宜宾学院：《微生物工程工艺原理》课程教学课件（PPT讲稿）第五章 发酵动力学

• 第五章 发酵动力学 • 研究对象：菌体生长、基质消耗、产物生成 三者间的动态平衡及内在规律。 • 研究目的：为最佳发酵条件控制提供依据

• 第五章 发酵动力学 • 研究对象：菌体生长、基质消耗、产物生成 三者间的动态平衡及内在规律。 • 研究目的：为最佳发酵条件控制提供依据

• 第一节 微生物生长代谢过程中的质量平衡 • 一、微生物反应(生长代谢)过程中的碳平衡 • 微生物反应通式： • 碳源＋氮源＋O2→菌体＋产物＋CO2+H2O • 微生物代谢的化学分子反应可表示为： • CHmOn+aNH3+bO2→Yc·CHxOyNz+Ycp·CHuOvNw • +(1-Yc-Ycp)CO2+dH2O • ——10-1式 • Yc：是与碳相关的菌体得率， • Ycp：是与碳相关的代调产物的得率

• 第一节 微生物生长代谢过程中的质量平衡 • 一、微生物反应(生长代谢)过程中的碳平衡 • 微生物反应通式： • 碳源＋氮源＋O2→菌体＋产物＋CO2+H2O • 微生物代谢的化学分子反应可表示为： • CHmOn+aNH3+bO2→Yc·CHxOyNz+Ycp·CHuOvNw • +(1-Yc-Ycp)CO2+dH2O • ——10-1式 • Yc：是与碳相关的菌体得率， • Ycp：是与碳相关的代调产物的得率

• 根据反应平衡原理有： • a＝Yc·z+Ycp·w • b＝(1-Yc-Ycp+m/4-n/2)+(Ycp/4)· • (2v+3w-u)+(Yc/4)(2y+3z-x) • d＝m/2+(Ycp/2)(3w-u)+(Yc/2)(3z-x) 10-2式

• 根据反应平衡原理有： • a＝Yc·z+Ycp·w • b＝(1-Yc-Ycp+m/4-n/2)+(Ycp/4)· • (2v+3w-u)+(Yc/4)(2y+3z-x) • d＝m/2+(Ycp/2)(3w-u)+(Yc/2)(3z-x) 10-2式

• 1、最低培养基与完全培养基 • (1)二者的概念； • (2)微生物对两种培养基的用途不同。如图 10-1，10-2所示

• 1、最低培养基与完全培养基 • (1)二者的概念； • (2)微生物对两种培养基的用途不同。如图 10-1，10-2所示

最初能源→有机能源 分解代谢 +002 ATP [H)]中间代谢物 生长繁殖←一细胞组盼4 小分子 合成代谢 营养物 分解代谢与合成代谢间的联系简图

生成物 (酒精、 乳酸、 酷酸等) ,方湖#所店蓝 或士时情写 ADPATP 碳源 (嫌气) 组成细胞的 (供作能源和 低分子物质 材料（单核苷酸 高分子物质 聚合体 细胞 细胞材料) (丙酮酸) 氨基酸等) ,安的费斗按高高湖 ATP ATP ATP ADP (好气) 丽语意西 一面取，量会神男中别萃每一。 ATP C02 (H) 无0=”，毫含闻端内黄干垂，过 0 低分子物质 (三羧酸循环 胶，星舍饰篇内期0m老一3 代谢产物) 厂被的迪肉尚定奇 图10-1最低培养基碳源利用图

氨基酸， 维生素等 (构成细胞材科 H,0 基 生成物 (酒精、乳 高分子物质 酸，醋酸等ADP化 (DNA、RNA、 聚合体 ATP 细胞 ADP 平ATP 磷 蛋白质、 (细胞膜、 磷 酸化 脂肪、多糖等) 核糖体、 酸化 (嫌气) 细胞核、 (H) 碳源 低分子 线粒体) (能源) 物质 C01 丙酮酸 (好气) 图102完全培养基碳源利用胭补可和中指一

• 2、M代谢过程中基质和产物之间的C素平衡 • 根据基质的变化情况可建立如下平衡关系： • CS = CX + CP + CCO2  = + + +       − 3 4 2 1 2   dt dP dt dCO dt dX dt dS 如果用α1、α2、α3、α4表示基质、菌体、CO2、 产物中碳的含量(g碳/mol) 则，上述平衡也可表示为：

• 2、M代谢过程中基质和产物之间的C素平衡 • 根据基质的变化情况可建立如下平衡关系： • CS = CX + CP + CCO2  = + + +       − 3 4 2 1 2   dt dP dt dCO dt dX dt dS 如果用α1、α2、α3、α4表示基质、菌体、CO2、 产物中碳的含量(g碳/mol) 则，上述平衡也可表示为：

 （微生物的基质消耗比速）      = − dt dS X 1        = dt dX X 1        = dt dCO X QCO 1 2 2       = dt dP X QP 1 （微生物的生长比速） （微生物的CO2生成比速） （微生物的产物生成比速） 若定义： 1 = 2 +QCO23 +Qp4 + 则，上式可简化为：

 （微生物的基质消耗比速）      = − dt dS X 1        = dt dX X 1        = dt dCO X QCO 1 2 2       = dt dP X QP 1 （微生物的生长比速） （微生物的CO2生成比速） （微生物的产物生成比速） 若定义： 1 = 2 +QCO23 +Qp4 + 则，上式可简化为：

• 由式可以判断代谢途径： 1 2 3 4 2         +  +  QCO QP • 此值接近1，说明估计途径基本正确；小于 0.6，则途径有误差

• 由式可以判断代谢途径： 1 2 3 4 2         +  +  QCO QP • 此值接近1，说明估计途径基本正确；小于 0.6，则途径有误差