《生化反应器原理》第二章 细胞反应动力学（1/2）

第二章细胞反应动力学 在生物工程中的许多反应是以活体细胞(特 别是微生物细胞)为主体完成的,我们将这种以 活体细胞为主体实现的得到代谢产物或细胞产品 的反应称之为细胞反应。 细胞反应具有如下的特点: 微生物细胞反应的动力学描述是对反应体系中 的细胞的群体行为的描述; 微生物细胞反应是细胞的多种酶的协同反应的 宏观结果,且受到诸如培养温度、p值、培养基 的组成等培养条件的影响; 由底物到产物往往需要多步反应,反应复杂

第二章 细胞反应动力学 在生物工程中的许多反应是以活体细胞（特 别是微生物细胞）为主体完成的，我们将这种以 活体细胞为主体实现的得到代谢产物或细胞产品 的反应称之为细胞反应。 细胞反应具有如下的特点： ➢微生物细胞反应的动力学描述是对反应体系中 的细胞的群体行为的描述； ➢微生物细胞反应是细胞的多种酶的协同反应的 宏观结果，且受到诸如培养温度、pH值、培养基 的组成等培养条件的影响； ➢由底物到产物往往需要多步反应，反应复杂

非结构模型 结构模型 确定论模型 最理想的情况: 不考虑细胞内的结构; 衡细胞间无差异;各细胞均一 生 细 胞由多组分组 成 细胞间无差异,各细胞均 细胞群体作为一种溶质。 平均细胞的近似 平均细胞的近似 均 各细胞生长不均 衡实际情况 不考虑细胞内的结构 生|细胞由多组分组成 长各细胞生长不均 概率论模型 动力学模型的简化

结构模型 动力学模型的简化 细胞间无差异；各细胞均一； 细胞由多组分组成 各细胞生长不均一； 不考虑细胞内的结构。 平均细胞的近似 平均细胞的近似 均 衡 生 长 均 衡 生 长 非结构模型 最理想的情况： 不考虑细胞内的结构； 细胞间无差异，各细胞均一； 细胞群体作为一种溶质。 实际情况： 细胞由多组分组成； 各细胞生长不均一； 确定论模型 概率论模型

细胞反应动力学是细胞群体行为的描述; ·不考虑细胞间的差异,取其性质上的平均值- —确定论模型; 概率论模型 将细胞作为单一的组分—非结构模型 视细胞与反应液为同一液相 结构模型

• 细胞反应动力学是细胞群体行为的描述； • 不考虑细胞间的差异，取其性质上的平均值— —确定论模型； • 将细胞作为单一的组分——非结构模型 • 视细胞与反应液为同一液相 概率论模型 结构模型

21细胞生长的动力学 21.1间歇培养的细胞生长曲线 为了描述细胞培养过程的细胞质量、底物质 量、产物质量的变化关系,在细胞反应动力学中 用细胞反应的速率、细胞反应的比速率、细胞反 应的得率等来描述。其定义分别如下: (1)细胞反应的速率表示为单位反应体积、 单位时间内的某一组分的量的变化。在细胞反应 中主要的反应的速率有

2.1 细胞生长的动力学 2.1.1 间歇培养的细胞生长曲线 为了描述细胞培养过程的细胞质量、底物质 量、产物质量的变化关系，在细胞反应动力学中 用细胞反应的速率、细胞反应的比速率、细胞反 应的得率等来描述。其定义分别如下： （1）细胞反应的速率 表示为单位反应体积、 单位时间内的某一组分的量的变化。在细胞反应 中主要的反应的速率有：

①细胞生长速率 do X X 式中C 细胞浓度 时间,(h) 细胞浓度通常用单位体积的培养液中的细胞 (或菌体)的干燥质量表示。细胞浓度一般用质 量单位表示,很难用摩尔单位表示

① 细胞生长速率 式中 CX——细胞浓度，（g/L） t——时间，（h） 细胞浓度通常用单位体积的培养液中的细胞 （或菌体）的干燥质量表示。细胞浓度一般用质 量单位表示，很难用摩尔单位表示。 dt dC V X X =

②底物消耗速率 dCs S 式中C底物浓度,(g)或(moL) ③氧消耗速率 dc 式中C单位体积的培养液中O,的消耗量 gL)或(mo/L)

② 底物消耗速率 式中 CS——底物浓度，（g/L）或（mol/L） ③ 氧消耗速率 式中 CO——单位体积的培养液中O2的消耗量， （g/L）或（mol/L） dt dC V S S = − dt dC V O O = −

④产物生成速率 dt 式中 产物浓度,(g)或(mo/L) ⑤CO2生成速率 CO CO dt 式中CC2单位体积的培养液中CO2生成量 g/L)或(mo/L)

④ 产物生成速率 式中 CP——产物浓度，（g/L）或（mol/L） ⑤ CO2生成速率 式中 CCO2——单位体积的培养液中CO2生成量， （g/L）或（mol/L） dt dC V P P = dt dC V CO CO 2 2 =

⑥热量的生成速率 dc H dt 式中C—单位体积的培养液中热量的生成量, (KJ/L)

⑥ 热量的生成速率 式中 CH——单位体积的培养液中热量的生成量， （kJ/L） dt dC V H H =

(2)细胞反应的比速率表示为单位反应体 积、单位时间中单位质量的细胞的某一组分的生 成或消耗量。在细胞反应中主要的反应的比速率 有: ①细胞的比生长速率 1 dc X (1/h)

（2）细胞反应的比速率 表示为单位反应体 积、单位时间中单位质量的细胞的某一组分的生 成或消耗量。在细胞反应中主要的反应的比速率 有： ① 细胞的比生长速率 dt （1/h） dC C X X =  1 

②底物的比消耗速率 1-dcs qs (1/h)或(mol/gh) 氧的比消耗速率 X (1/h)或( mol/g h) ④产物的比生成速率 1 dC P (1/h)或(mogh) X

② 底物的比消耗速率 （1/h）或 （mol/g·h ） ③ 氧的比消耗速率 （1/h）或 （mol/g·h ） ④ 产物的比生成速率 （1/h）或 （mol/g·h ） dt dC C q S X S − =  1 dt dC C q O X O − =  1 dt dC C q P X P =  1