发酵工程 第七章 发酵动力学
发酵工程智慧树知到课后章节答案2023年下温州医科大学
发酵工程智慧树知到课后章节答案2023年下温州医科大学温州医科大学第一章测试1.发酵工业的发展过程可分为4个阶段。
下列产品中属于发酵第三个阶段代表性的主要产品是（）A:酒精 B:青霉素 C:甘油 D:枸橼酸 E:胰岛素答案:青霉素2.下列不属于发酵过程常利用的微生物的选项是（）A:霉菌 B:酵母细胞 C:放线菌 D:大肠杆菌 E:CHO细胞答案:CHO细胞3.发酵工程主要涉及内容包括（）A:菌的代谢与调控 B:产品的分离纯化和精制 C:发酵反应器的设计与自动控制 D:培养基灭菌 E:菌种构建与筛选答案:菌的代谢与调控;产品的分离纯化和精制;发酵反应器的设计与自动控制;培养基灭菌;菌种构建与筛选4.根据微生物的发酵产物不同分为（）A:微生物代谢产物发酵 B:微生物酶发酵 C:基因工程细胞发酵 D:微生物菌体发酵 E:微生物的转化发酵答案:微生物代谢产物发酵;微生物酶发酵;基因工程细胞发酵;微生物菌体发酵;微生物的转化发酵5.维诺格拉斯基（Winograsky）和贝杰林克（Beijerink）建立丙酮-丁醇单菌发酵，实现真正的无杂菌发。
（）A:错 B:对答案:错6.通气搅拌发酵技术的建立是发酵技术发展的第一个转折时期，是现代发酵工业的开端。
（）A:错 B:对答案:错第二章测试1.下列不属于初级代谢产物的是（）A:核酸 B:核苷酸 C:色素 D:脂肪酸 E:酒精答案:核酸2.下列表述正确的是（）A:一种抗生素只有一种组分 B:一种菌只能产生一种抗生素 C:次级代谢产物在菌体生长阶段大量产生 D:L-氨基乙二酸是青霉素合成底物答案:一种菌只能产生一种抗生素3.下列表述正确的是（）A:同一种底物只能被一种酶催化 B:次级代谢产物不需要酶催化 C:次级代谢而产物的合成酶对底物要求的特异性不强 D:初级代谢和次级代谢不能共用前体答案:次级代谢产物不需要酶催化4.下列属于青霉素构建单位的是（）A:L-缬氨酸 B:L-半胱氨酸 C:L-α-氨基乙二酸 D:L-谷氨酸 E:L -组氨酸答案:L-缬氨酸;L-α-氨基乙二酸;L-谷氨酸5.次级代谢产物生物合成后的修饰包括（）A:氨基化 B:羟基化 C:酰基化 D:甲基化 E:糖基化答案:氨基化;羟基化;酰基化;甲基化;糖基化6.磷酸化修饰是生物体内常见的调节蛋白活性的方式，即在蛋白质的丝氨酸和蛋氨酸残基的羟基进行磷酸化。
发酵工程原理与技术_陈坚_思考题
发酵工程原理与技术_陈坚_思考题第一章的复习思考题1，发酵及发酵工程的定义2，发酵工程的特点3，发酵的分类4，发酵产品的类型5，微生物代谢产物的类型及其之间的关系6，发酵过程的组成7，发酵生产成立的条件8，发酵工业发展的阶段及大致年代9，和国际先进水平相比较，我国发酵工业的不足之处主要表现在哪些方面第二章的复习思考题1，微生物代谢调节和微生物代谢调控的概念2，为何要进行微生物的代谢调控3，微生物代谢调节的方式4，从本质上来说，微生物的代谢是通过哪两种方式来进行的5，酶合成调节的方式及其定义、机制6，酶活性调节的定义、方式7，有分支代谢途径的调节方式有哪些8，酶活性的调节机制可用什么理论来解释9，初级代谢的调节有哪几种方式10，次级代谢的调节方式11，提高初级和次级代谢产物产量的方法12，高浓度细胞培养的目的、原理、优点、方法及存在的问题第三章的复习思考题1，次级代谢和次级代谢产物的概念2，次级代谢产物的分类3，次级代谢产物的生物合成模式4，在微生物的氢代谢过程中，关键的酶是什么酶，它有哪些类型5，氢效应的概念及产生的原因6，二氧化碳固定的概念、方式、生理意义7，什么是卡尔文循环，它由哪几个部分组成第四章的复习思考题1，原料的定义及选择原则2，培养基设计的基本原则及如何进行培养基的设计3，为何要进行原料预处理及原料预处理的方法4，原料粉碎的目的和方法5，垂式粉碎机生产能力的计算6，干法粉碎和湿法粉碎工艺的比较7，原料输送的方法8，气流输送的原理、流程和优点9，颗粒在垂直管道和水平管道中悬浮输送的机理10，气流输送中常用除尘装置有哪几种11，淀粉原料水-热处理的定义及目的12，淀粉的膨胀、糊化和液化13，在淀粉的水-热处理过程中有哪些反应（变化）是我们所不希望的14，淀粉的酶法液化和糖化工艺常用到的酶有哪些及各自的作用专一性15，酶法液化的工艺有哪几种及各自的优缺点16，淀粉液化效果的标准17，淀粉糖化的定义和目的18，淀粉糖化的理论收率、实际收率和淀粉转化率的定义及计算19，DE值的定义20，淀粉糖化的工艺有哪几种，比较各自的优缺点21，糖蜜原料的来源、特点及常用的处理方法22，在发酵培养基中添加前提物质、抑制剂和促进剂为何能提高产物的产量第五章的复习思考题1，何谓培养基的灭菌，它和消毒有和区别2，常用的灭菌方法3，致死温度、微生物热阻的定义4，湿热灭菌的原理和优点5，从工程角度看，设计一个培养基的湿热灭菌过程首先要解决的问题是什么6，根据微生物的热死灭动力学方程和温度对微生物热死灭常熟（K）的影响，论述为什么采用高温短时间灭菌既有利于杀灭微生物又有利于减少营养物质的破坏7，间歇灭菌的成功的要素及注意事项8，常用的连续灭菌工艺有哪几种9，连续灭菌和间歇灭菌的比较10，影响灭菌的因素第六章的复习思考题1，何谓无菌空气，发酵工业对空气无菌程度的要求2，空气含菌量的测定方法3，空气除菌的方法有哪些、这些方法的原理和优缺点4，介质过滤除菌的定义，机理；过滤介质的类型5，常见的空气过滤除菌工艺流程的分析计算6，过滤效率、对数穿透律7，传统空气过滤除菌工艺中的主要设备有哪些8，新型的空气过滤器有哪些，有何优点9，空气贮罐的作用是什么，其大小如何确定第七章的复习思考题1，种子的扩大培养的定义。
发酵工程技术概论
二、自然育种
※定义：不经人工处理，利用微生物的自然突变进
行菌种选育的过程。
自然状态下，碱基对发生自然突变的机率为10-8～ 10-9，一种是我们生产上所不希望看到的，表现为 菌株的衰退和生产质量的下降，这种突变成为负突 变。 另一种是我们生产上希望看到的，对生产有利，这 种突变成为正突变。
问题：高产菌株是正突变还是负突变？
第七章 发酵工程技术概 述
本章重点：优良菌种的选育 发酵工艺的控制
内容
第一节 概述 第二节 优良菌种的选育 第三节 发酵的基本过程 第四节 发酵方式 第五节 发酵工艺控制 第六节 发酵产物的提取 第七节 发酵设备 第八节 发酵工程产品的制造实例 第九节 基因工程在发酵中的应用 第十节 发酵工程的发展展望
融合子进一步试验、保藏。 （6）生产性能筛选。
2.影响因素 （1）菌龄：一般采用对数前期的菌体进行酶解。 （2）培养基组分：限制性培养基上比在完全培养
种保藏部门索取或购买； 从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
从自然界筛选
菌株选育、分子改造
目的
防止菌种退化 解决生产实际问题
提高生产能力
提高产品质 量 开发新产品
菌种选育方法有： 自然选育、诱变选育、杂交育种等，还包括控制
杂交育种、原生质体融合、基因工程育种等。
一 、菌种选育的物质基础
生素是链霉素。
青霉素工业化成功推动了发酵工业的发展，主 要标志有：深层发酵、生产大规模化、多种抗 生素、氨基酸、核酸发酵成功，甾体的微生物 转化。
谷氨酸发酵的生产实例
谷 氨 酸 钠 是 味 精 的
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途 径
在工厂里是 怎样应用谷氨酸 棒状杆菌来生产 谷氨酸的？
09116发酵工程教学大纲
09116发酵工程教学大纲《发酵工程》课程（09116）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：发酵工程课程代码：09116学分与学时：4学分，76学时（理论课2.5学分，52学时；实验课1.5学分，24学时）课程性质：专业必修授课对象：生物工程二、课程教学目标与任务《发酵工程》是生物工程专业的一门专业必修课，发酵工程是生物技术的基础和重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节，是工业生物技术的核心。
发酵工程是利用微生物的特定性状和技能，通过现代化工程技术，生产有用物质或直接应用于工业化生产的一种技术体系。
通过本课程的学习，使学时掌握微生物产品生产的基本理论，能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题，并为从事生物新产品和工艺的研究与开发打好应用的理论基础。
三、学时分配课程内容与学时分配表四、课程教学内容与基本要求发酵过程一般包括培养基制备、无菌空气供应、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、发酵产品下游加工过程和发酵过程废弃物处理等几大部分。
基于《生物工程设备》、《发酵工程》、《生物分离工程》三个组成部分集体分工和侧重点不同，《发酵工程》部分着重阐明、并要求学生熟练掌握培养基制备、无菌空气工艺、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、染菌和防治等几个单元操作的基本原理和方法，对于其它部分将在后续的课程中深入讲解。
发酵过程是一门综合性很强的课程，涉及到化工原理、生物化学、微生物学、物理化学等多个学科，基础理论性和实践性均很强，要求基础理论和生产实践密切结合。
因此，该课程需啊哟在理论教学的同时，配合生产见习和实验的实践环节，要求学生建立实际生产的概念，在参观实习和实验实践中巩固本课程的教学效果，培养分析问题和解决问题的能力。
学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离，建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力，动手能力也将有所提高。
第一章发酵工程概论教学目的：从总体上让学生对发酵工程有个整体的认识。
第七章 发酵染菌及防治
无菌试验要严格取样操作，力求减少误差。
应同时用肉汤和双碟作对照，以便迅速作出判断。
当发现染菌时，要通过分辨菌型来探索菌源，并对杂菌
做耐热试验考察。
如果怀疑种子罐染菌，则种子不能轻率进发酵罐。
《发酵工程》
第七章 发酵染菌及防治
3、 无菌检查与染菌的处理
为了防止在种子培养或发酵过程中污染杂菌，在接种前 后、种子培养及发酵过程中分别进行无菌检查，以便及时 （1）无菌检查 发现染菌，并在染菌后及时进行必要处理是很重要的。 染菌通常通过3个途径发现：无菌试验、发酵液直接镜 检、发酵液的生化分析。其中无菌试验是判断染菌的主要 依据。
废弃的发酵液处理不当可以成为难以对付的污
染源。
《发酵工程》 2、 噬菌体污染与发酵异常
第七章 发酵染菌及防治
噬菌体污染后的情况因发酵工业的种类、 污染的噬菌体特性、污染时间、感染复度（即培
养物内的噬菌体与细菌的比率）、培养基成分、
发酵罐内的物理和化学条件不同而异。即使同样 的噬菌体并不一定引起同样的异常发酵情况。
《发酵工程》
项目 百分率%
进罐前未做设备严密度检查
接种违反操作规程
25.8
25.8
检修质量缺乏验收制度
操作不熟练
19.35
19.35
配料违反工艺规程
调度不当
6.45
3.25
《发酵工程》
（4）染菌的处理
第七章 发酵染菌及防治
发现染菌后，应立即根据染菌的种类及产生菌的菌龄等 具体情况分别进行处理。除据染菌时间及危害程度对污染 种子罐染菌后，种子不能再接入发酵罐中，这时可用备用 罐进行挽救或处理外，对有关设备也应进行处理。 种子接种。如无备用种子，则可选一适当培养龄的发酵罐培 养物作种子，即生产上所说的“倒种”。 发酵罐前期染菌后，如培养基中C、N含量尚高，则可重新 灭菌，接种后再运转；若染的杂菌危害性较大，则放掉部分 料液，补入新料液，重新灭菌、接种。 发酵中后期染菌或前期染菌轻微而发现较晚时，可加入适 当的杀菌剂或抗生素；或把高单位的后期发酵液压一部分到染 菌罐中，抑制杂菌生长速度；或者降低罐温，减缓杂菌繁殖速 度。
发酵工程原理与技术_江南大学-陈坚-7第七章生产菌种的扩大培养与保藏
– 种子级数太少，接种量小，发酵时间延长， 降低发酵罐的生产率，增加染菌机会
– 虽然种子罐级数随产物的品种及生产规模而 定。但也与所选用工艺条件有关。如改变种 子罐的培养条件，加速了孢子发芽及菌体的 繁殖，也可相应地减少种子罐的级数。
16
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第二节 种子质量的控制
素含量要高
• 营养成分要尽可能与发酵培养基相近。
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2，培养条件 （1）温度 （2）通气量
在种子罐中培养的种子除保证供给易被利用的 培养基外，有足够的通气量可以提高种子质 量。例如，青霉素的生产菌种在制备过程中 将通气充足和不足两种情况下得到的种子分 别接入发酵罐内，它们的发酵单位可相差1倍 。但也有例外，例如土霉素生产菌，一级种 子罐的通气量小对发酵有利。
41
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(3)二级种子的质量要求 种龄 7~8h pH 7.2左右 OD值 净增0.5左右 无菌检查 (-) 噬菌体检查(-)
42
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二、啤酒酵母的扩大培养
• 菌种在固体培养基上可呈现多种不同代 谢类型的菌落，氮源品种越多，出现的 菌落类型也越多，不利于生产的稳定。
19
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• 措施
– 培养基所用原料要经过发酵试验合格才可使 用
– 严格控制灭菌后培养基的质量 – 斜面培养基使用前，需在适当温度下放置一
定时间 – 供生产用的孢子培养基要用比较单一的氮源
，作为选种或分离用的培养基则采用较复杂 的有机氮源
• 通常接种量，细菌1~5%，酵母 菌5~10%，霉菌7~15%，有时
20~25%
30
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三、种子质量的控制措施
• 种子质量的最终指标是考察其在发酵罐 中所表现出来的生产能力。因此首先必 须保证生产菌种的稳定性，其次是提供 种子培养的适宜环境保证无杂菌侵入， 以获得优良种子。
7第七章-微生物发酵及工艺
在分批培养过程中根据产物生成是否与 菌体生长同步的关系，将微生物产物形 成动力学分为与生长有联系的和与生长 无联系的类型。
化学工程和计算机应用的发展为发 酵工艺控制打下另一方面的基础，
研究发酵动力学，找出适于描述和真 正能反映系统的生化反应过程的数学模 型，通过现代化的试验与计算手段，相 信不久定能为发酵的优化控制开创一个 新的局面。
第一节 发酵的基本概念、基本类 型和发酵方式
A.发酵基本概念
B.发酵的基本类型
C.发酵方式 一、分批培养 二、补料分批培养（半连续培养） 三、连续培养
发酵的一般流程
培养基配制
种子扩大培养
空气除菌 发酵设备
培养基灭菌
发酵生产
下游处理
发酵工艺控制引言部分
微生物发酵的生产水平取决于生产菌种本 身的性能，和合适的环境条件、才能使 它的生产能力充分表达出来。我们通过 各种研究方法了解有关生产菌种对环境 条件的要求，了解生产菌在合成产物过 程中的代谢调控机制以及可能的代谢途 径，为设计合理的生产工艺提供理论基础。
而产物的形成很少或全无;在第二时期，产物以 高速度形成，生长也可能出现第二个高峰:碳源 利用在这两个时期都很高。因此，这一类型其 产物形成及菌体生长一般是分开的，从生长源 来看，这一类型发酵产物不是碳源的直接氧化， 而是菌体代谢的主流产物，所以一般产量较高。 也可以分为如下两类: ①产物的形成是经过连锁反应的过程，如丙 酮丁醇、丙酸等发酵。 ②产物的形成不经过中间产物的积累，如延 胡索酸、谷氨酸等。其菌体生长与 产物积累分在两个明显的时期，如柠檬酸。
发酵工程 第七章 发酵动力学
分批发酵动 力学
➢ 细胞生长动力学 ➢ 基质消耗动力学 ➢ 产物形成动力学
分批发酵动力学-细胞生长动力学
微生物生长特性通常以单位细胞浓度或细 胞数量在单位时间内的增加量来表示（μ、μn）：
1 X
dX 或
dt
n
1 N
dN dt
Xt X0et 或 Nt N0ent
X—细胞浓度（g/L）；N—细胞个数； t—生长时间； X0、Xt—初始微生物浓度和t时细胞浓度；
Decline（开始出现一种底物不足的限制）:
(1)若不存在抑制物时
Monod 模型:
ms
Ks s
S—限制性基质浓度，mol/m3
Ks—底物亲和常数(也称半饱和速度常数），表示微 生物对底物的亲和力 , mol/m3 ； Ks越大，亲和力 越小， µ越小。
① 当S较高时，(对数期满足S>>10Ks)，此时，µ= µm ② 当S较低时，(减速期， S<<10Ks)，此时S↓，µ ↓
N0、Nt—初始细胞个数和t时细胞个数； —以细胞浓度表示的比生长速率；
n—以细胞数量表示的比生长速率。
分批发酵动力学-细胞生长动力学
lag: x不变, 即 dx 0, 0
dt
exp:(假定无抑制作用存在)
m
m
1 x
dx dt
ln x ln x 0 m t
x e x 0 mt
分批发酵动力学-细胞生长动力学
第七章 发酵动力学
生物反应分类
一、通过细胞培养，利用细胞产生的酶系统，把培养基中的物
质转化成新的细胞及其代谢产物。
底物
细胞
新的细胞 + 代谢产物
二、在酶的作用下，底物反应生成产物。
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ds 1 dp dt YP / S dt
分批发酵动力学-基质消耗动力学
YX / S
qP qP m = YG YP YP / S
若生长阶段产物生成可以忽略，即
qP 0 YP
1 YX / S
1 m YG
分批发酵动力学-基质消耗动力学
图解法求微生物的本征参数YG和m 1/Yx/s m
X t X 0 e t 或 Nt N0ent
X—细胞浓度（g/L）；N—细胞个数； t—生长时间； X0、Xt—初始微生物浓度和t时细胞浓度； N0、Nt—初始细胞个数和t时细胞个数； —以细胞浓度表示的比生长速率； n—以细胞数量表示的比生长速率。
分批发酵动力学-细胞生长动力学
系，分析参数变化速率，优化主要影响因素。
但研究过程中将涉及三个层次的研究方法，达到认识微 生物本质特征、解决发酵工业问题的目的。
发酵动力学研究的基本过程
首先研究微生物生长和产物合成限制因子；
建立细胞生长、基质消耗、产物生成模型；
确定模型参数；
实验验证模型的可行性与适用范围；
根据模型实施最优控制。
生物反应分类
一、通过细胞培养，利用细胞产生的酶系统，把培养基中的物
质转化成新的细胞及其代谢产物。
细胞
底物
新的细胞 + 代谢产物
二、在酶的作用下，底物反应生成产物。
淀粉酶
淀粉
糊精 + 低聚糖
发酵的目的
• 获得产物，提高发酵生产率，即提高微生物的催化与转化 能力。 • 降解有害底物，保护环境。 • 降解废弃底物，形成生物能源产品。 • 降解长链烃底物形成发酵产物，促进采油。
产物比生成速率
qP qS m YG YP
1 ds qS x dt
qP 1 dP x dt
ds x 1 dp m x dt YG YP dt
ds 1 dx x dt YX / S dt YX / S
qS
YX / S
qp qs YP / S
YX / S
初 始 底 物 浓 度 S0 YX/S
分批发酵中初始底物浓度对稳定期 菌体浓度的影响ห้องสมุดไป่ตู้
C区：菌体活性受初始 高浓度底物及高渗作用抑 制，菌体浓度与初始底物 浓度成反比。
X为菌体浓度， 为针对底物 的细胞得率，初始X0为零； S0为底物初始浓度； St为底物残留浓度。
A～B区：菌体浓度与初 始底物浓度成正比，有： X YX / S (S0 St )
1/YG
1 YX / S
m
1 YG
1/ µ
分批发酵动力学-基质消耗动力学
YX / S
qP qP m = YG YP YP / S
若生产阶段微生物生长可以忽略，
YG
0
1 YP / S
1 m YP qP
图解法求微生物的本征参数Yp和m
1/Yp/s
m
1/YP
1 YP / S
YP / S
p s
专一性得率
x YG s '
P YP s '
* 专一性用于生长的底物量△ S’ 不含用于维持能
耗及产物形成部分的用量。
分批发酵动力学-基质消耗动力学
基质消耗速率与生长、合成关系如下： 表观： dx YX / S ds ds 1 dx x
与生长相关→生长偶联型：乙醇发酵
dP dx 1/ x YP / X qP YP / X dt dt
产物的生成是微生物细胞主要能量代谢的直 接结果，菌体生长速率的变化与产物生成速率的 变化相平行。
Ks—底物亲和常数，等于 处于1/2μm时的底物浓度， 表征微生物对底物的亲和力， 两者成反比。
酶促反应动力学－米氏方程：
Vm [ s] v K m [ s]
受单一底物酶促反应限制的微生物 生长动力学方程－Monod方程：
m s
Ks s
Ks 1 1 m S m
1
分批发酵动力学-细胞生长动力学
菌体浓度X t1
t2
t3
t4
t5
时间 t
分批发酵时典型的微生物生长动力学曲线
关于菌龄的描述
• 微生物细胞倍增时间与群体生长动力学
– 细菌：典型倍增时间1hr – 酵母：典型倍增时间2hr – 放线菌和丝状真菌：典型倍增时间4－8hr
微生物细胞群体生长动力学是反映整个群体的生长特征，而
得率系数
• 指消耗单位营养物所生成的细胞或产物数量。其大小取 决于生物学参数（µ,x ）和化学参数（DO,C/N,磷含量等） （1）生长得率系数
① Yx/s、Yx/o、Yx/kcal：消耗每克营养物、每克分子氧以及每
千卡能量所生成的细胞克数； ② Yx/c、 Yx/N、 Yx/p、Yx/Ave- ：消耗每克C、每克N、每克P和 每个有效电子所生成的细胞克数； ③ Yx/ATP：消耗每克分子的三磷酸腺苷生成的细胞克数。
分批发酵动力学-细胞生长动力学
m s
Ks s
m s
Ks s t
ln x ln x0
x x0e
t
Monod方程：
比 生 长 素 率
m St Ks St
表征μ 与培养基中残留的 生长限制性底物St的关系
限制性底物残留浓度St
μ
残留的限制性底物浓度对微生物
比生长率的影响
m 2 1
0 -a
xm (t3<t<t4) xme -a t (t4<t<t5)
分批发酵动力学-细胞生长动力学
其它模型1
在无抑制作用情况下（但有底物限制存在）
S m 1 exp K S
S m KS S n
S m KS x S
发酵动力学研究方法
• 基于细胞水平展开，包括活细胞、休眠细胞（休止细胞或 静止期细胞）和死亡细胞形成产物过程的定量研究。
什么是发酵动力学？
发酵动力学：研究微生物生长、产物合成、底物消耗之间
动态定量关系，定量描述微生物 生长 和 产物形成 过程。
主要研究：
1、发酵动力学参数特征：微生物生长速率、发酵产物合成 速率、底物消耗速率及其转化率、效率等； 2、影响发酵动力学参数的各种理化因子；
式中n为常数 x为细胞浓度
n
分批发酵动力学-细胞生长动力学
其它模型2
培养液中有抑制物的情形
① 高浓度基质抑制存在的情况下
m
1 K S / S S / K is
式中，Kis为抑制常数，抑制作用越强，Kis越小
分批发酵动力学-细胞生长动力学
其它模型2
② 高浓度产物抑制的情况下
S m (1 kP) 线性 KS S
本章主要内容
分批发酵动力学
连续发酵动力学
补料分批发酵动力学
什么是分批发酵？
• 分批发酵：准封闭培养，指一次性投料、接 种直到发酵结束，属典型的非稳态过程。
• 分批发酵过程中，微生物生长通常要经历延 滞期、对数生长期、衰减期、稳定期（静止 期）和衰亡期五个时期。
分批发酵过程
典型的分批发酵工艺流程图
发酵研究的关键问题
• 提高生物催化与转化能力。 • 分子水平 酶催化反应活性 酶基因表达调控 • 细胞水平 一系列酶促反应的交互 细胞水平的综合
细胞生长、底物消耗、产物合成
• 反应器水平 一系列细胞酶促反应的集成 规模放大对细胞及分子水平的影响及控制
优化发酵过程达到高产目标的方法
• 提高转化率和效率的三个方面。 • 发酵动力学研究 对现有微生物本征动力学认识，弄清不同水平的主要影 响因素和控制措施。 • 菌种选育 改造、修饰和构建 • 工程措施 反应器结构及操作性能优化，提高混合、传热、传质以 及细胞间的信号传递，调控细胞群体的发酵能力。
a
(比死亡速率 ，s-1)
ln x ln xm at
x xme
at
分批发酵动力学
假定整个生长阶段无抑制物作用存在，则微生物生长动 力学可用阶段函数表示如下：
0 µm µ=
m s
Ks s
x0 （0<t<t1) x0e µm t (t1<t<t2) x= x0e µ (t -t ) e µt (t2<t<t3)
• Monod方程应用：
– 测定微生物对不同底物的亲和力大小（Ks值） – 实验确定适于微生物生长的最佳底物（ ？） – 比较不同底物发酵最终残留的大小（ ？） – 比较不同微生物对同一底物的竞争优势，确定连续培 养的稀释率
分批发酵动力学-细胞生长动力学
Stationary（不生长或生长率与死亡率相等）: 1 dx 0，x xmax （浓度最大） x dt dying:
不是单个微生物生长倍增的特征。 因此，菌龄是指一个群体的表观状态。
分批发酵动力学
细胞生长动力学 基质消耗动力学 产物形成动力学
分批发酵动力学-细胞生长动力学
微生物生长特性通常以单位细胞浓度或细 胞数量在单位时间内的增加量来表示（μ、μn）：
1 dX 1 dN 或 n X dt N dt
如何能最快最多的获得目的产物 反应动态平衡
催化剂
改变条件
破坏平衡
温度
酸碱度 浓度
采用反应动力学方法 进行定量研究
如何确定高产高效 的最佳条件？
• 课程重点：主要针对微生物发酵的表观动力学，通过 研究微生物群体的生长、代谢，定量反映细胞群体酶