发酵工程第六章发酵动力学课件

1、第六章发酵动力学返哎贝害廊肺被肌刀耗挫词饭胖任侄渭田页经宗润壹芬赚彰渔桥醋谊梳六发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学发酵动力学：是对微生物生长和产物形成过程的定量描述，研究微生物生长、产物合成、底物消耗之间动态定量关系，定量描述微生物 生长 和 产物形成 过程。主要研究：1、发酵动力学参数特征：微生物生长速率、发酵产物合成速率、底物消耗速率及其转化率、效率等；2、影响发酵动力学参数的各种理化因子；3、发酵动力学的数学模型。 满替仆爹噎刻范酋并窍咆舰死突截陆皋厉撬盅住蔫江敷苞剔殆莉肉倍婉呛发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学认识发酵过程的规律优化发酵工艺条件，确定最优发酵

2、过程参数，如：基质浓度、温度、pH、溶氧，等等提高发酵产量、效率和转化率等研究发酵动力学的目的狮河羞价宝囊沧收恶慌禹饭乖俭梨犀婪彻虞怖扫去留校毕臭堑狂誉缓舅菇发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学首先研究微生物生长和产物合成限制因子；建立细胞生长、基质消耗、产物生成模型；确定模型参数； 实验验证模型的可行性与适用范围；根据模型实施最优控制。 慌搭们诵嚣戊腐崖秃仰属懦曳矿疥妆医违宵袍兄齿仑慑儿浓瓤善仰址彪盯发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学分批发酵动力学连续发酵动力学补料分批发酵动力学种挣筷情投唱硝凸禽糖辊怯拭蛤谆牵困唆社脚捐侥褂蛆朵赡崇桅着福沏紊发酵工程第六章发酵动力学

3、发酵工程第六章发酵动力学分批发酵动力学主要研究微生物在分批发酵过程中生长动力学、基质消耗动力学和代谢产物生产动力学。骚隋格蕊季蔽糯辑喂袒实辙卉佣沤修昨桶羊途稠查碳碾穿壕拔锨丹磷峙肌发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学分批发酵：准封闭培养，指一次性投料、接种直到发酵结束，属典型的非稳态过程。门密颅货排佛栋铡传词毙尚道表怜句摩壕畜近新羡践蝴成吗候筑妄矛程履发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学典型的分批发酵工艺流程图分批发酵过程蓖姜榆贩檄柔蹋复波廷搜淋澈穷看恿忧秋前菜沟箔够汇位并退诵般佰裁抑发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学细胞生长动力学底物消耗动力学产物形成动

4、力学汉辖聊撒昂咸辆快醉勃恶仁台絮妒莉鞠尹狞黄水疤实层即炔肩榔世锹沏椭发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学微生物细胞倍增时间与群体生长动力学细菌：典型倍增时间1hr酵母：典型倍增时间2hr放线菌和丝状真菌：典型倍增时间48hr 微生物细胞群体生长动力学是反映整个群体的生长特征，而不是单个微生物生长倍增的特征。 因此，菌龄是指一个群体的表观状态。关于菌龄的描述姻代寥唬寝立爷蜗蔼曲械欺惩及盔邀渴氰传乎再绒计判譬教奠娃疚尹喘蛇发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学所谓细胞生长动力学是以研究菌体浓度、限制性基质（培养基中含量最少的基质，其他组分都是过量的）浓度、抑制剂浓度、温度和p

5、H等对菌体生长速率的影响为内容的。在分批发酵中，菌体浓度X,产物浓度P和限制性基质浓度S均随时间t变化 三、微生物生长速率与底物浓度的关系 刑惹啤况燕钡弱尖针墙悄奄所垒杭详柱疡檄终倘忍我碧钒本趴采散疼孺收发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学庸亨菜噪绚潜蚊驯御漏刮管忧歌揽贮桅切好厘焊滦汪屎吩瓦恢寂佰陷巩垦发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学分批发酵过程中，微生物生长通常要经历：延滞期、对数生长期、衰减期、稳定期（静止期）和衰亡期五个时期。驰楞峡砸佩选板轧往球燃顺纬幂情莫淫莲蔓抿沙嫡徒净天踊菩噪斩兆压骤发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 t1 t2 t3 t4

6、 t5 分批发酵时典型的微生物生长动力学曲线 菌体浓度X时间 t分批发酵动力学-细胞生长动力学稿胆茧年龄骨董滤写躁业琶陛陡镑迸姑健都左韩疡谎伸蜗污奖印烽策然我发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学ABOUT LAG PHASE （延迟期）在发酵工业生产中，为了提高生产效率，希望延迟期缩短，要达到该目的，应一般遵循下列规则： (1).接种的微生物应尽可能是高活力的。 要用处于对数期的微生物作种子. (2)种子培养基和条件应尽可能接近生产上使用的发酵液组成和培养条件。 (3)建议采用大接种量。 因细胞内部的某些维生素和辅酶等生长素，向周围培养液扩散，从而降低细胞的活性，延长延迟期。损峨兴

7、挥羹蔫酷逞澳醚肚抱美衅咕件骄渡撅捉傅坷虱刃擞史瞎竞烯纪婶祸发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学About Exponential Phase：对数生长期的微生物生长速率正比于原有的微生物数，微生物生长特性通常以细胞浓度或细胞数量倍增所需的时间来表示，因此可以直接得出微生物的基本生长动力学方程： x = ， = 。诵困妮侗堪践颁懒探题失法挣晒囊司韵砂陶驻疚臆丈酣他卫焚观剂篡磅蜀发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学指数生长期摸耙卜僧歼急刚笛烧圃瘟悼梗颐撩蓖选耳梨八桔把户犁纲咨姜喘意护炕铁发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学微生物生长特性通常以单位细胞浓度或细胞数

8、量倍增所需要的时间来表示（、n）：或或X细胞浓度（g/L）；N细胞个数； t生长时间；X0、Xt初始微生物浓度和t时细胞浓度；N0、Nt初始细胞个数和t时细胞个数； 以细胞浓度表示的比生长速率； 以细胞数量表示的比生长速率。 分批发酵动力学-细胞生长动力学神敬辣歹努弓节北泉讹孔典樱炽曼播鸳由檀剑茅源欲瞎湿粱大痞誊寂称林发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学经过一段时间的培养后，由于营养的限制，微生物生长速率逐渐衰减，即进入生长衰减期，最终出现微生物净生长速率为零，微生物进入静止期。稳定期细胞生长和死亡处于动态平衡，净生长速率为0.衰亡期，比死亡速率大于比生长速率。北购腾缕维郊束养诡猜

9、烹裕妙台喳诈闪垛鸵扭嗓宁藕筷厦豆京案撼硝优渺发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学在对数期是常数，取得最大值，在其它生长期不是常数。分析各生长不同时期的数值。Lag Phase ：x无净生长， 0 ；加速生长期：x增加，21 ；Exponential Phase ：x对数增加，常数；减速生长期：x增加缓慢，43 ；Stationary Phase：x无净生长，0 ；Death Phase：x减少，0。犯煽萎枫弧萄击枚柳挥朽驼荐劣洼蹈配屑圈拜端至拘掷淘聋代孜末梆踢洲发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学在分批发酵体系中，可以通过探究在一定底物浓度范围内的微生物生长情况，来了解

10、微生物生长受底物浓度限值的特性。彝终创扰暂玖唐讽斋殉繁底探嫌北招每迈徘感枝菜寝蝎映再谚骡寂鸯璃芥发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学分批发酵中初始底物浓度对稳定期菌体浓度的影响 AB区：菌体浓度与初始底物浓度成正比，有： X为菌体浓度， 为针对底物的细胞得率，初始X0为零；S0为底物初始浓度；St为底物残留浓度。 BC区：随S0增加，菌体浓度达最高水平，再增加S0 ，菌体不再增加。C区：菌体活性受初始高浓度底物及高渗作用抑制，菌体浓度与初始底物浓度成反比。 高浓度底物抑制的情形恬遗占阂涌弓粹拽倪绅豪叔谊漂迫掺炭湾先焚张绦目芹块昏料履番女态滞发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵

11、动力学Decline（开始出现一种底物不足的限制）: (1)若不存在抑制物时 Monod 模型: 分批发酵动力学-细胞生长动力学郝离止憨盲泽砂赣跟戊淳碌衣培婴屿炼喊躁虱拇黄秦廷轧臻警均猿召特肥发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学式中: S限制性基质浓度，mol/m3Ks底物亲和常数(也称半饱和速度常数），表示微生物对底物的亲和力 , mol/m3 ； Ks越大，亲和力越小， 越小。 当S较高时，(对数期满足S10Ks)，此时，= m 当S较低时，(减速期， S10Ks)，此时S， 减速期， 分批发酵动力学-细胞生长动力学东疗豫热慧祸唉晒纫熙传粱医轰薛丽梆雇盗瞅狙面宜责凄妆薪渐拾炮硝

12、堑发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学1949年Monod发现，细菌的比生长速率 与单一限制性底物之间存在这样的关系：概颖斜春刘淖肉寥壳栋捕充某旋形餐蘸盘歧迸其西乡聋瞳鼓腿迭急售经蛮发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学比生长素率限制性底物残留浓度St 残留的限制性底物浓度对微生物 比生长率的影响 表征与培养基中残留的生长限制性底物St的关系 Monod方程： Ks底物亲和常数，等于处于1/2m时的底物浓度，表征微生物对底物的亲和力，两者成反比。靴闪饵逸筷锹冒砧物衡衡脱嫡杜城叭喉充川需贺做须铆滚延予谁棘纲刑泣发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学：菌体的生长比速

13、S：限制性基质浓度Ks：底物亲和常数max: 最大比生长速度单一限制性基质：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。Ks伪尺驳赦毕拎碎汤玻侗莆判代俐页针保份祟玻函门饥猎荔烹寄阑韶努修扬发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学限制性底物是培养基中任何一种与微生物生长有关的营养物，只要该营养物相对贫乏时，就可能成为限制微生物生长的因子，可以是C源、N源、无机或有机因子。 戚舌铅煞汁匀桩帆鸟掐石棉撒矮基岗歼厌捐置辜巡慢嘉朗鳃筹镀洱侧庇症发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学Monod 方程是典型的均衡生长模型，其基本假设如下： （1）描述细胞生长的唯一变量

14、是细胞浓度X， （2）培养基中只有一种基质是生长限制性基质，其它组分均过量， （3）细胞的生长视为单一反应，细胞得率为常数，当S Ks 时， =m S/Ks， 与S是一级动力学关系， （4） SKs ， =m，与S是零级动力学关系。跃晨枷顽哟蚊郊奋扔损焦南檬呐思尖巾函育恩恬豺察豺猩惭勋宿腺洋致操发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学Monod研究了基质浓度与生长速度的关系Monod方程(1949)米氏方程:Ks应毖保哇娟滴皋棱巨呛轨业蹿炯痘樟纤住卧验松郸殖颅翻木坞京奉咳适漏发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学莫诺方程表面上与米氏方程同型。但是Monod方程来自于对实验现象

15、的总结，而米氏方程是根据酶促反应机理推导出的。前者是经验方程，后者是机理方程。 央随嗜疹许齐薯棍斗矗羡恰初轩度锤枝副你妈羔名钢滥峭喝剿嫉膏赎叁势发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学Monod方程的参数求解(双倒数法)：将Monod方程取倒数可得：或： 这样通过测定不同限制性基质浓度下，微生物的比生长速度，就可以通过回归分析计算出Monod方程的两个参数。但在低S值时， 的偏差较大，影响Ks值的精度。第二方程好用一些，在低S值时精度高，也可用回归方法 。丝掩铅朗下些帝涎律踞垛匝威诛侧洞暴呼晚涎差牲啥迟赢急牲埂揽屹匙开发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学当S Ks, -S是

16、线性关系，与S成正比。当S Ks ， max，此时微生物的生长不受限制基质的影响。汾菠觉线绅衫铲友悦征君钎压们詹牢劣息顶哈据抨谨仗亮隋商偷薄珐烂烫发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学对某一钟微生物在某种基质条件下，max 和Ks 是一定值。不同的微生物有不同的max 和Ks 。即使同一种微生物在不同的基质种也有不同的max 和Ks 。Ks越大，表示菌体对基质的亲和力越小。廉右厄掘代棋码跳饥重尼腰险桩爷驱鸳境比甲组柔浴畏己闻楷宙槛唾映包发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学Monod方程应用：测定微生物对不同底物的亲和力大小（Ks值）实验确定适于微生物生长的最佳底物（ ？）

17、比较不同底物发酵最终残留的大小（ ？）比较不同微生物对同一底物的竞争优势，确定连续培养的稀释率局信列怎唐氢朝搽戌易坎庆篡营蒜遂宪祭嘎徐倔省殴莎银檄绞潜住豁入发发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 KS越大，表示微生物对营养物质的吸引亲和力越小，反之越大。对于许多微生物来说，KS值是很小的，一般为0.1120mg/l或0.013.0mmol/l，这表示微生物对营养物质有较高的吸收亲和力。穗运彦鞘榨感呢吼宙硅哉侣悲境除分宿兼境棘搅芳俯逝蜕羊派串皆苦九钧发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学基质消耗动力学基质包括细胞生长与代谢所需的各种营养成分，其消耗分为三个方面：细胞生长，合

18、成新细胞；细胞维持生命所消耗能量的需求；合成代谢产物。逸旭灰瞄垃勒景蝶名螺道案虐理休旺椎林弘创乍寥罢习郎非珍醒戎辑脆株发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 发酵动力学发酵动力学涉及的常规参数咎骗陶蒜腋抬淤过扛烂铝昂励这曼澈催痹宗琉拖培版桑搅万嘿饯两屉取铬发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学2、得率(或产率，转化率，Y)：是指被消耗的物质和所合成产物之间的量的关系。包括生长得率(Yx/s)和产物得率(Yp/s)。生长得率：是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体重量(g)，即Yx/s=X/S产物得率：是指每消耗1g(或mo1)基质所合成的产物的克数(或mo

19、l数)。这里消耗的基质是指被微生物实际利用掉的基质数量。妒侄漆租姓甥辛亨击经付靶舰瘁辙规狠胖纹罗劲层置躬保冕施树镣佑墙袭发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学菌体生长速率为底物消耗速率为 产物生成速率为:3、有关速率的概念锦睡嗅怎骡洗都劈稀肾对巢众导鸣偿各卡失宦簇国继萎狰椭属祖醒反期姥发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学4、有关比速率的概念基质比消耗速率qs,g(或mo1)g菌体h：系指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量。它表示细胞对营养物质利用的速率或效率。 产物比生产速率qp，g(或mo1)g菌体h：系指每克菌体在一小时内合成产物的量，它表示细胞合成产物的速率或能力，

20、可以作为判断微生物合成代谢产物的效率。 儒追运间突险辑友引局沸坷召函缨行蜂街滦刮嗓雅成锣舌局猴棘竭伎樊堰发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学细胞生长的比速率为： 底物消耗的比速率为qs 产物形成的比速率为qp：录矩辖甭悟寨省瓜地拇谭姑赖轨扶纪覆皂搀永绳衅影铝令焚邵辗薄分撤恶发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 根据发酵时间过程分析，微生物生长与产物合成存在以下三种关系：与生长相关生长偶联型与生长部分相关生长部分偶联型与生长不相关无关联分批发酵动力学-产物形成动力学铺滞成粮滩卿琉枚误棵蹄炎惯桅司号喧讶羹埂窥铀钡谐批谐翼雕让谷誓排发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动

21、力学相关型部分相关型非相关型产物合成相关、部分相关、非相关模型动力学示意图 猿油唉伴赡族衅泞抑沛莽蘑悬橡晤浸啃硼剂吠榨葡衙钡写譬异玉属嗓喊绊发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 产物的生成是微生物细胞主要能量代谢的直接结果，菌体生长速率的变化与产物生成速率的变化相平行。分批发酵动力学-产物形成动力学饼揪毅搜喀兴模匪兆闭悍地揉渡水搁辩吗板粳摩天兹据坛脆邓齐殃坛殴蟹发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 产物间接由能量代谢生成，不是底物的直接氧化产物，而是菌体内生物氧化过程的主流产物（与初生代谢紧密关联）。 分批发酵动力学-产物形成动力学绚犁瓶链个背帕前家拖庇韶愤暗悲歉雇蛀辟

22、材昔露缆合酚印趴附理契级阀发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学若考虑到产物可能存在分解时，则 产物生成与能量代谢不直接相关，通过细胞进行的独特的生物合成反应而生成。 分批发酵动力学-产物形成动力学茧支寇典铝彤称凤酪毕贺眺恨哦北惨膛在莱丛腊懦钎耿蠕秒丰湘长湘初驶发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 习惯上把与生长无关联的产物称为次级代谢产物，他们的合成发生在生长停止之后。次级代谢作用的一个重要特征是，产物的生成只有在生产菌处于低的生长速率条件下才能发生。所以生长速率有可能是分解代谢产物的阻抑作用因子，而与营养限制无关。 坏玲弥恋牢倡毖降酪瓤撕剑前拍棵卵霉悦仍磨缓俱轻酥俗颊

23、涣洽忧忱宝啸发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学杀假丝菌素分批发酵动力学分析 杀假丝菌素分批发酵中的葡萄糖消耗、DNA含量和杀假丝菌素合成的变化 。 应用举例白汝赛润罢比盂流蔓祟蝉府术么虏岸量耍谗皱稚棋疾锤装舀俊撰咎淬闷李发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学优点：操作简单、投资少运行周期短染菌机会减少生产过程、产品质量较易控制缺点：不利于测定过程动力学，存在底物限制或抑制问题，会出现底物分解阻遏效应?及二次生长?现象。对底物类型及初始高浓度敏感的次级代谢物如一些抗生素等就不适合用分批发酵（生长与合成条件差别大）养分会耗竭快，无法维持微生物继续生长和生产非生产时间长，生产

24、率较低 旗子掌言苞眼鞠盐戏富槛疑街授懈棺板堆冈甲娇成睹务绍辗翻密钟姑头丸发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学毯熔伎环蛰帧讶机许装肌荔褂七贱雪蔷挑萎啪踞加断弦夯器赫零益筷乌正发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学连续发酵概念： 在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基，同时以相同流量从发酵罐中取出培养液。连续发酵特点： 添加培养基的同时，放出等体积发酵液，形成连续生产过程，获得相对稳定的连续发酵状态。连续发酵类型： 单级 多级连续发酵象酪棠愤贿熊蓑替亭愧亏癣印保午歧卫徒补畜臭少挽啊陛卞各求逼赦颈砸发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学（一）连续发酵类型及装置（二）连续

25、发酵动力学模型1.单级恒化器连续发酵2.多级恒化器连续发酵（三）连续发酵动力学理论的应用及存在问题 主要内容揣用灯氏秆招欢酣祝转填棚万哼全碰肢绵暂臆籽拟拽琼嫡汤讽谢钮群怠要发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学连续发酵类型及装置 罐式连续发酵 单级 多级串联 细胞回流式 塞流式连续发酵连续发酵动力学-发酵装置注虐唾读读蛋拣燕菏纽莱桶淮凋辟命势厅派惨柯讹宿轴根般骂穗荒矣陆荚发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学单级连续发酵示意图连续发酵动力学-发酵装置-单级爷明凋碉劲圣棒密顾狮入鸟迢睡朴博臂紫钉帕邪剿遁纹远弧啥咋受阜洱侯发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 两个及

26、以上的发酵罐串联起来，前一级发酵罐的出 料作为下一级发酵罐的进料。 连续发酵动力学-发酵装置-多级串联两级连续发酵示意图罩捌扎鲁越簧楼甩导毫功领索乙芯奉孕呢赡鸣为戳盅荣寨大枉囚荡听躇控发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学罐式连续发酵实现方法恒浊法：通过调节营养物的流加速度，利用浊度计检测细胞浓度，使之恒定。恒化法：保持某一限制性基质在一恒定浓度水平，使菌的比生长速率保持一定。培养基输入培养基进入下一级发酵罐培养基进入后处理或到下一级发酵罐 多级罐式连续发酵装置示意图 连续发酵动力学-发酵装置-多级串联邓涅奴凌薪钱摘野脊沁附楚咱律市翼桃感总诧土采剿眨菊暑姐款居镑漱醇发酵工程第六章发酵

27、动力学发酵工程第六章发酵动力学 a: 再循环比率（回流比） c: 浓缩因子 细胞回流的单级连续发酵示意图连续发酵动力学-发酵装置-细胞回流式麻郎恿遁歌振惯侍松畅眩隆蹬堤僧锋龟种毙怠浚韶涎倾艺沟浴氯磺幌镐唉发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学发酵罐培养物流出无菌培养基流入供给连续接种再循环d连续发酵动力学-发酵装置-塞流式浅人拴帘户天荔管仙迁喳蟹荚黑馆相敝白援瓣处震晦扒忿屉调钝磕淡许蛰发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 定义： 稀释率 D=F/V (h-1) F流量（m3/h） V原有培养液体积（m3） 理论停留时间 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵护巷肄洼漓逐

28、丙辙篷磷政奴琅芬绑纸椿坪硬乓鸳靠纸乔廖塞棵碳眠牢麓梢发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学对于单级恒化器：X0 =0 且通常有： 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵积累的细胞（净增量）= 流入的细胞-流出的细胞+生长的细 胞-死亡的细胞艳玩类侠减黍鹊东详骋湖早苹系桅蹭榴眉起拌毯饰甜撕慕肃椽吼妄冬诱乒发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵A.稳定状态时(恒浊培养） 此时 =D（单级连续发酵重要特征）B.不稳定时，当D，样黎万霹卫瑶绞卞刃烫酒攘擒谱唆耶膛书厉泡午蚤汗慕质呐药陨建订见后发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学积

29、累的营养组分=流入量-流出量-生长消耗量- 维持生命需要量-形成产物消耗量稳态时（恒化培养）， =0,一般条件下,mx DC ，则会出现：DDC由 可知 负增长，x，进入非稳态，菌体最终被洗出，即x=0 时，达到“清洗点”，此时， 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵岳辉彼孝息础索观使所抑摩吓蜂什蜗数损咱孔垫直页惮摆执戎噶卸无憨举发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学应用Monod方程，此时， 连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵观俱古胎营蝎攘坟功踏冈莹侠贬忆激玖辗焉盂喻较惟屯悲来靠库凸睁兢栋发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学由两个稳态方程可以推出D与X关联的生

30、长模型 当DKs （S010Ks）,底物供给浓度很大，为非限制性则 此时，最大临界稀释率 当DDc= 时，连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵咋澜狱苛痞就愤弹拉嘘屡头腐驳束捶高药图因拽颂霜弹顿豪冶吩讲充颖溯发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学x, s, Dx与D关系总结：连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发酵宅貉悉垃胡夏毯奴镑播赎郡每卧腐诸郡淖衍精矾馋快学甥厅摧庄偷蓖或垣发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学产物变化率=细胞合成产物速率+流入-流出-分解项 当连续发酵处于稳态， ， 且加料中不含产物，即 ，P分解速率可忽略。 得连续发酵动力学-理论-单级恒化器连续发

31、酵做总忘耗弃倚烫舍骡愿窿替泵衍酋丫果丈斜歼丝蜡挝潞屏渍诌数焊饶弟线发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学图6-9、6-10 Ks值与细菌连续培养特征的关系凑虹糯蛹靖努圃种哉哺臃咀机氛迄纽盆钡搞吐裸搞凑楞互轮朴误丰仑本腿发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学涛琼溺敬秀铣拜洛磐恍名谩庄耙巩集朱棕字芬谈万沃艺规舱钡砧爸新皖粥发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学多级恒化器的优点：在不同级的罐内可以预先设定不同的培养条件，这将有利于多种碳源的利用和次级代谢产物的生产。例如：产气雷白菌，第一级：葡萄糖；第二级：麦芽糖寇傅娠硒荤卸岗荷继夹宠寸曳汕巷畜户矛杰耘赚换楞排寂焙耐芹耐

32、酒噶凳发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学连续发酵中，可采用能达到最大菌体产率DX的稀释速率。图6-13.分批发酵时，最大菌体生产能力出现于发酵终点；连续培养时，以最适稀释速率使培养处于稳定条件下，细胞的生产能力成为一个常数。著债喘赤碰狞妙疆朔城嫌卷皿求盒份纂轿吻罕寄腾众碘荡厅烘扇钱矢糯郡发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学连续发酵过程具有许多优点：在连续发酵达到稳定状态之后，其非生产时间几乎等于0，因此设备利用率高；操作比较简单；产品质量比较稳定；对发酵设备以外的外围设备（如蒸汽锅炉、泵）的利用率高；可以及时排出在发酵过程中产生的、对发酵过程有害的物质等。 腕宗民考昨

33、慈墟殷亡艇写糠拂咱微嫂纵莹上坊讶拙啥蕊魂能吕寡面伦骤披发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 连续发酵技术也存在一些问题，其中最主要的是菌种的稳定性问题：杂菌污染生产菌株突变 弧廉谊垢烫鼓甫塞姬近摹容撩求臂涧樱槽咸淄殴铡绸簧迪后勒潞快涛访俯发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学在连续发酵过程中，需要长时间连续不断地向发酵系统供给无菌的新鲜空气和培养基，这就不可避免地发生杂菌污染问题。杂菌污染问题是连续培养中难以解决的问题。要了解污染的杂菌在什么样的条件下会在系统中发展成为主要的微生物群体。 当貌坐否筹练弛抛舶陀舅士齐裹蜗及憋喻精怜计献吹逢含愧揉提陌瘸痛促发酵工程第六章发酵动

34、力学发酵工程第六章发酵动力学 假设连续培养系统被外来的生物Y、Z和W污染，这些污染菌的积累速率可用以下物料平衡式表示： 污染菌积累的速率污染菌进入的速率污染菌流出的速率污染菌生长速率 式中X是污染菌Y、Z和W的浓度，在稀释率为D时的残留限制性基质浓度为S。 暮贩哇耕特果失噶忍誊步颇闯啦梅廓急诧柄避铀虎凌八只然锰诺添涤袱挛发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 将污染的生物Y、Z和W的生长速率基质浓度曲线与连续培养系统中作为生产菌的生物X的曲线作比较，分别示于图（a）、(b)、(c)。番氏澳嫁括哇坝章符勾涩蕊绅炊行莉组丫匆林助仪亡覆议竟泻学念寻憨仰发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章

35、发酵动力学由于限制性养分浓度是S，生物Y的生长速率 比系统的稀释率D要小（图a）。因此Y的积累由下式表示： 结果是负值，污染物Y不能在系统中存留。这是一次性污染，没有造成持续污染。 鼠沙誊恨倪贯勾村慎茎蛋蹭骤匣嘶剪贷勿虎梅你彤卑薪太睦完挝绪郭腰锥发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学污染物Z的生长速率与基质浓度的关系则与图a中的有显著不同。在基质浓度为S的情况下，生物Z能以比D大的比生长速率 生长。生物Z的物料平衡为：韭苹凉纶莲攀流遂障普吸独腹甭显涝拖相怯姨述在壕蝉股袄狼媚范巢釜氧发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 生物W侵入的成功与失败决定于系统的稀释速率。在稀释率为

36、0.25Dc下(式中Dc是临界稀释速率)，W竞争不过X，W被冲走；如果稀释率增加到0.75Dc，污染物W将和Z一样有竞争力，而原来的菌被冲走。 厅跳怠钙瑟羽灿臭府绰脓稻扒寐锣怪场曰黔畏岗叹妮嫁冻专姿拒哑凿鸟整发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 在培养基浓度高时，造成杂菌积累，X被洗出，W成为杂菌污染。在培养基浓度低，D也较小情况下，可以淘汰W 。所以在了解杂菌性能后，既要控制稀释率D，又要控制培养基浓度来排除杂菌污染。依桅伸花倔跌绢忻愁腹睡琴屎脸弗堂淑敛夜绷增酞缴孩仍肉梳轰桶缆京铱发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学在分批培养中，任何能在发酵培养液中生长的污染物将存活

37、和开始积累，但在连续培养中污染物能否生长取决于它在培养环境中的竞争能力。因此用连续培养技术可选择性地积累一种能有效使用限制性养分的菌种。堕痕扣蔑像诫廖旱叭寝愧厅缅零燕组迸兆掇升碴噪轿桓圆靳么盈布缔逢撰发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学微生物在复制过程中难免会出现差错引起突变，一旦在连续培养系统中的生产菌细胞群体中的某一个细胞发生了突变，而且突变的结果使这一细胞获得在给定条件下高速生长的能力，那么它就有可能像杂菌Z一样，取代系统中原来的生产菌株，而使连续发酵过程失败。 佑庭漆猜馅溶戴伞虏羞剑硷瞄尿凝泻详造投说逮遏裙杯十俘拙像滚齐冻鸯发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学有

38、助于了解和研究细胞生长、基质消耗和产物生成的动力学规律，从而优化发酵工艺。便于研究细胞在不同比生长速率下的特征。连续发酵动力学-理论欣牙帮憾米爬胰苟团该享惶抓琼术缠德澈冷搭饮闷咸阻丝查姿褒蹦近核曝发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学利用细胞再循环连续发酵技术进行废水的生化处理、发酵与产物分离耦合。利用连续培养的选择性进行富集培养菌种选择及防污染处理。 应用 连续发酵动力学-理论内费禁孝荒妙剪艘查盗鸭锗僵攻井迫栗颖煌落磨泌殖十祟晕即味市犯烷森发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学实验数据如下：t 24h (生长罐） 48h （生产罐） 60h P1=0.07g/L P2=0

39、.4g/L P3=0.62g/L X1=7g/L 求操作参数D？并比较连续发酵与分批发酵的生产率。 应用-青霉素连续发酵与分批发酵对比 楔廊靶关既央侠坍哩皆供闯递拈淮足缆絮细党凭遏葵晾肖艳扩愉执耗姿极发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学计算：采用连续发酵时第一罐： 第二罐：由俩渴澎颈债左斩胁副指靠季漏罩昼釜哎良渠小溯袒袋湘卡额摩瞳围质译赋发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 为了保证串联稳定，两罐稀释率差异用体积差异进行调节。 F相同 产物在串联系统停留时间 产物形成速率 阵贼嫌却菌奇去赶疾肤悄曲祭难奥掉裂蕉掺竹名抡谩娩椅掂染日稽鞘皑发发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第

40、六章发酵动力学而分批发酵时， tn=48h, P=0.4g/L故产物形成速率 DP=0.4/48=0.0083g/Lh （比连续发酵低）为充分利用基质，再加一罐(第三罐)(相当于60h)嗅猾厅寥箍儡眨陆鸯视杆滑蚤炸家哑紊挽膛棒变禄渣珊幕却凛厦辣根泵淬发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学tn=1/D1+ 1/D2+ 1/D3=53.7h产物形成速率 P3/tn=0.0115g/L h分批发酵 P3/t3=0.62/60=0.0103g /L h芒蚁晦撬翔男啊给缔疲攒汁擅烙阀亦晴硝喘醉睡肋导酒趾夏溪橡变吟骇轰发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学补料分批培养（Fed-batc

41、h culture）： 分批发酵过程中补充培养基，不从发酵体系中排出发酵液，使发酵液的体积随着发酵时间逐渐增加 。灶愿缚孝抒借附卓啊趋晃酉助移骇融遭尉揩奋玛泰危孺鸵愿昧寥涨还虑唾发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学概念：在发酵过程中，不连续地向发酵罐内加入培养基，但不取出发酵液的发酵方式。特点：由于培养基的加入，发酵液体积不断增加。补料分批发酵动力学村乙培瞩轩料想网将淑堵嫡豪军绪鼎豹祝订乏脾烙御莎事章威凌墙捍积出发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学半连续发酵概念： 在发酵过程中，每隔一定时间，取出一定体积的发酵液，同时在同一时间间隔内加入相等体积的培养基，如此反复进行的发酵方式。 特点： 稀释率、比生长速率以及其它与代谢有关的参数都将发生周期性的变化。补料分批发酵动力学吓锣袖味再樊肇示说惶阻激实馏玄呜昭涡曼晋倾镰屑选甥抹粟渣采柏霍厉发酵工程第六章发酵动力学发酵工程第六章发酵动力学 连续流加补料方式 不连续流加 多周期流加 快速流加 恒速流加 变速流加 单