產(chǎn)物合成動力學(xué)

產(chǎn)物合成動力學(xué)第一頁，共67頁。一、根據(jù)細胞生長與產(chǎn)物形成是否偶聯(lián)進行分類酒精發(fā)酵檸檬酸發(fā)酵抗生素發(fā)酵第二頁，共67頁。α——生長偶聯(lián)產(chǎn)物形成系數(shù)1.生長偶聯(lián)型：產(chǎn)物生成速率的變化與細胞生長速率緊密聯(lián)系，合成的產(chǎn)物通常是分解代謝的直接產(chǎn)物。產(chǎn)物直接來源于產(chǎn)能的初級代謝（自身繁殖所必需的代謝），菌體生長與產(chǎn)物形成不分開。如：酵母菌酒精發(fā)酵第三頁，共67頁。2.非生長偶聯(lián)型非生長偶聯(lián)型：細胞生長時，無產(chǎn)物，產(chǎn)物生成在菌體停止生長才開始，產(chǎn)物的形成速率只與細胞積累量有關(guān)，與生長不偶聯(lián)。所形成的產(chǎn)物均是次級代謝產(chǎn)物。如：青霉素和鏈霉素的生產(chǎn)，整個過程分為兩個時期，菌體積累旺盛時，抗生素的生成量極微；抗生素合成旺盛時菌體積累較弱。但往往不能截然分開。并非所有的次級代謝產(chǎn)物都是非生長偶聯(lián)型。第四頁，共67頁。非偶聯(lián)型發(fā)酵的生產(chǎn)速率只與已有的菌體量有關(guān)，而比生產(chǎn)速率β為一常數(shù)，與比生長速率μ沒有直接關(guān)系。因此，其產(chǎn)率和產(chǎn)物濃度高低取決于細胞生長期結(jié)束時的生物量。

第五頁，共67頁。3.生長部分偶聯(lián)（混合型）如：乳酸、檸檬酸、谷氨酸等的發(fā)酵。α——生長偶聯(lián)系數(shù)β——非生長偶聯(lián)系數(shù)該混合型模型復(fù)雜的形成是將常數(shù)α、β作為變數(shù)，它們在分批發(fā)酵的四個時期分別具有特定的數(shù)值。第六頁，共67頁。摘要:目的:為實現(xiàn)甲醇資源化產(chǎn)細菌纖維素發(fā)酵過程的優(yōu)化，研究纖維素生產(chǎn)菌株—木醋桿菌(Gluconacetobacterxylinus)的靜態(tài)發(fā)酵動力學(xué)特性。方法:將木醋桿菌接入甲醇濃度分別為2．7%和4．5%的培養(yǎng)基中馴化，根據(jù)Logistic方程和Luedeking－Piret方程，研究周期為13d的靜態(tài)發(fā)酵動力學(xué)過程。結(jié)果:確定靜態(tài)發(fā)酵過程的菌體生長、細菌纖維素合成、底物消耗的動力學(xué)參數(shù)，得到動力學(xué)方程，擬合試驗值與模型值，得到甲醇模擬廢水培養(yǎng)基平均擬合誤差為16%，略高于基礎(chǔ)培養(yǎng)基的14%。結(jié)論:利用甲醇產(chǎn)纖維素的模型方程可預(yù)測菌濃、產(chǎn)物濃度及底物消耗規(guī)律，實現(xiàn)靜態(tài)發(fā)酵過程的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞:細菌纖維素;甲醇;動力學(xué)模型;發(fā)酵第七頁，共67頁。第八頁，共67頁。第九頁，共67頁。第十頁，共67頁。第十一頁，共67頁。第十二頁，共67頁。第十三頁，共67頁。第十四頁，共67頁。第十五頁，共67頁。第十六頁，共67頁。

摘要[目的]研究葡萄酒酵母在發(fā)酵過程中生成乳酸的變化規(guī)律,為在釀造葡萄酒等酒的過程中估計發(fā)酵液乳酸含量提供簡單的方法。[方法]用以對羥基聯(lián)苯為顯色劑的可見光分光光度法測定發(fā)酵液中的乳酸含量。

[結(jié)果]確定了葡萄酒酵母在葡萄糖濃度為120g/L、玉米漿(固體)濃度為2g/L的發(fā)酵培養(yǎng)基條件下的細胞生長、乳酸生成動力學(xué),確立了葡萄酒酵母發(fā)酵生成乳酸動力學(xué)模型并對動力學(xué)參數(shù)進行了估計。[結(jié)論]葡萄酒酵母生成乳酸的動力學(xué)模型為屬于?型,即產(chǎn)物的形成與細胞生長相偶聯(lián)。關(guān)鍵詞

乳酸;動力學(xué);發(fā)酵;葡萄酒酵母第十七頁，共67頁。

選用Ｌｕｅｄｅｋｉｎｇ－Ｐｉｒｅｔ方程公式對甘油的生成進行動力學(xué)分析：將上式積分得到代數(shù)方程：第十八頁，共67頁。

第十九頁，共67頁。第二十頁，共67頁。茶香型蘋果酒發(fā)酵特征及其

動力學(xué)模型目的：以綠茶、蘋果為原料，探討茶香型蘋果酒發(fā)酵過程中主要物質(zhì)的變化規(guī)律。方法：基于Logistic模型和Luedeking-piret方程，對茶香型蘋果酒發(fā)酵過程中酵母生長動力學(xué)、酒精生成動力學(xué)、基質(zhì)消耗動力學(xué)模型進行模擬。實驗結(jié)果：模型預(yù)測值和實測值的擬合度分別是0.9679、0.9765、0.9849，模型擬合良好，較好的反映了茶香型蘋果酒發(fā)酵過程的動力學(xué)特征。第二十一頁，共67頁。產(chǎn)物形成動力學(xué)模型酒精度的實驗結(jié)果如圖，酒精度擬合曲線和實測值第二十二頁，共67頁。可知茶香型蘋果酒發(fā)酵過程中酒精的生成和釀酒酵母的生成曲線幾乎平行，根據(jù)Piret的發(fā)酵分類理論，茶香型蘋果酒發(fā)酵為直接想關(guān)型，即上式中p為發(fā)酵過程中酒精的濃度，%（v/v）；α為常數(shù)第二十三頁，共67頁。細胞生長的logistic方程為x為酵母菌濃度，g/L；umax為酵母最大的比生長速率，h-1；t為發(fā)酵時間；xmax為最大的酵母菌濃度，g/L.將上式代入，得到第二十四頁，共67頁。結(jié)果表明模型與實測值的相關(guān)性極顯著，該方程較好的描述了茶香型蘋果酒發(fā)酵過程中乙醇的生成。所以，茶香型蘋果酒發(fā)酵的動力學(xué)模型為生長偶聯(lián)關(guān)系。第二十五頁，共67頁。內(nèi)生真菌擬莖點酶B3產(chǎn)漆酶分批發(fā)酵動力學(xué)周駿，楊艷珍，楊騰，康莉，戴志東，戴傳超南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇省微生物與功能基因組學(xué)重點實驗室，江蘇省為生物資源產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心，江蘇南京210023文獻信息第二十六頁，共67頁。內(nèi)生真菌擬莖點酶B3發(fā)酵曲線第二十七頁，共67頁。

在內(nèi)生菌擬莖點霉B3的發(fā)酵工程中，取樣測定其生物量、漆酶酶活力和蔗糖質(zhì)量濃度，得圖1。

可看出，漆酶的生成與B3菌的生長有著很強的線性關(guān)系，這種關(guān)系屬于部分生長偶聯(lián)型。第二十八頁，共67頁。漆酶生成動力學(xué)模型漆酶生產(chǎn)動力學(xué)建立在Luedeking-Piret方程的基礎(chǔ)上，該模型通常用來描述產(chǎn)物生成速率和細胞生長速率之間的關(guān)系。產(chǎn)物的形成速率取決于線性方程的即時生物量X和菌體生長速率dX/dt，如公式（1）所示：

根據(jù)實驗結(jié)果和圖1顯示，漆酶的生成和B3菌的生長屬于部分偶聯(lián)型，對公式（1）積分得公式（2）：第二十九頁，共67頁。將實驗所測得的實驗值代入公式（1）、（2）得到公式（3）、（4）：

（3）

（4）則（4）即為漆酶生長動力學(xué)模型。第三十頁，共67頁。重組大腸桿菌產(chǎn)青霉素?；傅陌l(fā)酵動力學(xué)研究韋曉菊，黎繼烈*，朱曉媛（中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院經(jīng)濟森林培育與保護教育重點實驗室，湖南長沙410004）第三十一頁，共67頁。摘要：對產(chǎn)青霉素?；钢亟M大腸桿菌M3進行分批發(fā)酵動力學(xué)研究。根據(jù)Logistic和Luedeking-Piret方程，擬合出重組大腸桿菌M3分批發(fā)酵過程中菌體生長、青霉素?；负铣?、基質(zhì)消耗的動力學(xué)模型及模型參數(shù)。結(jié)果表明，重組大腸桿菌M3產(chǎn)青霉素?；傅陌l(fā)酵動態(tài)過程能很好的被該模型所表達。第三十二頁，共67頁。青霉素?；福╬enicillinacylase）是一種具有重要應(yīng)用價值的工具酶，既能廣泛應(yīng)用于半合成β-內(nèi)酰胺抗生素，又能反向催化水解青霉素，生產(chǎn)合成β-內(nèi)酰胺抗生素的中間體6-氨基頭孢烷酸（6-ACA）和7-氨基脫乙酰頭孢烷酸（7-ADCA）；同時在手性藥物的拆分和多肽合成等方面也有不俗表現(xiàn)。建立青霉素?；负铣傻膭恿W(xué)模型，為工業(yè)生產(chǎn)提供有力的理論依據(jù)。重組大腸桿菌發(fā)酵原料廉價，產(chǎn)酶周期短，既適合多次重復(fù)驗證試驗以得出最優(yōu)結(jié)果，又為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供了便利。第三十三頁，共67頁。青霉素?；负铣蓜恿W(xué)模型用Luedeking-Piret方程描述產(chǎn)物形成與細胞生長的關(guān)系如下：（4）式中：X為菌體濃度，mg/L；P為青霉素?；该富睿琔/mL；α為生長偶聯(lián)系數(shù)；β為非生偶聯(lián)聯(lián)系數(shù)。從大腸桿菌產(chǎn)青霉素?；阜峙l(fā)酵試驗結(jié)果可以推斷該菌體的發(fā)酵過程屬于第Ⅱ類，即產(chǎn)物形成與細胞生長呈部分偶聯(lián)型。第三十四頁，共67頁。聯(lián)合公式式中：X為菌體濃度(mg/L)；X0為初始菌體濃度，(mg/L)；Xm為最大菌體濃度(mg/L)；t為時間，(h)；μm為菌體最大比生長速率(h-1)；P為青霉素酰化酶酶活(U/mL)；P0為初始青霉素酰化酶酶活(U/mL)；α為生長偶聯(lián)系數(shù)；β為非生偶聯(lián)系數(shù)。由于P0=0，X0對產(chǎn)物的影響可以忽略不計，式(5)可簡化為：第三十五頁，共67頁。參照公式（6），采用Origin8.0繪圖軟件對大腸桿菌產(chǎn)青霉素酰化酶發(fā)酵實驗數(shù)據(jù)進行非線性擬合，結(jié)果如圖3所示，得到青霉素?；负铣闪?P)隨發(fā)酵時間變化的函數(shù)：式中：P為青霉素?；该富?，U/mL；t為時間，h。其中α=-0.22052，β=0.05306，青霉素酰化酶活的實驗值與模型計算值的比較見圖3。第三十六頁，共67頁。第三十七頁，共67頁。由圖3可知公式（7）較好的擬合了所得的實驗數(shù)據(jù)，R2=0.9930，也驗證了該方程很好的描述出發(fā)酵過程中青霉素?；傅暮铣汕闆r，但受到發(fā)酵液中蛋白酶以及其他限制性因素的影響，青霉素?；该富盍υ诤铣珊笃诘脑鲩L受到了抑制。若及時補充底物，則可促進酶的繼續(xù)合成，工業(yè)生產(chǎn)上可參考這一規(guī)律。

第三十八頁，共67頁。蘇云金芽抱桿菌蛋白酶

發(fā)酵動力學(xué)模型構(gòu)建第三十九頁，共67頁。1引言蛋白酶是一種重要的酶制劑，廣泛地應(yīng)用于食品加工、皮革加工、生物制藥、洗滌劑制造與飼料工業(yè)中。以篩選到的耐溫蛋白酶生產(chǎn)菌BtFS140為實驗菌株，進行該菌生長規(guī)律、糖消耗及蛋白酶合成等動力學(xué)研究。通過Logistic方程和Lueduking-Piret方程構(gòu)建動力學(xué)方程。第四十頁，共67頁。2蛋白酶發(fā)酵過程曲線第四十一頁，共67頁。3蛋白酶合成動力學(xué)描述產(chǎn)物形成與細胞生長的關(guān)系常用Luedeking-Piret方程：

（X為菌體濃度，P為蛋白酶活性，

α為生長偶聯(lián)系數(shù)，β為非生偶聯(lián)系數(shù)）當α≠0、β＝0時，為生長偶聯(lián)型；當α≠0、β≠0時，為部分偶聯(lián)型；當α＝0、β＝0時，為非生長偶聯(lián)型。第四十二頁，共67頁。菌體生長動力學(xué)模型Logistic方程：（Xm為菌體最大濃度，μm為菌體最大比生長速率）將兩方程同時積分并聯(lián)合得到：（P0為產(chǎn)物的初始酶活）第四十三頁，共67頁。由于0h時，P0＝0，X0對產(chǎn)物影響忽略不計，結(jié)果可簡化為：對Bt蛋白酶合成發(fā)酵實驗值按上式進行非線性擬合，得到蛋白酶合成量(P)隨時間變化的函數(shù)為：第四十四頁，共67頁。4結(jié)果分析BtFS140蛋白酶發(fā)酵實驗值與模擬方程擬合曲線第四十五頁，共67頁。重組大腸桿菌高密度發(fā)酵生產(chǎn)類人膠原蛋白動力學(xué)的研究

花秀夫西北大學(xué)第四十六頁，共67頁。摘要：目的：本文研究了重組類人膠原蛋白基因工程菌在分批補發(fā)酵階段的底物消耗，細胞生長和產(chǎn)物生成的動力學(xué)，并根據(jù)動力學(xué)模型進行高密度發(fā)酵優(yōu)化研究。方法：利用動力學(xué)參數(shù)常規(guī)方法，MATLAB最小二乘法和四五階Runge-kutta（ode45）對動力學(xué)模型的參數(shù)進行優(yōu)化求解，結(jié)果表明動力學(xué)模型與實驗值吻合良好。關(guān)鍵詞：重組；分批—補料培養(yǎng)；類人膠原蛋白；高密度發(fā)酵；動力學(xué)模型第四十七頁，共67頁。結(jié)果：選用Ｌｕｅｄｅｋｉｎｇ－Ｐｉｒｅｔ方程公式對類人膠原蛋白的生成進行動力學(xué)分析：

第四十八頁，共67頁。結(jié)果分析第四十九頁，共67頁。第五十頁，共67頁。由圖像及計算結(jié)果可以看出α=0.526β=0.00588此方程的計算值與試驗數(shù)據(jù)能較好的吻合，系數(shù)α及系數(shù)β都不為0，則大腸桿菌生成類人膠原動力學(xué)模型屬于生成部分偶聯(lián)關(guān)系。第五十一頁，共67頁。釀酒酵母生產(chǎn)谷胱甘肽分批發(fā)酵動力學(xué)研究第五十二頁，共67頁。

谷胱甘肽(glutathione，GSH)是一種廣泛存自然界中的生物活性三肽化合物。由于其分子中含個特異的γ-肽鍵和一個活潑的巰基，所以GSH在生物體內(nèi)具有很多重要的生理功能。谷胱甘肽第五十三頁，共67頁。

以麥芽汁為發(fā)酵培養(yǎng)基，對7.5L自動發(fā)酵罐中釀酒酵母Y518分批發(fā)酵生產(chǎn)谷胱甘肽的實驗數(shù)據(jù)進行分析，建立谷胱甘肽分批發(fā)酵動力學(xué)模型。通過對產(chǎn)物生成的Luedeking-Piret方程，進行最優(yōu)參數(shù)估計和非線性擬合，最終得到了相應(yīng)的動力學(xué)模型。

GSH產(chǎn)量的測定：發(fā)酵液離心后，洗滌除去上清液，得到濕菌體，加入40%乙醇溶液于30℃振蕩抽提2h，離心，四氧嘧啶法測定上清液中GSH產(chǎn)量。第五十四頁，共67頁。第五十五頁，共67頁。菌體生長動力學(xué)模型酵母分批發(fā)酵生產(chǎn)GSH整個過程看，當發(fā)酵到48h時，菌體質(zhì)量濃度出現(xiàn)最大值。菌體質(zhì)量濃度的增加對其自身生長產(chǎn)生抑制作用，因此選用典型S型曲線的Logistic方程建立菌體生長的動力學(xué)模型：

（1）

t為發(fā)酵時間/h；X為菌體質(zhì)量濃度(g/L)；Xm為最大菌體質(zhì)量濃度(g/L)；μm為最大比生長速率(1/h)。第五十六頁，共67頁。產(chǎn)物生成動力學(xué)模型

由GSH分批發(fā)酵過程曲線可見(見圖1)，代謝產(chǎn)物的生成與微生物生長是同步進行的。所以采用如(2)所示的Luedeking-Piret方程建立產(chǎn)物生產(chǎn)動力