加入或排出和通过相界面传质进入或排出三、发酵动力学研究步骤7获得发酵过程中能够反映发酵过程变化的多种理化参数寻求发酵过程变化的多种理化参数与微生物发酵代谢规律之间的相互关系建立多种数学模型，描述多种理化参数随时间变化的关系利用计算机和程序控制，反复验证多种数学模型的可行性的适用范围8氧需求好氧发酵兼性好氧发酵厌氧发酵液体表面发酵液体深层发酵深层发酵操作方法分批发酵分批补料发酵连续发酵微生物发酵动力学的研究与发酵的种类、方式密切相关四、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。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。10发酵过程中，基质主要消耗在：①满足菌体生长消耗②维持微生物生存的消耗③合成代谢产物的消耗S，基质（底物）；G，菌体生长；M，维持代谢；P，产物合成1、几个基本概念五、发酵动力学模型111.维持因数(m)：单位重量的（菌体）细胞在单位时间内用于维持代谢消耗的基质的量。

一般来讲指维持细胞最低活性所需消耗的能量。（碳，氮，氧等的维持因数mc,mn,mo）ms: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。12基质的消耗速度

基质的消耗比速率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13菌体的比生长速率产物的比生产速率143.生长得率：菌体的生长量相对于基质消耗量的收得率。YX/s:相对与基质消耗的实际生长得率系数Yg/s:相对于基质消耗的（纯生长）理论得率系数

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。154.产物得率：产物的合成相对于基质消耗量的收得率。YP/s:相对于基质消耗的实际产物得率系数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，对于由特定基质经特定途径产生的特定产物来说，它是一个常数，不因菌株和发酵条件的不同而异。1617μ：菌缴体的萍生长潜比速s：单日一限坏制性忽基质暗浓度Ks：半嚷饱和笔常数μma存x:最大样比生略长速篮率s1.纳Mo浪no合d方程次式2、微凝生物遣生长绝动力恶学µmµm/2ks莫诺戴方程硬成立羡的假匆设条未件：菌体宪生长方为均愿衡型员非结拾构式羞生长鲜，细任胞成单分只缘瑞需要妥用一泼个参益数即苍菌体得浓度触表示奴；只有钢一种惕底物布是生墙长限徒制性暗底物忽，并葡且没园有反鞋馈抑瞧制性浓产物谁出现右；微生子物生蓝长没冒有动脱态滞脉后性策。1819Mo磨no谱d方程艳中单逝一限洁制性毯基质遗可以鱼是培驱养基真中任我何一挨种与合微生局物生挪长有夏关的河营养暂物，涨只要瓜该基私质相勤对缺供乏，蹈就成挺为限魂制性季生长犁因子刘。实五际过夏程中亚，可根能出夺现多却种限岸制性浇基质沃和抑驴制性石物质葬，影蛋响了Mo委no艘d方程祝的适至用性稳。20Ks，微生良物对波基质祖的饱规和常裹数,当μ=登1征/2恰μma筑x，s=Ks当s<<Ks，基探质浓亩度很源低时命，提骡高S，可秆明显喊提高μ，一蛇级反险应。当s>>Ks，基杜质浓诸度较闯高时夏，μ与s无关辞，零劫级反沉应。当s趋近居于无微穷大妨时，μ=蓬μm家ax微.μ功ma诊x是理瓣论上姓最大蜻的生辰长潜轰力。µmµm/2kss21米氏桌方程µmµm/2kss莫诺购方程22莫诺飞方程舟与米葱氏方悠程二者蝴形式鬼相同炮，但争微生铺物生却长是浅细胞陶群体提生命脑活动种的综规合表沃现，只机理诱非常丧复杂畏。Mo都no睬d方程枪与米杀氏方易程的策区别闭与联控系是翅：Mo馆no牌d方程劳是对牺实验阴现象缎的总悦结，销是经抚验方欠程（em万pi滔ri叶ca帝l舰mo躁de春l）；米氏为方程呢是根垫据酶欺反应浆机理骑推导把得出略，是刑机理其方程冈（me谨ch特an休is浮ti卖c箱mo岭de扇l）。由于年微生粒物的损代谢栏产物坦，特鸟别是稿次级陵代谢萄产物疏的合泽成途诸径特售别复泉杂，粪其动胆力学估过程爬不仅赌受菌狱体自变身基笨因型讲的限像制，申还与驼其生纷活的艰外部称条件洒有密剂切关能系。款目前办整个或动态臭变化渐过程谜的规煮律仍响不是域十分挪清楚矮，大嚼多数颈研究绑只是惨限于喊宏观粮变量派的非娃结构忙模型锤。233、微描生物柔的产记物生拳成动头力学24根据质细胞既生长丙与产管物形蒸成是疑否偶跪联进鞋行分便类Lu洪ed岁ek载in枣g-开Pi船re怒t模型扔是一刃常见耀的分盗批发忘酵产菜物合版成动毒力学归模型宜，它扩把产愚物生垃成速腊率看售作是轰菌体蛛生长舞速率使和菌驶体浓犹度的办函数源，用搞数学春式表伯示为强：式中邻：α—稍—与生傲长偶堆联的石产物核形成誉系数β—出—非生贵长偶留联的练相关丘系数25偶联衬型：产物翼生成形速率挎与细乒胞生傲长速联率有径紧密律联系反，合触成的掠产物柔通常洋是分裁解代漆谢的错直接羡产物想，如退葡萄外糖厌炕氧发缎酵生耻成乙姑醇，广或者孙好气虑发酵牧生成捧中间赖代谢霞物(氨基盖酸或军维生躺素)。这叼类初企级代俯谢产联物的达生产追速率次与生托长直思接有宿关。务式中α>逮0，β＝0混合竹型：生长轮与产竖物生男成相丑关(如乳旁酸、龟柠檬度酸、印谷氨谣酸等堆的发余酵)，发具酵产餐物生欣成速的率可绳由Lu耕ed雅ek杏in体g-丽Pi抬re棵t模型粗数学龄式描努述，式中α>匆0，β>电0。该混魂合型页模型耻复杂骂的形疑成是坦将常谣数α、β作为王变数挺，它臂们在絮分批睡发酵牢的四印个时豆期分尊别具岛有特渠定的榜数值竿。根据较细胞妄生长萍与产脆物形赢成是娃否偶慢联进中行分愉类26非生迹长偶芝联型狼：在生械长和动产物默无关希联的晒发酵骄模式昼中，医细胞负生长屑时，摸无产料物，崖但细条胞停欢止生驾长后芽，则惹有大妖量产岂物积碎累，铸产物抛的形凑成速希率只演与细袖胞积瓦累量号有关时。产欣物合贫成发脊生在笛细胞核生长候停止胳之后(即产沃生于云次级求生长)，故削习惯稳上把咬这类凑与生鸽长无归关联陡的产洽物称微为次争级代芽谢产兆物，冲但不抄是所疲有次郊级代践谢产桌物一羞定是犹与生两长无蚕关联颠的。燥大多蒸数抗治生素剃和微钟生物惩毒素镜的发拨酵都荡是非室生长睛偶联规的例乎子，之非偶霜联型焰发酵违的生显产速爽率只院与已疏有的盼菌体除量有坏关，而而比预生产盲速率β为一遥常数童，与餐比生给长速奴率μ没有昼直接凭关系场。因奥此，念其产启率和华产物球浓度油高低猫取决煌于细敢胞生鬼长期缸结束音时的驳生物垦量。式中α＝0，β>圈0根据域细胞衬生长笔与产森物形徐成是遍否偶暖联进惧行分丘类274、微给生物表的基饮质消致耗动勒力学假设舞发酵议过程盾没有码中间割代谢篮产物垦积累像，则傲含碳被基质罩的质撑量平汽衡算扭式为污：消耗倘的含尖碳基财质=维持伶代谢与消耗喘量+菌体挎生长艺消耗厉量+产物利合成居消耗志量即：28微分摆后：式中授：ms——维持币系数册，即乐单位面菌体籍、单时位时弹间内惑用哪于菌贤体维棍持生辅命活总动的崭基质泻量——单纯撇用于栋合成骑单位众菌体仙所消适耗的穷基质派量——单纯熄用于榜合成垒单位性产物闸所消扫耗的哀基质有量上式议反映乱了基抛质消喜耗与摄菌体歼生长洒及产腐物生草成之去间的柱关系恶。因轨此，贫当生婶长动级力学锋模型蠢和产屋物生蹲成动挨力学鹿模型晚确定瘦后，报基质秘消耗泄动力负学模黄型即策可确没定。29六、西发酵赛动力垄学实鞠验设餐计1.实验践材料菌种愈：雅致片放射负毛霉AS邪3.皱27悔78培养饼基：斜面盾培养眠基种子拐培养唤基发酵协培养办基（做参考阀实验侦指导爪）试剂禁：DN支S试剂2.实验竭步骤菌种那斜面惨培养最：配制PD概A培养们基10搂0m伸l，分乖装试尚管，救灭菌充后摆剩成斜亲面，员将雅咸致放煌射毛卖霉接啊种于炊斜面膊上，25℃培片养48渔h。种子菜培养贩：斜面叨菌种陵在25℃恒抗温培骄养48矮h后，产转接乡丰于50倦0m还L摇瓶朽，装习液量竿为15较0馒mL，16匠0磨r/采mi持n近25℃，音摇床信培养16纽奉h为种跳液。30发酵地培养:5桑L发酵诵罐中培装入3.隆5巾L的发捞酵培逮养基后，培颈养基掘在在12闹1℃下炮灭菌30淡m你in，温籍度降膀至30℃时务，接竭入种咏液，租接种苍量为4%．控金制适骑宜的展通气吃比、登保持患罐压胃为0.该05叫M难Pa、发越酵温猾度30℃、渴搅拌适速度16兽0柳r/晨mi闯n条件娘下发剥酵84达h．每12酸h取样1次进酱行菌傅体生话长量内、还袍原糖拥产量炕、蔗娃糖糖霉消耗庭测定睡．结旺果为3次重碑复。3.分析威方法菌体组生物里量的弹测定：采侵用比侨浊法扔，发暑酵液乏以蒸勉馏水嫂稀释谋，50镜00俱r动/m固in离心10军m脏in，除追去上扣清液圾，菌驰体沉碎淀用晕生理框盐水类洗2-绢3次再郑离心屯去上室清液牢，用衰生理超盐水寻重悬评并进牺行适苹当稀未释，金测定牧其OD60泊0n同m。31还原漠糖的各测定坡：（1）在碱苗性条恒件下阁，还象原糖旺与3可、5夏－二茂硝基树水杨坚酸共洪热，皮3、掌5－农二硝罚基水朽杨酸烈被还剩原为磨3－稳氨基忽－5诱－硝密基水叨杨酸畅（棕索红色鞠物质绿），免还原倒糖则古被氧导化成砖糖酸器及其壶它物阳质。骂在一议定范舅围内盈，还锻原糖供的量厨与棕农红色邻物质播颜色乡丰深浅递的程吉度呈押一定据的比证例关先系，纹可在作72森2型植分光封光度侄计5堪40另nm然波长队测定割棕红朵色物松质的涝吸光储度值称。查沉标准粉曲线贱计算蜡，可届求出亏发酵马液中隆还原统糖的傅含量沿。（2）取4鞠支干侵燥试揉管,蔑编号困,按抹下表狂所示史的量摆,精拒确加饮入待愉测液浊和试终剂(谱ml勇):管号项目空白还原糖0123样品量02.02.02.0蒸馏水3.51.51.5