微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座

4.1酶反應(yīng)與微生物反應(yīng)區(qū)分作為催化劑，酶在反應(yīng)過程中總量不變，而微生物量在不停增加，即微生物反應(yīng)是自催化反應(yīng)酶反應(yīng)是分子水平，而微生物反應(yīng)是包含分子與細(xì)胞，細(xì)胞與細(xì)胞之間復(fù)雜反應(yīng)微生物反應(yīng)過程本質(zhì)是復(fù)雜酶反應(yīng)體系，細(xì)胞內(nèi)所進(jìn)行全部合成與分解反應(yīng)均是酶所催化。微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第1頁4.2微生物反應(yīng)得率系數(shù)即Yi/j，是對(duì)細(xì)胞消耗底物并將其轉(zhuǎn)化成細(xì)胞本身和目標(biāo)產(chǎn)物能力進(jìn)行評(píng)價(jià)一個(gè)參數(shù)。對(duì)底物菌體得率對(duì)底物理論菌體得率對(duì)底物產(chǎn)物得率對(duì)菌體產(chǎn)物得率微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第2頁4.2比速率微生物生長絕對(duì)速率可表示為一樣其底物消耗速率可表示為產(chǎn)物生成速率為比生長速率底物比消耗速率產(chǎn)物比生成速率微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第3頁4.3微生物生長動(dòng)力學(xué)微生物生長特點(diǎn)Monod方程有底物抑制微生物生長動(dòng)力學(xué)有產(chǎn)物抑制微生物生長動(dòng)力學(xué)有維持代謝微生物生長動(dòng)力學(xué)微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第4頁4.3.1微生物生長特點(diǎn)微生物細(xì)胞小，數(shù)量多。微生物生長各個(gè)時(shí)期，微生物形態(tài)、性質(zhì)均各不相同，微生物細(xì)胞組成成份會(huì)因培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)時(shí)間而異微生物反應(yīng)體系為多相體系。微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第5頁4.3.2Monod方程三點(diǎn)假設(shè)方程動(dòng)力學(xué)參數(shù)微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第6頁三點(diǎn)假設(shè)細(xì)胞生長為均衡生長，描述菌體生長唯一變量就是細(xì)胞濃度g（cell干重/L）培養(yǎng)基中有各種成份，只有一個(gè)成份對(duì)微生物生長起到限制作用（稱為限制性基質(zhì)）菌體生長為單一反應(yīng)，YX/S是常數(shù)。微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第7頁Monod方程依據(jù)三點(diǎn)假設(shè)，在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上，Monod推導(dǎo)出其中，μmax為微生物最大比生長速率，μmax越大，表明微生物生長速率越快其值大小與細(xì)胞體內(nèi)所包含信息量相關(guān)，細(xì)胞內(nèi)包含信量越大，生長速率越慢。而Ks沒有物理意義，只是一個(gè)很小濃度單位，稱為飽和常數(shù)，此值越小，越表明在低濃度條件下，微生物越能快速利用底物進(jìn)行生長。微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第8頁4.3.3有底物抑制微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)，此時(shí)微生物比生長速率與限制性底物濃度之間關(guān)系：此時(shí)微生物反應(yīng)存在一最正確底物濃度即

微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第9頁4.3.4有產(chǎn)物抑制時(shí)細(xì)胞生長時(shí)，一些代謝產(chǎn)物濃度較高時(shí)，也會(huì)抑制微生物生長，如酵母厭氧產(chǎn)生乙醇時(shí)，酒精濃度高于5%時(shí)，會(huì)抑制酵母生長。其中Pmax為反應(yīng)過程中所允許最大產(chǎn)物濃度。微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第10頁4.3.5考慮維持代謝時(shí)試驗(yàn)中發(fā)覺，當(dāng)?shù)孜餄舛鹊陀谀骋粩?shù)值以下時(shí)，細(xì)胞停頓生長，但底物仍在消耗，這部分底物用于維持代謝依據(jù)μ=0得到能觀察到菌體生長最小底物濃度微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第11頁4.4微生物在分批培養(yǎng)時(shí)特點(diǎn)延尺期μ=0對(duì)數(shù)生長久減速期平衡期衰亡期微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第12頁4.5底物消耗速率通式，依據(jù)得到1、當(dāng)?shù)孜锵闹挥糜诰w生長與維持能時(shí)2、當(dāng)有產(chǎn)物生成時(shí)，底物消耗用于生長、維持和代謝產(chǎn)物生成即微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第13頁4.6產(chǎn)物生成速率產(chǎn)物生成速率與比生成速率之間存在有其中與微生物濃度無關(guān)，是表征細(xì)胞合成代謝產(chǎn)物能力大小參數(shù)，能夠用來篩選優(yōu)良菌株。微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第14頁產(chǎn)物生成速率相關(guān)模型部分相關(guān)模型非相關(guān)模型其它模型微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第15頁4.7產(chǎn)熱速率微生物反應(yīng)是放熱反應(yīng)，，儲(chǔ)存于碳源中能量，在好氧反應(yīng)中有40-50%能量轉(zhuǎn)化為ATP，其它以熱量形式被排放到環(huán)境中，因?yàn)槲⑸锓磻?yīng)對(duì)溫度改變極為敏感，因而進(jìn)行微生物反應(yīng)時(shí)，必須注意溫度控制。其產(chǎn)熱速率與細(xì)胞濃度之間滿足微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第16頁4.8微生物動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)測定目標(biāo)反應(yīng)器方法微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第17頁4.8.1目標(biāo)確定反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度之間函數(shù)關(guān)系，即確立速率方程基本形式估算動(dòng)力學(xué)參數(shù)確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)與反應(yīng)條件之間關(guān)系微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第18頁4.8.2試驗(yàn)反應(yīng)器積分反應(yīng)器：混合均勻間歇操作反應(yīng)器微分反應(yīng)器：混合均勻連續(xù)操作反應(yīng)器二者區(qū)分為底物在反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率微生物反應(yīng)專業(yè)知識(shí)講座第19頁4.8.3動(dòng)力學(xué)參數(shù)估算方法積分法：將所假設(shè)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)