微生物工程課件

西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

xx《微生物工程》12022/12/15西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院xx《微生物工程》120教學(xué)情況及說(shuō)課2感謝你的觀看2019年8月29教學(xué)情況及說(shuō)課2感謝你的觀看2019年8月29一、對(duì)教學(xué)工作的理解及個(gè)人教學(xué)工作情況介紹3感謝你的觀看2019年8月29一、對(duì)教學(xué)工作的理解及個(gè)人教學(xué)工作情況介紹3感謝你的觀看21.個(gè)人教學(xué)工作情況介紹姓名：張愛(ài)梅

學(xué)位：博士

職稱(chēng)：副教授

學(xué)院：生命科學(xué)學(xué)院4感謝你的觀看2019年8月291.個(gè)人教學(xué)工作情況介紹姓名：張愛(ài)梅

學(xué)位：博士

職稱(chēng)：副

主講專(zhuān)業(yè)課：微生物學(xué)，微生物工程，

微生物及微生物工程實(shí)驗(yàn)主講綜合教育類(lèi)選修課：食品與生活，飲料加工5感謝你的觀看2019年8月29主講專(zhuān)業(yè)課：微生物學(xué)，微生物工程，

建立和諧的師生關(guān)系1.認(rèn)真踏實(shí)地備課2.熱情飽滿地上課3.客觀合理地考核Text2Text3教師的“教”教師與學(xué)生學(xué)生的“學(xué)”2.對(duì)教學(xué)工作的理解1.端正學(xué)習(xí)態(tài)度，增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性2.正確的學(xué)習(xí)方法提高學(xué)習(xí)效率3.利用豐富的學(xué)習(xí)資源，拓展思維6感謝你的觀看2019年8月29建立和諧1.認(rèn)真踏實(shí)地備課Text2Text3教師的“教二、對(duì)所授課程的解說(shuō)7感謝你的觀看2019年8月29二、對(duì)所授課程的解說(shuō)7感謝你的觀看2019年8月29說(shuō)教學(xué)的重難點(diǎn)說(shuō)教學(xué)內(nèi)容說(shuō)教材

說(shuō)學(xué)法說(shuō)教學(xué)評(píng)價(jià)方法說(shuō)教學(xué)目標(biāo)說(shuō)教法說(shuō)學(xué)生8感謝你的觀看2019年8月29說(shuō)教學(xué)的重說(shuō)教學(xué)內(nèi)容說(shuō)教材說(shuō)學(xué)法說(shuō)教學(xué)說(shuō)教學(xué)目標(biāo)說(shuō)教法說(shuō)學(xué)《微生物工程》使用的教材是由曹軍衛(wèi)主編的，由“科學(xué)出版社”出版的21世紀(jì)高等院校教材（第二版）。1．說(shuō)教材9感謝你的觀看2019年8月29《微生物工程》使用的教材是由曹軍衛(wèi)主編的，由“科學(xué)出微生物工程原理微生物工程下游加工工程微生物工程生產(chǎn)設(shè)備微生物工程生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品舉例2．說(shuō)教學(xué)內(nèi)容10感謝你的觀看2019年8月29微生物工程原理2．說(shuō)教學(xué)內(nèi)容10感謝你的觀看2019年8月2一條主線：菌種——培養(yǎng)基——發(fā)酵過(guò)程控制——產(chǎn)品兩個(gè)基礎(chǔ)：生物學(xué)基礎(chǔ)；工程學(xué)基礎(chǔ)三大模塊：微生物工程原理；微生物工程生產(chǎn)設(shè)備；生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品舉例四大內(nèi)容：菌種（來(lái)源、選育、保藏、代謝調(diào)節(jié)）；培養(yǎng)基（成分、配制、用途、滅菌）；發(fā)酵（工藝控制、參數(shù)檢測(cè)、動(dòng)力學(xué)）；發(fā)酵相關(guān)設(shè)備（培養(yǎng)基滅菌設(shè)備、發(fā)酵設(shè)備、空氣除菌設(shè)備、產(chǎn)品純化設(shè)備）11感謝你的觀看2019年8月29一條主線：菌種——培養(yǎng)基——發(fā)酵過(guò)程控制——產(chǎn)品兩個(gè)基礎(chǔ)：生教學(xué)重點(diǎn)：微生物工程原理和微生物工程生產(chǎn)設(shè)備。教學(xué)難點(diǎn)：微生物工程生產(chǎn)設(shè)備。3．說(shuō)教學(xué)的重難點(diǎn)12感謝你的觀看2019年8月29教學(xué)重點(diǎn)：微生物工程原理和微生物工程生產(chǎn)設(shè)備。教學(xué)難點(diǎn)：微生2010級(jí)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生已修《微生物學(xué)》已修《高等數(shù)學(xué)》已修《物理化學(xué)》4．說(shuō)學(xué)生13感謝你的觀看2019年8月292010級(jí)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生4．說(shuō)學(xué)生13感謝你的觀看2015．說(shuō)教法直觀演示法舉例說(shuō)明法14感謝你的觀看2019年8月295．說(shuō)教法直觀演示法舉例說(shuō)明法14感謝你的觀看2019年8月6．說(shuō)教學(xué)目標(biāo)熟悉微生物工程的基本原理及常用術(shù)語(yǔ)了解發(fā)酵工業(yè)控制的特性及共性深入理解發(fā)酵工程的過(guò)程優(yōu)化與生產(chǎn)放大

15感謝你的觀看2019年8月296．說(shuō)教學(xué)目標(biāo)熟悉微生物工程的基本原理及常用術(shù)語(yǔ)15感7．說(shuō)學(xué)法課前簡(jiǎn)要預(yù)習(xí)課中分析歸納課后總結(jié)記憶16感謝你的觀看2019年8月297．說(shuō)學(xué)法課前簡(jiǎn)要預(yù)習(xí)課中分析歸納課后總結(jié)記憶168．說(shuō)教學(xué)評(píng)價(jià)方法對(duì)學(xué)生，平時(shí)考查與期末考試相結(jié)合。對(duì)教師，聽(tīng)取意見(jiàn)和建議，完善教學(xué)。17感謝你的觀看2019年8月298．說(shuō)教學(xué)評(píng)價(jià)方法對(duì)學(xué)生，平時(shí)考查與期末考試相結(jié)合。對(duì)教學(xué)演示

18西北師大生科院2006-8教學(xué)演示18西北師大生科院2006-8第八章微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)192006-8第八章微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)192006-8P（產(chǎn)物）S（底物）X（菌體）動(dòng)力學(xué)F（發(fā)酵）202006-8P（產(chǎn)物）S（底物）X（菌體）動(dòng)力學(xué)F（發(fā)酵）202006-第一節(jié)

工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型第二節(jié)

分批培養(yǎng)的動(dòng)力學(xué)第三節(jié)

連續(xù)培養(yǎng)的動(dòng)力學(xué)本章內(nèi)容第一節(jié)工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型本章內(nèi)容一.工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型常見(jiàn)分類(lèi)方式按工藝流程分類(lèi)按動(dòng)力學(xué)類(lèi)型分類(lèi)二.分批培養(yǎng)的動(dòng)力學(xué)微生物生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗的動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物合成的動(dòng)力學(xué)本節(jié)課內(nèi)容一.工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型本節(jié)課內(nèi)容23（一）常見(jiàn)分類(lèi)方式

按發(fā)酵原料分為：淀粉類(lèi)物質(zhì)發(fā)酵、廢水發(fā)酵等

按發(fā)酵形式分為：固體發(fā)酵、液體深層發(fā)酵等

按氧氣需求分為：需氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵等

按發(fā)酵產(chǎn)物分為：氨基酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵等一.工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型232006-823（一）常見(jiàn)分類(lèi)方式一.工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型23200624（二）按工藝流程分類(lèi)分批發(fā)酵：一次投料，一次接種，一次收獲。

連續(xù)發(fā)酵：新鮮培養(yǎng)基連續(xù)加入，含產(chǎn)品的發(fā)酵液以相同流速排出。

流加發(fā)酵：需要中途進(jìn)行補(bǔ)料。

242006-824（二）按工藝流程分類(lèi)分批發(fā)酵：一次投料，一次接種，一次收25依菌體生長(zhǎng)，碳源利用和產(chǎn)物生成的變化，Gaden將微生物發(fā)酵過(guò)程分為三種類(lèi)型：

（三）按動(dòng)力學(xué)類(lèi)型分類(lèi)

第I類(lèi)型（生長(zhǎng)相關(guān)型）第II類(lèi)型（生長(zhǎng)部分相關(guān)型）第III類(lèi)型（生長(zhǎng)不相關(guān)型）252006-825依菌體生長(zhǎng)，碳源利用和產(chǎn)物生成的變化，Gaden將26第I類(lèi)型：生長(zhǎng)相關(guān)型

產(chǎn)物直接來(lái)源于產(chǎn)能的初級(jí)代謝，菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成不分開(kāi)。菌體生長(zhǎng)類(lèi)型：終產(chǎn)物就是菌體本身。

例如：酵母，蘑菇菌絲代謝產(chǎn)物類(lèi)型：產(chǎn)物的積累與菌體增長(zhǎng)平行。

例如：酒精，葡萄糖酸的發(fā)酵菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速率產(chǎn)物形成比速率時(shí)間/h262006-826第I類(lèi)型：生長(zhǎng)相關(guān)型菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速率產(chǎn)物形成第II類(lèi)型:生長(zhǎng)部分相關(guān)型

發(fā)酵第一時(shí)期，菌體迅速增長(zhǎng)；第二時(shí)期，產(chǎn)物高速形成。生長(zhǎng)出現(xiàn)兩個(gè)峰，碳源利用在兩個(gè)時(shí)期都很高。

例如：檸檬酸發(fā)酵時(shí)間/h菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速率產(chǎn)物形成比速率272006-8第II類(lèi)型:生長(zhǎng)部分相關(guān)型時(shí)間/h菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速28第III類(lèi)型:生長(zhǎng)不相關(guān)型

產(chǎn)物是在基質(zhì)消耗和菌體生長(zhǎng)達(dá)到穩(wěn)定期，菌體利用中間代謝反應(yīng)來(lái)形成的，即產(chǎn)物的形成和初級(jí)代謝是分開(kāi)的。

例如：抗生素發(fā)酵。時(shí)間/h菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速率產(chǎn)物形成比速率282006-828第III類(lèi)型:生長(zhǎng)不相關(guān)型時(shí)間/h菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用29二.分批培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)分批培養(yǎng)

------整個(gè)過(guò)程處于不穩(wěn)定狀態(tài)（細(xì)胞濃度、基質(zhì)濃度、產(chǎn)物濃度）292006-829二.分批培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)分批培養(yǎng)292006-8301.微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)微生物在一個(gè)密閉系統(tǒng)中的生長(zhǎng)情況：μ:比生長(zhǎng)速率（s-1）X：細(xì)胞干重濃度（

kg/m3）

t：時(shí)間（s）dX/dt=μX302006-8301.微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)微生物在一個(gè)密閉系統(tǒng)中的生31時(shí)間菌體濃度對(duì)數(shù)延遲期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期減速期穩(wěn)定期衰亡期延遲期：對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期:倍增時(shí)間：td減速期:穩(wěn)定期：;衰亡期:312006-831時(shí)間菌體濃度對(duì)數(shù)延遲期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期減速期穩(wěn)定期衰亡期延遲32

微生物的生長(zhǎng)速度：

μ＝f(S，M，T，pH，DO……)

在一定條件下(限制性基質(zhì))：

μ＝f(S)322006-832微生物的生長(zhǎng)速度：在一定條件下(限制性基質(zhì))33Monod研究了基質(zhì)濃度與生長(zhǎng)速度的關(guān)系———Monod方程

米氏方程:μm/2μμm332006-833Monod研究了基質(zhì)濃度與生長(zhǎng)速度的關(guān)系米氏方程:μm/34μ：比生長(zhǎng)速率（s-1)S：限制性基質(zhì)濃度(mol/m3)Ks：飽和常數(shù)(mol/m3)μmax:最大比生長(zhǎng)速率（s-1)342006-834μ：比生長(zhǎng)速率（s-1)342006-835Monod方程的參數(shù)求解將Monod方程取倒數(shù)可得：(雙倒數(shù)法)×S352006-835Monod方程的參數(shù)求解將Monod方程取倒數(shù)可得：36例：在一定條件下培養(yǎng)大腸桿菌，得如下數(shù)據(jù)：求在該培養(yǎng)條件下，大腸桿菌的μmax，Ks和td?解：將數(shù)據(jù)整理362006-836例：在一定條件下培養(yǎng)大腸桿菌，得如下數(shù)據(jù)：求在該培養(yǎng)條件37μmax＝1.11(h-1);Ks＝97.6mg/Ltd＝ln2/μmax＝0.64h372006-837μmax＝1.11(h-1);td＝ln2/38

基質(zhì)包括細(xì)胞生長(zhǎng)與代謝所需的各種營(yíng)養(yǎng)成分，其消耗分為三個(gè)方面：合成新細(xì)胞；細(xì)胞維持生命；合成代謝產(chǎn)物。2.基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué)382006-838基質(zhì)包括細(xì)胞生長(zhǎng)與代謝所需的各種39YX/S：生長(zhǎng)得率系數(shù)?

YP/S：產(chǎn)物得率系數(shù)?

m：維持系數(shù)392006-839YX/S：生長(zhǎng)得率系數(shù)?392006-840m：維持系數(shù)

單位質(zhì)量干菌體在單位時(shí)間內(nèi)因維持代謝消耗的基質(zhì)量，是微生物的一種特性值(mol/g·h)。402006-840m：維持系數(shù)402006-8413.產(chǎn)物合成動(dòng)力學(xué)

產(chǎn)物包括三大類(lèi)：菌體酶制劑代謝產(chǎn)物412006-8413.產(chǎn)物合成動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物包括三大類(lèi)：412006-842

以產(chǎn)物生產(chǎn)率作為菌體生長(zhǎng)率和菌體量的函數(shù)（Luedeking和Piret模型）——K1：與菌體生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)的細(xì)胞生產(chǎn)能力K2：非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)比生長(zhǎng)速率422006-842以產(chǎn)物生產(chǎn)率作為菌體生長(zhǎng)率和菌體量的函數(shù)（L43按k1，k2常數(shù)分k1>0，k2=0，生長(zhǎng)相關(guān)型k1>0，k2>0，生長(zhǎng)部分相關(guān)型k1=0，k2>0，生長(zhǎng)不相關(guān)型432006-843按k1，k2常數(shù)分432006-844分批培養(yǎng)過(guò)程反應(yīng)速度的描述小結(jié)：發(fā)酵類(lèi)型442006-844分批培養(yǎng)過(guò)程反應(yīng)速度的描述小結(jié)：發(fā)酵類(lèi)型442培養(yǎng)基原料培養(yǎng)基配料罐主發(fā)酵罐去菌體分離及后處理pH調(diào)節(jié)液種子罐空氣過(guò)濾器無(wú)菌空氣無(wú)菌空氣空氣

壓縮機(jī)鍋爐蒸汽瓊脂斜面搖瓶連消裝置培養(yǎng)基配料種子培養(yǎng)微生物反應(yīng)接種菌

種

提

純分批培養(yǎng)示意圖452006-8培養(yǎng)基原料培養(yǎng)基配料罐主發(fā)酵罐去菌體分離及后處理pH調(diào)節(jié)液F,S,X,PF,S0

X0

流入速度=流出速度=F連續(xù)培養(yǎng)示意圖462006-8F,S,X,PF,S0X0流入速度=流出速度=47倍增時(shí)間

——細(xì)胞濃度增加一倍所需的時(shí)間。lnXt-lnX0

＝μ（t–t0)dX/dt=μX積分472006-847倍增時(shí)間lnXt-lnX0＝μ（t–t0)48生長(zhǎng)得率系數(shù)：

YX/S=-dX/dS或ΔX/–ΔSYX/S：生長(zhǎng)得率系數(shù)（以消耗的基質(zhì)為基準(zhǔn)的細(xì)胞得率系數(shù)）ΔX：干細(xì)胞的生長(zhǎng)量–ΔS：基質(zhì)的消耗量482006-848生長(zhǎng)得率系數(shù)：YX/S：生長(zhǎng)得率系數(shù)482006-8產(chǎn)物得率系數(shù)：

YP/S=-dP/dS或ΔP/–ΔSYP/S：產(chǎn)物得率系數(shù)

（相當(dāng)于基質(zhì)消耗的實(shí)際產(chǎn)物得率）ΔP：產(chǎn)物生成量492006-8產(chǎn)物得率系數(shù)：YP/S：產(chǎn)物得率系數(shù)492006-8502006-8502006-8西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

xx《微生物工程》512022/12/15西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院xx《微生物工程》120教學(xué)情況及說(shuō)課52感謝你的觀看2019年8月29教學(xué)情況及說(shuō)課2感謝你的觀看2019年8月29一、對(duì)教學(xué)工作的理解及個(gè)人教學(xué)工作情況介紹53感謝你的觀看2019年8月29一、對(duì)教學(xué)工作的理解及個(gè)人教學(xué)工作情況介紹3感謝你的觀看21.個(gè)人教學(xué)工作情況介紹姓名：張愛(ài)梅

學(xué)位：博士

職稱(chēng)：副教授

學(xué)院：生命科學(xué)學(xué)院54感謝你的觀看2019年8月291.個(gè)人教學(xué)工作情況介紹姓名：張愛(ài)梅

學(xué)位：博士

職稱(chēng)：副

主講專(zhuān)業(yè)課：微生物學(xué)，微生物工程，

微生物及微生物工程實(shí)驗(yàn)主講綜合教育類(lèi)選修課：食品與生活，飲料加工55感謝你的觀看2019年8月29主講專(zhuān)業(yè)課：微生物學(xué)，微生物工程，

建立和諧的師生關(guān)系1.認(rèn)真踏實(shí)地備課2.熱情飽滿地上課3.客觀合理地考核Text2Text3教師的“教”教師與學(xué)生學(xué)生的“學(xué)”2.對(duì)教學(xué)工作的理解1.端正學(xué)習(xí)態(tài)度，增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性2.正確的學(xué)習(xí)方法提高學(xué)習(xí)效率3.利用豐富的學(xué)習(xí)資源，拓展思維56感謝你的觀看2019年8月29建立和諧1.認(rèn)真踏實(shí)地備課Text2Text3教師的“教二、對(duì)所授課程的解說(shuō)57感謝你的觀看2019年8月29二、對(duì)所授課程的解說(shuō)7感謝你的觀看2019年8月29說(shuō)教學(xué)的重難點(diǎn)說(shuō)教學(xué)內(nèi)容說(shuō)教材

說(shuō)學(xué)法說(shuō)教學(xué)評(píng)價(jià)方法說(shuō)教學(xué)目標(biāo)說(shuō)教法說(shuō)學(xué)生58感謝你的觀看2019年8月29說(shuō)教學(xué)的重說(shuō)教學(xué)內(nèi)容說(shuō)教材說(shuō)學(xué)法說(shuō)教學(xué)說(shuō)教學(xué)目標(biāo)說(shuō)教法說(shuō)學(xué)《微生物工程》使用的教材是由曹軍衛(wèi)主編的，由“科學(xué)出版社”出版的21世紀(jì)高等院校教材（第二版）。1．說(shuō)教材59感謝你的觀看2019年8月29《微生物工程》使用的教材是由曹軍衛(wèi)主編的，由“科學(xué)出微生物工程原理微生物工程下游加工工程微生物工程生產(chǎn)設(shè)備微生物工程生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品舉例2．說(shuō)教學(xué)內(nèi)容60感謝你的觀看2019年8月29微生物工程原理2．說(shuō)教學(xué)內(nèi)容10感謝你的觀看2019年8月2一條主線：菌種——培養(yǎng)基——發(fā)酵過(guò)程控制——產(chǎn)品兩個(gè)基礎(chǔ)：生物學(xué)基礎(chǔ)；工程學(xué)基礎(chǔ)三大模塊：微生物工程原理；微生物工程生產(chǎn)設(shè)備；生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品舉例四大內(nèi)容：菌種（來(lái)源、選育、保藏、代謝調(diào)節(jié)）；培養(yǎng)基（成分、配制、用途、滅菌）；發(fā)酵（工藝控制、參數(shù)檢測(cè)、動(dòng)力學(xué)）；發(fā)酵相關(guān)設(shè)備（培養(yǎng)基滅菌設(shè)備、發(fā)酵設(shè)備、空氣除菌設(shè)備、產(chǎn)品純化設(shè)備）61感謝你的觀看2019年8月29一條主線：菌種——培養(yǎng)基——發(fā)酵過(guò)程控制——產(chǎn)品兩個(gè)基礎(chǔ)：生教學(xué)重點(diǎn)：微生物工程原理和微生物工程生產(chǎn)設(shè)備。教學(xué)難點(diǎn)：微生物工程生產(chǎn)設(shè)備。3．說(shuō)教學(xué)的重難點(diǎn)62感謝你的觀看2019年8月29教學(xué)重點(diǎn)：微生物工程原理和微生物工程生產(chǎn)設(shè)備。教學(xué)難點(diǎn)：微生2010級(jí)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生已修《微生物學(xué)》已修《高等數(shù)學(xué)》已修《物理化學(xué)》4．說(shuō)學(xué)生63感謝你的觀看2019年8月292010級(jí)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生4．說(shuō)學(xué)生13感謝你的觀看2015．說(shuō)教法直觀演示法舉例說(shuō)明法64感謝你的觀看2019年8月295．說(shuō)教法直觀演示法舉例說(shuō)明法14感謝你的觀看2019年8月6．說(shuō)教學(xué)目標(biāo)熟悉微生物工程的基本原理及常用術(shù)語(yǔ)了解發(fā)酵工業(yè)控制的特性及共性深入理解發(fā)酵工程的過(guò)程優(yōu)化與生產(chǎn)放大

65感謝你的觀看2019年8月296．說(shuō)教學(xué)目標(biāo)熟悉微生物工程的基本原理及常用術(shù)語(yǔ)15感7．說(shuō)學(xué)法課前簡(jiǎn)要預(yù)習(xí)課中分析歸納課后總結(jié)記憶66感謝你的觀看2019年8月297．說(shuō)學(xué)法課前簡(jiǎn)要預(yù)習(xí)課中分析歸納課后總結(jié)記憶168．說(shuō)教學(xué)評(píng)價(jià)方法對(duì)學(xué)生，平時(shí)考查與期末考試相結(jié)合。對(duì)教師，聽(tīng)取意見(jiàn)和建議，完善教學(xué)。67感謝你的觀看2019年8月298．說(shuō)教學(xué)評(píng)價(jià)方法對(duì)學(xué)生，平時(shí)考查與期末考試相結(jié)合。對(duì)教學(xué)演示

68西北師大生科院2006-8教學(xué)演示18西北師大生科院2006-8第八章微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)692006-8第八章微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)192006-8P（產(chǎn)物）S（底物）X（菌體）動(dòng)力學(xué)F（發(fā)酵）702006-8P（產(chǎn)物）S（底物）X（菌體）動(dòng)力學(xué)F（發(fā)酵）202006-第一節(jié)

工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型第二節(jié)

分批培養(yǎng)的動(dòng)力學(xué)第三節(jié)

連續(xù)培養(yǎng)的動(dòng)力學(xué)本章內(nèi)容第一節(jié)工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型本章內(nèi)容一.工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型常見(jiàn)分類(lèi)方式按工藝流程分類(lèi)按動(dòng)力學(xué)類(lèi)型分類(lèi)二.分批培養(yǎng)的動(dòng)力學(xué)微生物生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗的動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物合成的動(dòng)力學(xué)本節(jié)課內(nèi)容一.工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型本節(jié)課內(nèi)容73（一）常見(jiàn)分類(lèi)方式

按發(fā)酵原料分為：淀粉類(lèi)物質(zhì)發(fā)酵、廢水發(fā)酵等

按發(fā)酵形式分為：固體發(fā)酵、液體深層發(fā)酵等

按氧氣需求分為：需氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵等

按發(fā)酵產(chǎn)物分為：氨基酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵等一.工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型732006-823（一）常見(jiàn)分類(lèi)方式一.工業(yè)化發(fā)酵的類(lèi)型23200674（二）按工藝流程分類(lèi)分批發(fā)酵：一次投料，一次接種，一次收獲。

連續(xù)發(fā)酵：新鮮培養(yǎng)基連續(xù)加入，含產(chǎn)品的發(fā)酵液以相同流速排出。

流加發(fā)酵：需要中途進(jìn)行補(bǔ)料。

742006-824（二）按工藝流程分類(lèi)分批發(fā)酵：一次投料，一次接種，一次收75依菌體生長(zhǎng)，碳源利用和產(chǎn)物生成的變化，Gaden將微生物發(fā)酵過(guò)程分為三種類(lèi)型：

（三）按動(dòng)力學(xué)類(lèi)型分類(lèi)

第I類(lèi)型（生長(zhǎng)相關(guān)型）第II類(lèi)型（生長(zhǎng)部分相關(guān)型）第III類(lèi)型（生長(zhǎng)不相關(guān)型）752006-825依菌體生長(zhǎng)，碳源利用和產(chǎn)物生成的變化，Gaden將76第I類(lèi)型：生長(zhǎng)相關(guān)型

產(chǎn)物直接來(lái)源于產(chǎn)能的初級(jí)代謝，菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成不分開(kāi)。菌體生長(zhǎng)類(lèi)型：終產(chǎn)物就是菌體本身。

例如：酵母，蘑菇菌絲代謝產(chǎn)物類(lèi)型：產(chǎn)物的積累與菌體增長(zhǎng)平行。

例如：酒精，葡萄糖酸的發(fā)酵菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速率產(chǎn)物形成比速率時(shí)間/h762006-826第I類(lèi)型：生長(zhǎng)相關(guān)型菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速率產(chǎn)物形成第II類(lèi)型:生長(zhǎng)部分相關(guān)型

發(fā)酵第一時(shí)期，菌體迅速增長(zhǎng)；第二時(shí)期，產(chǎn)物高速形成。生長(zhǎng)出現(xiàn)兩個(gè)峰，碳源利用在兩個(gè)時(shí)期都很高。

例如：檸檬酸發(fā)酵時(shí)間/h菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速率產(chǎn)物形成比速率772006-8第II類(lèi)型:生長(zhǎng)部分相關(guān)型時(shí)間/h菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速78第III類(lèi)型:生長(zhǎng)不相關(guān)型

產(chǎn)物是在基質(zhì)消耗和菌體生長(zhǎng)達(dá)到穩(wěn)定期，菌體利用中間代謝反應(yīng)來(lái)形成的，即產(chǎn)物的形成和初級(jí)代謝是分開(kāi)的。

例如：抗生素發(fā)酵。時(shí)間/h菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用比速率產(chǎn)物形成比速率782006-828第III類(lèi)型:生長(zhǎng)不相關(guān)型時(shí)間/h菌體比生長(zhǎng)速率碳源利用79二.分批培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)分批培養(yǎng)

------整個(gè)過(guò)程處于不穩(wěn)定狀態(tài)（細(xì)胞濃度、基質(zhì)濃度、產(chǎn)物濃度）792006-829二.分批培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)分批培養(yǎng)292006-8801.微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)微生物在一個(gè)密閉系統(tǒng)中的生長(zhǎng)情況：μ:比生長(zhǎng)速率（s-1）X：細(xì)胞干重濃度（

kg/m3）

t：時(shí)間（s）dX/dt=μX802006-8301.微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)微生物在一個(gè)密閉系統(tǒng)中的生81時(shí)間菌體濃度對(duì)數(shù)延遲期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期減速期穩(wěn)定期衰亡期延遲期：對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期:倍增時(shí)間：td減速期:穩(wěn)定期：;衰亡期:812006-831時(shí)間菌體濃度對(duì)數(shù)延遲期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期減速期穩(wěn)定期衰亡期延遲82

微生物的生長(zhǎng)速度：

μ＝f(S，M，T，pH，DO……)

在一定條件下(限制性基質(zhì))：

μ＝f(S)822006-832微生物的生長(zhǎng)速度：在一定條件下(限制性基質(zhì))83Monod研究了基質(zhì)濃度與生長(zhǎng)速度的關(guān)系———Monod方程

米氏方程:μm/2μμm832006-833Monod研究了基質(zhì)濃度與生長(zhǎng)速度的關(guān)系米氏方程:μm/84μ：比生長(zhǎng)速率（s-1)S：限制性基質(zhì)濃度(mol/m3)Ks：飽和常數(shù)(mol/m3)μmax:最大比生長(zhǎng)速率（s-1)842006-834μ：比生長(zhǎng)速率（s-1)342006-885Monod方程的參數(shù)求解將Monod方程取倒數(shù)可得：(雙倒數(shù)法)×S852006-835Monod方程的參數(shù)求解將Monod方程取倒數(shù)可得：86例：在一定條件下培養(yǎng)大腸桿菌，得如下數(shù)據(jù)：求在該培養(yǎng)條件下，大腸桿菌的μmax，Ks和td?解：將數(shù)據(jù)整理862006-836例：在一定條件下培養(yǎng)大腸桿菌，得如下數(shù)據(jù)：求在該培養(yǎng)條件87μmax＝1.11(h-1);Ks＝97.6mg/Ltd＝ln2/μmax＝0.64h872006-837μmax＝1.11(h-1);td＝ln2/88

基質(zhì)包括細(xì)胞生長(zhǎng)與代謝所需的各種營(yíng)養(yǎng)成分，其消耗分為三個(gè)方面：合成新細(xì)胞；細(xì)胞維持生命；合成代謝產(chǎn)物。2.基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué)882006-838基質(zhì)包括細(xì)胞生長(zhǎng)與代謝所需的各種89YX/S：生長(zhǎng)得率系數(shù)?

YP/S：產(chǎn)物得率系數(shù)?

m：維持系數(shù)892006-839YX/S：生長(zhǎng)得率系數(shù)?392006-890m：維持系數(shù)

單位質(zhì)量干菌體在單位時(shí)間內(nèi)因維持代謝消耗的基質(zhì)量，是微生物的一種特性值(mol/g