河北科技大学：《发酵工艺原理》课程教学资源（PPT课件）第五章 发酵过程动力学的基本概念

第五章 发酵过程动力学的基本概念  发酵过程的反应描述及速度概念  发酵过程动力学研究的基本内容  菌体生长、产物形成、基质消耗 动力学的基本概念  反应动力学的应用—连续培养的 操作特性

第五章 发酵过程动力学的基本概念  发酵过程的反应描述及速度概念  发酵过程动力学研究的基本内容  菌体生长、产物形成、基质消耗 动力学的基本概念  反应动力学的应用—连续培养的 操作特性

第一节 发酵过程的反应描述及速度概念 X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物） 发酵研究的内容： 发酵过程反应的描述 菌种的来源——找到一个好的菌种 发酵过程的工艺控制——最大限度发挥菌种的潜力

第一节 发酵过程的反应描述及速度概念 X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物） 发酵研究的内容： 发酵过程反应的描述 菌种的来源——找到一个好的菌种 发酵过程的工艺控制——最大限度发挥菌种的潜力

基质的消耗速度： ds r dt   ds    dt X 发酵过程反应速度的描述 基质的消耗比速： (g.L-1 .s -1) (h -1 、s -1) 单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称 为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念 X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）

基质的消耗速度： ds r dt   ds    dt X 发酵过程反应速度的描述 基质的消耗比速： (g.L-1 .s -1) (h -1 、s -1) 单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称 为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念 X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）

基质的消耗速度： ds r dt   ds    dt X 发酵过程反应速度的描述 基质的消耗比速： (g.L-1 .s -1) (h -1 、s -1) 单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称 为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念 X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）

基质的消耗速度： ds r dt   ds    dt X 发酵过程反应速度的描述 基质的消耗比速： (g.L-1 .s -1) (h -1 、s -1) 单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称 为比速，是生物反应中用于描述反应速度的常用概念 X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）

第二节 发酵反应动力学的研究内容 研究反应速度及其影响因素并建 立反应速度与影响因素的关联 反应动力学模型 反应器特性 + 反 应 器 的 操 作 模 型 操作条件与反应结 果的关系，定量地 控制反应过程

第二节 发酵反应动力学的研究内容 研究反应速度及其影响因素并建 立反应速度与影响因素的关联 反应动力学模型 反应器特性 + 反 应 器 的 操 作 模 型 操作条件与反应结 果的关系，定量地 控制反应过程

已建立动力学模型的类型 q 机制模型：根据反应机制建立 几乎没有 q 现象模型（经验模型）：目前大多数模型 能定量地描述发酵过程 能反映主要因素的影响

已建立动力学模型的类型 q 机制模型：根据反应机制建立 几乎没有 q 现象模型（经验模型）：目前大多数模型 能定量地描述发酵过程 能反映主要因素的影响

第三节 微生物生长动力学的基本概念 一、微生物在一个密闭系统中的生长情况： 时间 菌 体 浓 度 延迟期 指数生长期 减速期 静止期 衰亡期 延迟期： dx dt  0 指数生长期:   m ax 倍增时间：td 减速期: d dt   0 静止期： ; dx dt  0  m ax X X 衰亡期: dx dt  0

第三节 微生物生长动力学的基本概念 一、微生物在一个密闭系统中的生长情况： 时间 菌 体 浓 度 延迟期 指数生长期 减速期 静止期 衰亡期 延迟期： dx dt  0 指数生长期:   m ax 倍增时间：td 减速期: d dt   0 静止期： ; dx dt  0  m ax X X 衰亡期: dx dt  0

二、微生物的生长动力学、Monod方程 q 微生物的生长速度： μ＝f(s,p,T,pH,.,) q 在一定条件下(基质限制)： μ＝f(S)

二、微生物的生长动力学、Monod方程 q 微生物的生长速度： μ＝f(s,p,T,pH,.,) q 在一定条件下(基质限制)： μ＝f(S)

Monod研究了基质浓度与生长速度的关系 ———Monod方程(1949) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 S 600 800 1000 V V m V m/2 K m 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 S 600 800 1000 V V m V m/2 K m μ max s S K S     max s S v v K S   米氏方程:

Monod研究了基质浓度与生长速度的关系 ———Monod方程(1949) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 S 600 800 1000 V V m V m/2 K m 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 200 400 S 600 800 1000 V V m V m/2 K m μ max s S K S     max s S v v K S   米氏方程:

0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 2 0 0 4 0 0 S 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 V V m V m / 2 K m max s S K S     μ：菌体的生长比速 S：限制性基质浓度 Ks：半饱和常数 μmax: 最大比生长速度 μ 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

0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 2 0 0 4 0 0 S 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 V V m V m / 2 K m max s S K S     μ：菌体的生长比速 S：限制性基质浓度 Ks：半饱和常数 μmax: 最大比生长速度 μ 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