發(fā)酵動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容研究發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的方法發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究步驟發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究的意義發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型發(fā)酵動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)2發(fā)酵動(dòng)力學(xué)是研究各種發(fā)酵過程變量在活細(xì)胞作用下的變化規(guī)律，以及各種發(fā)酵條件對這些變量變化速度的影響。

以化學(xué)熱力學(xué)（研究反應(yīng)的方向）和化學(xué)動(dòng)力學(xué)（研究反應(yīng)的速度）為基礎(chǔ)，對發(fā)酵過程中各種物質(zhì)的變化進(jìn)行描述。一、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容3研究內(nèi)容微生物生長動(dòng)力學(xué)基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)4二、研究發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的方法

發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究的前提①反應(yīng)器內(nèi)的攪拌系統(tǒng)能保證理想的混合；②溫度、pH等環(huán)境條件能夠控制以保持穩(wěn)定；③細(xì)胞有固有的化學(xué)組成，不隨發(fā)酵時(shí)間和某些發(fā)酵條件的變化而發(fā)生明顯變化；④各種描述發(fā)酵動(dòng)態(tài)的變量對發(fā)酵條件變化的反應(yīng)無明顯滯后。51.宏觀處理法：把細(xì)胞看成一個(gè)均勻分布的物體，不管微觀反應(yīng)機(jī)制，只考慮各個(gè)宏觀變量之間的關(guān)系，這樣便得出結(jié)構(gòu)模型和非結(jié)構(gòu)模型2.質(zhì)量平衡法：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對某一物質(zhì)在過程發(fā)生前后的質(zhì)量變化進(jìn)行恒算。

發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究方法6質(zhì)量平衡式物質(zhì)在系統(tǒng)中積累的速度=物質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)的速度+物質(zhì)在系統(tǒng)中生成的速度-物質(zhì)排出系統(tǒng)的速度-物質(zhì)在系統(tǒng)中消耗的速度某物質(zhì)在系統(tǒng)中的含量能夠在線測量或估計(jì)，通過建立上述平衡方程式，就可以確定該物質(zhì)在系統(tǒng)中變化的動(dòng)力學(xué)。人為加入或排出和通過相界面?zhèn)髻|(zhì)進(jìn)入或排出三、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究步驟7獲得發(fā)酵過程中能夠反映發(fā)酵過程變化的多種理化參數(shù)尋求發(fā)酵過程變化的多種理化參數(shù)與微生物發(fā)酵代謝規(guī)律之間的相互關(guān)系建立多種數(shù)學(xué)模型，描述多種理化參數(shù)隨時(shí)間變化的關(guān)系利用計(jì)算機(jī)和程序控制，反復(fù)驗(yàn)證多種數(shù)學(xué)模型的可行性的適用范圍8氧需求好氧發(fā)酵兼性好氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵液體表面發(fā)酵液體深層發(fā)酵深層發(fā)酵操作方法分批發(fā)酵分批補(bǔ)料發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵微生物發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究與發(fā)酵的種類、方式密切相關(guān)四、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究的意義通過對發(fā)酵反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究，進(jìn)行最佳發(fā)酵生產(chǎn)工藝條件的控制。發(fā)酵過程中，菌體的濃度、基質(zhì)濃度、溫度、pH值、溶解氧等工藝參數(shù)的控制方案，可以在這研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)合理的發(fā)酵過程，也必須以發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型作為依據(jù)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、模擬最合適的工藝流程和發(fā)酵工藝參數(shù)，從而使生產(chǎn)控制達(dá)到最優(yōu)化。發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究還在為試驗(yàn)工廠比擬放大、為分批發(fā)酵過渡到連續(xù)發(fā)酵提供理論依據(jù)。10發(fā)酵過程中，基質(zhì)主要消耗在：①滿足菌體生長消耗②維持微生物生存的消耗③合成代謝產(chǎn)物的消耗S，基質(zhì)（底物）；G，菌體生長；M，維持代謝；P，產(chǎn)物合成1、幾個(gè)基本概念五、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型111.維持因數(shù)(m)：單位重量的（菌體）細(xì)胞在單位時(shí)間內(nèi)用于維持代謝消耗的基質(zhì)的量。

一般來講指維持細(xì)胞最低活性所需消耗的能量。（碳，氮，氧等的維持因數(shù)mc,mn,mo）ms:以基質(zhì)消耗為基準(zhǔn)的維持因數(shù)，X:菌體干重；S:基質(zhì)量t:發(fā)酵時(shí)間；M:表示維持。12基質(zhì)的消耗速度

基質(zhì)的消耗比速率2.比速（率）:單位時(shí)間內(nèi)，單位干菌體消耗基質(zhì)或形成產(chǎn)物（菌體）的量(消耗的基質(zhì)用于維持代謝，菌體生長和產(chǎn)物合成)。比速率是生物反應(yīng)中用于描述反應(yīng)速度的常用概念13菌體的比生長速率產(chǎn)物的比生產(chǎn)速率143.生長得率：菌體的生長量相對于基質(zhì)消耗量的收得率。YX/s:相對與基質(zhì)消耗的實(shí)際生長得率系數(shù)Yg/s:相對于基質(zhì)消耗的（純生長）理論得率系數(shù)

特定的基質(zhì)及在特定環(huán)境條件下培養(yǎng)的特定微生物，它是一個(gè)常數(shù)，又稱最大生長得率或生長得率常數(shù)。154.產(chǎn)物得率：產(chǎn)物的合成相對于基質(zhì)消耗量的收得率。YP/s:相對于基質(zhì)消耗的實(shí)際產(chǎn)物得率系數(shù)Yps:相對于基質(zhì)消耗的產(chǎn)物理論得率系數(shù)理論產(chǎn)物得率取決于產(chǎn)物的生物合成途徑，對于由特定基質(zhì)經(jīng)特定途徑產(chǎn)生的特定產(chǎn)物來說，它是一個(gè)常數(shù)，不因菌株和發(fā)酵條件的不同而異。1617μ：菌繳體的萍生長潛比速s：單日一限壞制性忽基質(zhì)暗濃度Ks：半嚷飽和筆常數(shù)μma存x:最大樣比生略長速籃率s1.納Mo浪no合d方程次式2、微凝生物遣生長絕動(dòng)力惡學(xué)μmμm/2ks莫諾戴方程硬成立羨的假匆設(shè)條未件：菌體憲生長方為均愿衡型員非結(jié)拾構(gòu)式羞生長鮮，細(xì)任胞成單分只緣瑞需要妥用一潑個(gè)參益數(shù)即蒼菌體得濃度觸表示奴；只有鋼一種惕底物布是生墻長限徒制性暗底物忽，并葡且沒園有反鞋饋抑瞧制性濃產(chǎn)物誰出現(xiàn)右；微生子物生藍(lán)長沒冒有動(dòng)脫態(tài)滯脈后性策。1819Mo磨no譜d方程艷中單逝一限潔制性毯基質(zhì)遺可以魚是培驅(qū)養(yǎng)基真中任我何一挨種與合微生局物生挪長有夏關(guān)的河營養(yǎng)暫物，漲只要瓜該基私質(zhì)相勤對缺供乏，蹈就成挺為限魂制性季生長犁因子劉。實(shí)五際過夏程中亞，可根能出奪現(xiàn)多卻種限岸制性澆基質(zhì)沃和抑驢制性石物質(zhì)葬，影蛋響了Mo委no艘d方程祝的適至用性穩(wěn)。20Ks，微生良物對波基質(zhì)祖的飽規(guī)和常裹數(shù),當(dāng)μ=登1征/2恰μma筑x，s=Ks當(dāng)s<<Ks，基探質(zhì)濃畝度很源低時(shí)命，提騾高S，可稈明顯喊提高μ，一蛇級反險(xiǎn)應(yīng)。當(dāng)s>>Ks，基杜質(zhì)濃諸度較闖高時(shí)夏，μ與s無關(guān)辭，零劫級反沉應(yīng)。當(dāng)s趨近居于無微窮大妨?xí)r，μ=蓬μm家ax微.μ功ma診x是理瓣論上姓最大蜻的生辰長潛轟力。μmμm/2kss21米氏桌方程μmμm/2kss莫諾購方程22莫諾飛方程舟與米蔥氏方悠程二者蝴形式鬼相同炮，但爭微生鋪物生卻長是淺細(xì)胞陶群體提生命腦活動(dòng)種的綜規(guī)合表沃現(xiàn)，只機(jī)理誘非常喪復(fù)雜畏。Mo都no睬d方程槍與米殺氏方易程的策區(qū)別閉與聯(lián)控系是翅：Mo館no牌d方程勞是對犧實(shí)驗(yàn)陰現(xiàn)象緞的總悅結(jié)，銷是經(jīng)撫驗(yàn)方欠程（em萬pi滔ri葉ca帝l艦mo躁de春l）；米氏為方程呢是根墊據(jù)酶欺反應(yīng)漿機(jī)理騎推導(dǎo)把得出略，是刑機(jī)理其方程岡（me謹(jǐn)ch特an休is浮ti賣c箱mo嶺de扇l）。由于年微生粒物的損代謝欄產(chǎn)物坦，特鳥別是稿次級陵代謝萄產(chǎn)物疏的合澤成途諸徑特售別復(fù)泉雜，糞其動(dòng)膽力學(xué)估過程爬不僅賭受菌獄體自變身基笨因型講的限像制，申還與駝其生紛活的艱外部稱條件灑有密劑切關(guān)能系。款目前辦整個(gè)或動(dòng)態(tài)臭變化漸過程謎的規(guī)煮律仍響不是域十分挪清楚矮，大嚼多數(shù)頸研究綁只是慘限于喊宏觀糧變量派的非娃結(jié)構(gòu)忙模型錘。233、微描生物柔的產(chǎn)記物生拳成動(dòng)頭力學(xué)24根據(jù)質(zhì)細(xì)胞既生長丙與產(chǎn)管物形蒸成是疑否偶跪聯(lián)進(jìn)鞋行分便類Lu洪ed歲ek載in棗g-開Pi船re怒t模型扔是一刃常見耀的分盜批發(fā)忘酵產(chǎn)菜物合版成動(dòng)毒力學(xué)歸模型宜，它擴(kuò)把產(chǎn)愚物生垃成速臘率看售作是轟菌體蛛生長舞速率使和菌駛體濃猶度的辦函數(shù)源，用搞數(shù)學(xué)春式表伯示為強(qiáng)：式中鄰：α—稍—與生傲長偶堆聯(lián)的石產(chǎn)物核形成譽(yù)系數(shù)β—出—非生貴長偶留聯(lián)的練相關(guān)丘系數(shù)25偶聯(lián)襯型：產(chǎn)物翼生成形速率挎與細(xì)乒胞生傲長速聯(lián)率有徑緊密律聯(lián)系反，合觸成的掠產(chǎn)物柔通常洋是分裁解代漆謝的錯(cuò)直接羨產(chǎn)物想，如退葡萄外糖厭炕氧發(fā)緞酵生恥成乙姑醇，廣或者孫好氣慮發(fā)酵牧生成捧中間賴代謝霞物(氨基蓋酸或軍維生躺素)。這叼類初企級代俯謝產(chǎn)聯(lián)物的達(dá)生產(chǎn)追速率次與生托長直思接有宿關(guān)。務(wù)式中α>逮0，β＝0混合竹型：生長輪與產(chǎn)豎物生男成相丑關(guān)(如乳旁酸、龜檸檬度酸、印谷氨謠酸等堆的發(fā)余酵)，發(fā)具酵產(chǎn)餐物生欣成速的率可繩由Lu耕ed雅ek杏in體g-麗Pi抬re棵t模型粗?jǐn)?shù)學(xué)齡式描努述，式中α>匆0，β>電0。該混魂合型頁模型恥復(fù)雜罵的形疑成是坦將常謠數(shù)α、β作為王變數(shù)挺，它臂們在絮分批睡發(fā)酵牢的四印個(gè)時(shí)豆期分尊別具島有特渠定的榜數(shù)值竿。根據(jù)較細(xì)胞妄生長萍與產(chǎn)脆物形贏成是娃否偶慢聯(lián)進(jìn)中行分愉類26非生跡長偶芝聯(lián)型狼：在生械長和動(dòng)產(chǎn)物默無關(guān)希聯(lián)的曬發(fā)酵驕模式晝中，醫(yī)細(xì)胞負(fù)生長屑時(shí)，摸無產(chǎn)料物，崖但細(xì)條胞停歡止生駕長后芽，則惹有大妖量產(chǎn)豈物積碎累，鑄產(chǎn)物拋的形湊成速希率只演與細(xì)袖胞積瓦累量號有關(guān)時(shí)。產(chǎn)欣物合貧成發(fā)脊生在笛細(xì)胞核生長候停止胳之后(即產(chǎn)沃生于云次級求生長)，故削習(xí)慣穩(wěn)上把咬這類湊與生鴿長無歸關(guān)聯(lián)陡的產(chǎn)洽物稱微為次爭級代芽謝產(chǎn)兆物，沖但不抄是所疲有次郊級代踐謝產(chǎn)桌物一羞定是猶與生兩長無蠶關(guān)聯(lián)顛的。燥大多蒸數(shù)抗治生素剃和微鐘生物懲毒素鏡的發(fā)撥酵都蕩是非室生長睛偶聯(lián)規(guī)的例乎子，之非偶霜聯(lián)型焰發(fā)酵違的生顯產(chǎn)速爽率只院與已疏有的盼菌體除量有壞關(guān)，而而比預(yù)生產(chǎn)盲速率β為一遙常數(shù)童，與餐比生給長速奴率μ沒有晝直接憑關(guān)系場。因奧此，念其產(chǎn)啟率和華產(chǎn)物球濃度油高低貓取決煌于細(xì)敢胞生鬼長期缸結(jié)束音時(shí)的駁生物墾量。式中α＝0，β>圈0根據(jù)域細(xì)胞襯生長筆與產(chǎn)森物形徐成是遍否偶暖聯(lián)進(jìn)懼行分丘類274、微給生物表的基飲質(zhì)消致耗動(dòng)勒力學(xué)假設(shè)舞發(fā)酵議過程盾沒有碼中間割代謝籃產(chǎn)物墾積累像，則傲含碳被基質(zhì)罩的質(zhì)撐量平汽衡算扭式為污：消耗倘的含尖碳基財(cái)質(zhì)=維持伶代謝與消耗喘量+菌體挎生長藝消耗厲量+產(chǎn)物利合成居消耗志量即：28微分?jǐn)[后：式中授：ms——維持幣系數(shù)冊，即樂單位面菌體籍、單時(shí)位時(shí)彈間內(nèi)惑用哪于菌賢體維棍持生輔命活總動(dòng)的嶄基質(zhì)瀉量——單純撇用于棟合成騎單位眾菌體仙所消適耗的窮基質(zhì)派量——單純熄用于榜合成壘單位性產(chǎn)物閘所消掃耗的哀基質(zhì)有量上式議反映亂了基拋質(zhì)消喜耗與攝菌體殲生長灑及產(chǎn)腐物生草成之去間的柱關(guān)系惡。因軌此，貧當(dāng)生嬸長動(dòng)級力學(xué)鋒模型蠢和產(chǎn)屋物生蹲成動(dòng)挨力學(xué)鹿模型晚確定瘦后，報(bào)基質(zhì)秘消耗泄動(dòng)力負(fù)學(xué)模黃型即策可確沒定。29六、西發(fā)酵賽動(dòng)力壟學(xué)實(shí)鞠驗(yàn)設(shè)餐計(jì)1.實(shí)驗(yàn)踐材料菌種愈：雅致片放射負(fù)毛霉AS邪3.皺27悔78培養(yǎng)餅基：斜面盾培養(yǎng)眠基種子拐培養(yǎng)喚基發(fā)酵協(xié)培養(yǎng)辦基（做參考閥實(shí)驗(yàn)偵指導(dǎo)爪）試劑禁：DN支S試劑2.實(shí)驗(yàn)竭步驟菌種那斜面慘培養(yǎng)最：配制PD概A培養(yǎng)們基10摟0m伸l，分乖裝試尚管，救滅菌充后擺剩成斜親面，員將雅咸致放煌射毛賣霉接啊種于炊斜面膊上，25℃培片養(yǎng)48漁h。種子菜培養(yǎng)販：斜面叨菌種陵在25℃恒抗溫培驕養(yǎng)48矮h后，產(chǎn)轉(zhuǎn)接鄉(xiāng)豐于50倦0m還L搖瓶朽，裝習(xí)液量竿為15較0饅mL，16匠0磨r/采mi持n近25℃，音搖床信培養(yǎng)16紐奉h為種跳液。30發(fā)酵地培養(yǎng):5桑L發(fā)酵誦罐中培裝入3.隆5巾L的發(fā)撈酵培逮養(yǎng)基后，培頸養(yǎng)基掘在在12鬧1℃下炮滅菌30淡m你in，溫籍度降膀至30℃時(shí)務(wù)，接竭入種詠液，租接種蒼量為4%．控金制適騎宜的展通氣吃比、登保持患罐壓胃為0.該05叫M難Pa、發(fā)越酵溫猾度30℃、渴攪拌適速度16獸0柳r/晨mi闖n條件娘下發(fā)剝酵84達(dá)h．每12酸h取樣1次進(jìn)醬行菌傅體生話長量內(nèi)、還袍原糖擁產(chǎn)量炕、蔗娃糖糖霉消耗庭測定睡．結(jié)旺果為3次重碑復(fù)。3.分析威方法菌體組生物里量的彈測定：采侵用比僑濁法扔，發(fā)暑酵液乏以蒸勉餾水嫂稀釋謀，50鏡00俱r動(dòng)/m固in離心10軍m臟in，除追去上扣清液圾，菌馳體沉碎淀用暈生理框鹽水類洗2-絹3次再鄭離心屯去上室清液牢，用衰生理超鹽水尋重懸評并進(jìn)犧行適蘋當(dāng)稀未釋，金測定牧其OD60泊0n同m。31還原漠糖的各測定坡：（1）在堿苗性條恒件下閣，還象原糖旺與3可、5夏－二茂硝基樹水楊堅(jiān)酸共洪熱，皮3、掌5－農(nóng)二硝罰基水朽楊酸烈被還剩原為磨3－穩(wěn)氨基忽－5誘－硝密基水叨楊酸暢（棕索紅色鞠物質(zhì)綠），免還原倒糖則古被氧導(dǎo)化成磚糖酸器及其壺它物陽質(zhì)。罵在一議定范舅圍內(nèi)盈，還鍛原糖供的量廚與棕農(nóng)紅色鄰物質(zhì)播顏色鄉(xiāng)豐深淺遞的程吉度呈押一定據(jù)的比證例關(guān)先系，紋可在作72森2型植分光封光度侄計(jì)5堪40另nm然波長隊(duì)測定割棕紅朵色物松質(zhì)的澇吸光儲度值稱。查沉標(biāo)準(zhǔn)粉曲線賤計(jì)算蠟，可屆求出虧發(fā)酵馬液中隆還原統(tǒng)糖的傅含量沿。（2）取4鞠支干侵燥試揉管,蔑編號困,按抹下表狂所示史的量擺,精拒確加飲入待愉測液濁和試終劑(譜ml勇):管號項(xiàng)目空白還原糖0123樣品量02.02.02.0蒸餾水3.51.51.5