微生物反应动力学

4.1酶反应与微生物反应的区别作为催化剂，酶在反应过程中总量不变，而微生物的量在不断增加，即微生物反应是自催化反应酶反应是分子水平的，而微生物反应是包括分子与细胞，细胞与细胞之间的复杂的反应微生物反应过程的本质是复杂的酶反应体系，细胞内所进行的所有的合成与分解反应均是酶所催化的。4.2微生物反应的得率系数即Yi/j，是对细胞消耗底物并将其转化成细胞自身和目的产物的能力进行评价的一个参数。对底物的菌体得率对底物的理论菌体得率对底物的产物得率对菌体的产物得率4.2比速率微生物生长的绝对速率可表示为同样其底物的消耗速率可表示为产物的生成速率为比生长速率底物比消耗速率产物比生成速率4.3微生物生长的动力学微生物生长的特点Monod方程有底物抑制微生物生长动力学有产物抑制的微生物生长动力学有维持代谢的微生物生长动力学4.3.1微生物生长的特点微生物的细胞小，数量多。微生物生长的各个时期，微生物形态、性质均各不相同，微生物的细胞组成成分会因培养基组成、培养时间而异微生物反应体系为多相体系。4.3.2Monod方程三点假设方程动力学参数三点假设细胞生长为均衡生长，描述菌体生长的唯一变量就是细胞的浓度g（cell干重/L）培养基中有多种成分，只有一种成分对微生物的生长起到限制作用（称为限制性基质）菌体生长为单一反应，YX/S是常数。Monod方程根据三点假设，在大量实验的基础上，Monod推导出其中，μmax为微生物的最大比生长速率，μmax越大，表明微生物的生长速率越快其值的大小与细胞体内所包含的信息量有关，细胞内包含的信量越大，生长速率越慢。而Ks没有物理意义，只是一个很小的浓度单位，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。4.3.3有底物抑制的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佳底物浓度即

4.3.4有产物抑制时细胞生长时，某些代谢产物浓度较高时，也会抑制微生物的生长，如酵母厌氧产生乙醇时，酒精浓度高于5%时，会抑制酵母的生长。其中Pmax为反应过程中所允许的最大产物浓度。4.3.5考虑维持代谢时实验中发现，当底物浓度低于某一数值以下时，细胞停止生长，但底物仍在消耗，这部分底物用于维持代谢根据μ=0得到能观察到菌体生长的最小底物浓度4.4微生物在分批培养时特点延尺期μ=0对数生长期减速期平衡期衰亡期4.5底物消耗速率通式，根据得到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，底物的消耗用于生长、维持和代谢产物的生成即4.6产物生成速率产物的生成速率与比生成速率之间存在有其中与微生物的浓度无关，是表征细胞合成代谢产物能力大小的参数，可以用来筛选优良菌株。产物的生成速率相关模型部分相关模型非相关模型其他模型4.7产热速率微生物反应是放热反应，，储存于碳源中的能量，在好氧反应中有40-50%的能量转化为ATP，其他的以热量的形式被排放到环境中，由于微生物反应对温度的变化极为敏感，因而进行微生物反应时，必须注意温度的控制。其产热速率与细胞浓度之间满足4.8微生物动力学的实验测定目的反应器方法4.8.1目的确定反应速率与反应物浓度之间的函数关系，即确立速率方程的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的关系4.8.2实验反应器积分反应器：混合均匀的间歇操作的反应器微分反应器：混合均匀的连续操作的反应器二者区别为底物在反应器中的转化率4.8.3动力学参数的估算方法积分法：将所假设的动力学方程进行积分并线性化处理