华东理工大学：《发酵工程》精品课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 发酵过程动力学的基本概念

发冠程动方学的基本概念 第五章发酵过程动力学的基本 ●发酵过程的反应描述及速度概念 ●发酵过程动力学研究的基本内容 ●菌体生长、产物形成、基质消耗动力 学的基本概念 ●反应动力学的应用—连续培养的操作特 性 http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 第五章 发酵过程动力学的基本概念  发酵过程的反应描述及速度概念  发酵过程动力学研究的基本内容  菌体生长、产物形成、基质消耗动力 学的基本概念  反应动力学的应用—连续培养的操作特 性 发酵过程动力学的基本概念

发冠程动方学的基本概念 心发酵过程的反液描述及速度念 第一节发酵过程的反应描述及速度概念 X S(底物) X(菌体)+P(产物) 发酵研究的内容: 菌种的来源找到一个好的菌种 发酵过程的工艺控制—最大限度发挥菌种的潜力 http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 第一节 发酵过程的反应描述及速度概念 X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物） 发酵研究的内容： 发酵过程反应的描述 菌种的来源——找到一个好的菌种 发酵过程的工艺控制——最大限度发挥菌种的潜力 发酵过程动力学的基本概念 ❖发酵过程的反应描述及速度概念

发冠程动方学的基本概念 心发酵过程的反液描述及速度念 发酵过程反应速度的描述 X S(底物)-→X(菌体)+P(产物) 基质的消耗速度:r (g L-S") dt d 基质的消耗比速 X 单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物(菌体)的量称 为比速,是生物反应中用于描述反应速度的常用概念 http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 基质的消耗速度： ds r dt = − ds  = − dt X 发酵过程反应速度的描述 基质的消耗比速： (g.L-1 .s-1 ) (h -1 、s -1 ) 单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称 为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念 X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物） 发酵过程动力学的基本概念 ❖发酵过程的反应描述及速度概念

发冠程动方学的基本概念 令发酵过程的反应描述及遼度概念 发酵过程反应速度的描述 S(底物)一→X(菌体)+P(产物) 基质的消耗比速:a= X (h1) dx 菌体的生长比速:=c X 产物的形成比速:z= X http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc ds  = − dt X 基质的消耗比速： (h-1 ) 菌体的生长比速： dx  = dt X 产物的形成比速： dp  = dt X (h-1 ) (h-1 ) 发酵过程反应速度的描述 X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物） 发酵过程动力学的基本概念 ❖发酵过程的反应描述及速度概念

发冠程动方学的基本概念 令发酵反寇力学的研宽向容 第二节发酵反应动力学的研究内容 研究反应速度及其影响因素并建 立反应速度与影响因素的关联 反应动力学模型 反应器特性 反应器的操作模型 操作条件与反应结 果的关系,定量地 控制反应过程 http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 第二节 发酵反应动力学的研究内容 研究反应速度及其影响因素并建 立反应速度与影响因素的关联 反应动力学模型 反应器特性 + 反 应 器 的 操 作 模 型 操作条件与反应结 果的关系，定量地 控制反应过程 发酵过程动力学的基本概念 ❖发酵反应动力学的研究内容

发冠程动方学的基本概念 令发酵反寇力学的研宽向容 已建立动力学模型的类型 口机制模型:根据反应机制建立 几乎没有 口现象模型(经验模型):目前大多数模型 ■能定量地描述发酵过程 ■能反映主要因素的影响 http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 已建立动力学模型的类型 ❑ 机制模型： 根据反应机制建立 几乎没有 ❑ 现象模型（经验模型）： 目前大多数模型 能定量地描述发酵过程 能反映主要因素的影响 发酵过程动力学的基本概念 ❖发酵反应动力学的研究内容

发冠程动方学的基本概念 令微生物生长动力学的基本櫬食 第三节微生物生长动力学的基本概念 、微生物在一个密闭系统中的生长情况: 静止期 延迟期: 减速其 衰亡 指数生长期:=Am 倍增时间;td 减速期:<0 指数生长期 延迟期 静止期:-0;X=X 时间 衰亡期 http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 第三节 微生物生长动力学的基本概念 一、微生物在一个密闭系统中的生长情况： 时间 菌体浓度 延迟期 指数生长期 减速期 静止期 衰亡期 延迟期： dx dt = 0 指数生长期:   = max 倍增时间：td 减速期: d dt   0 静止期： ; dx dt = 0 X X= max 衰亡期: dx dt  0 发酵过程动力学的基本概念 ❖微生物生长动力学的基本概念

发冠程动方学的基本概念 令微物生长劭力学的基念 、微生物的生长动力学、 Monod方程 微生物的生长速度: μ=f(sp,T,pH,……, 在一定条件下(基质限制) =f(S) http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 二、微生物的生长动力学、Monod方程 ❑ 微生物的生长速度： μ＝f(s,p,T,pH,……,) ❑ 在一定条件下(基质限制)： μ＝f(S) 发酵过程动力学的基本概念 ❖微生物生长动力学的基本概念

发冠程动方学的基本概念 令微物生长劭力学的基櫬念 Monod研究了基质浓度与生长速度的关系 Monod方程1949) 米氏方程 V=v K+s max K+s S http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc Monod研究了基质浓度与生长速度的关系 ———Monod方程(1949) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 S 600 800 1000 V V m V m/2 K m 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 S 600 800 1000 V V m V m/2 K m μ max s S K S   = + max s S v v K S = + 米氏方程: 发酵过程动力学的基本概念 ❖微生物生长动力学的基本概念

发冠程动方学的基本概念 令微物生长劭力学的基櫬念 S K+s :菌体的生长比速 单一限制性基质:就是指 S:限制性基质浓度 在培养微生物的营养物中 Ks:半饱和常数 对微生物的生长起到限制 max:最大比生长速度 作用的营养物。 http://biotech.ecust.educn/jpkc/fgc

http://biotech.ecust.edu.cn/jpkc/fjgc 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 S 600 800 1000 V V m V m/2 K m max s S K S   = + μ：菌体的生长比速 S：限制性基质浓度 Ks：半饱和常数 μmax: 最大比生长速度 μ 单一限制性基质：就是指 在培养微生物的营养物中， 对微生物的生长起到限制 作用的营养物。 发酵过程动力学的基本概念 ❖微生物生长动力学的基本概念