《生化反应器原理》第二章 细胞反应动力学（2/2）

(2)产物的抑制作用 代谢产物对微生物细胞生长的扣制作用的最 具代表性的例子是发酵法生产乙醇时,产物乙醇 对酵母或其它菌类生长和代谢的抑制作用。产物 的抑制作用也可以分为竞争性抑制和非竞争性的 抑制作用,一些抑制作用的机理虽然尚不清楚, 但仍可用一些近似的经验表达式来描述其动力学 行为

（2）产物的抑制作用 代谢产物对微生物细胞生长的抑制作用的最 具代表性的例子是发酵法生产乙醇时，产物乙醇 对酵母或其它菌类生长和代谢的抑制作用。产物 的抑制作用也可以分为竞争性抑制和非竞争性的 抑制作用，一些抑制作用的机理虽然尚不清楚， 但仍可用一些近似的经验表达式来描述其动力学 行为

产物抑制与非竞争性抑制作用相类似的可表达为 max (Ks+Cc)(1+) PI 式中KP产物抑制常数 (3)pH值及培养温度对细胞反应的影响 微生物通常微生物细胞生长因菌种的不同而 具有各自的适宜的pH值的范围。这个范围一般在 3~4个pH单位,且在其范围内有最适的生长pH

产物抑制与非竞争性抑制作用相类似的可表达为 式中 KPI——产物抑制常数 （3）pH值及培养温度对细胞反应的影响 微生物通常微生物细胞生长因菌种的不同而 具有各自的适宜的pH值的范围。这个范围一般在 3～4个pH单位，且在其范围内有最适的生长pH。 ( )(1 ) max PI P S C S K C K C C + +  =  

表2-1各种细胞培养的适宜pH范围 细胞类型 最适的培养p范围 细菌(大多数) 6.3~7.5 放线菌 7~8 酵母菌 3~6 霉菌 植物细胞 5~6 动物细胞 6.5~7.5

表2-1 各种细胞培养的适宜pH范围 细胞类型 最适的培养pH范围 细菌（大多数） 放线菌 酵母菌 霉菌 植物细胞 动物细胞 6.3～7.5 7～8 3～6 3～6 5～6 6.5～7.5

微生物细胞生长所具有适宜的pH范围或许是 种群数量自身调节的行为,在微生物细胞的生长 过程中,随着底物的利用、有机酸和氨基氮的生 成,使反应体系的pH值发生变化,都将会对细胞 的生长速率造成影响。在生产中通过pH电极在线 测定pH的变化情况,并及时调节pH值,使之保 持在最适的范围

微生物细胞生长所具有适宜的pH范围或许是 种群数量自身调节的行为，在微生物细胞的生长 过程中，随着底物的利用、有机酸和氨基氮的生 成，使反应体系的pH值发生变化，都将会对细胞 的生长速率造成影响。在生产中通过pH电极在线 测定pH的变化情况，并及时调节pH值，使之保 持在最适的范围

微生物细胞在其生长温度的范围内可以生长, 且存在最适宜的生长温度,当提高温度到生长温 度范围以外时,会导致细胞的结构物质的变性, 使得生长速率下降甚至细胞死亡。 在适宜的培养温度范围内,细胞的生长速率 为 心Cx=(A-kaCx

微生物细胞在其生长温度的范围内可以生长， 且存在最适宜的生长温度，当提高温度到生长温 度范围以外时，会导致细胞的结构物质的变性， 使得生长速率下降甚至细胞死亡。 在适宜的培养温度范围内，细胞的生长速率 为 d X X k C dt dC = ( − )

细胞的比生长速率与培养温度的函数关系可 用 Arrhenius方程的形式表示 =A1exp(-△E,/RT) 式中△E.细胞生长的活化能(J/mol) A,细胞生长的 Arrhenius因子,(1/h) R气体常数,8.314(J/mol·K) T—培养温度,(K)

细胞的比生长速率与培养温度的函数关系可 用Arrhenius方程的形式表示 式中 ΔEu——细胞生长的活化能（J/mol） Au——细胞生长的Arrhenius因子，（1/h） R——气体常数，8.314（J/mol·K） T——培养温度，（K） A exp( E / RT ) u − u  = 

同样细胞的比死亡速率与培养温度的函数关 系也可用 Arrhenius方程的形式表示 k4=A·exp(-△Ea/RT) 式中△E细胞死亡的活化能,(J/mol) A细胞死亡的 Arrhenius因子,(1/h) >△E的典型数值为25~33kJ/mol >△E的典型数值为104~122kJ/mol

同样细胞的比死亡速率与培养温度的函数关 系也可用Arrhenius方程的形式表示 式中 ΔEd——细胞死亡的活化能，（J/mol） Ad——细胞死亡的Arrhenius因子，（1/h） ➢ΔEu的典型数值为25～33kJ/mol ➢ΔEd的典型数值为104～122kJ/mol k A exp( E / RT ) d d − d = 

冱化胎大的反应其随混度的变化也大,反之 亦然。由而表原细胞的死亡速率较生长速率培 差流度的升高更数感 细胞生长的最适度不一定是产物代谢积累 的最适流度

活化能大的反应其随温度的变化也大，反之 亦然。由而表明细胞的死亡速率较生长速率对培 养温度的升高更敏感。 细胞生长的最适温度不一定是产物代谢积累 的最适温度

22底物消耗的动力学 221底物消耗与细胞生长的关联 当细胞反应过程消耗的底物仅用于生长细胞, 底物浓度的变化与细胞浓度变化可关联为 dc dc X/S 底物消耗速率与细胞生长速率可关联为 Cs 1 dCx S X/S dt Y X X/S

2.2 底物消耗的动力学 2.2.1 底物消耗与细胞生长的关联 当细胞反应过程消耗的底物仅用于生长细胞， 底物浓度的变化与细胞浓度变化可关联为 底物消耗速率与细胞生长速率可关联为 X X S S dC Y − dC =  / 1 X X S X X S S S V d t Y d C d t Y d C V = − =  =  / / 1 1

底物比消耗速率与细胞比生长速率可关联为 qs X XX/ X/S maX S xis Ks+CS 定义底物的最大比消耗速率为 q S.max max X/S

底物比消耗速率与细胞比生长速率可关联为 定义底物的最大比消耗速率为 S S S X S X S X X X S S X S K C C Y Y V C Y V C q +  =  = =   =  max / / / 1 1 1 1 1   max / ,max 1  X S S Y q =