第一章生物反应器课件
133页1、第六章 典型发酵过程动力学及模型,第一节 概述 第二节 细胞生长及代谢过程动力学 第三节 生物反应器的基本类型,第一节 概述,微生物发酵的实质是生化反应,研究发酵动力学就是研究微生物的生化反应动力学。 主要研究方法: 利用数学模型定量描述发酵过程中影响细胞生长、基质利用和产物生成的各种因素。 可分为:分批发酵、补料分批发酵和连续发酵。,此外发酵动力学又是化学工程的一个分支,其中除了化学反应工程要在下面较详细的介绍以外(结合生物化学反应工程),化学工程还包括下面几个重要的内容:,(1) 流体的输送及混合。 其核心问题是流体之间动量的传递、机械能的转化。 (2) 热量的传递。 对于生物反应器要考虑发酵热的传出以及发酵蹈温度的控制。所用的手段多采用间壁的传热。其传热量大小决定于冷热两流体的温度差及其接触面积的大小。,(3) 物质的传递。 在生物反应器内进行着各种物质传递过程,如细胞内外物质的交换、营养物到细胞的传递、氧从气泡到细胞的传递、二氧化碳从细胞到气泡的传出。这些传递过程的强度主要由浓度差以及扩散(传递)的面积决定。,第二节 细胞生长及代谢过程动力学,一、细胞生长的特点、描述方法的分类
2、 二、均衡生长模型 三、其它模型,一、细胞生长的特点、描述方法的分类,动力学研究的目的是要定量地描述过程的速率以及影响过程速率的诸因素。生物过程动力学研究的主要问题是生物反应的速率,特别是细胞生长的速率、各种基质组分消耗的速率、代谢产物的生成速率。,(1) 反应速率,单位时间物质浓度的变化量。如细胞的生长速率可表示为dxdc,其中x为细胞浓度(g/L),t为时间(h); 代谢产物的生成速率为dpdt,基质的消耗速率为-ds/dt,其中p及s分别为产物和基质(碳源、氮源等)的浓度。,(2) 得率系数,两种物质得失之间的计量比。如菌体生成量(生物量)对基质消耗量的得率系数 Yx/s-dxds, 而产物生成量对基质消耗量的得率系数 Yp/s-dpds 。,特别值得一提的有两点:,一是上面定义式给的是微分量的关系,即得率系数可能随着生物培养进程有变化,其原因主要是代谢途径有所变化。对于较简单的过程有时得率系数随时间变化不大,也可以把得率系数表示为变化总量之间的关系,如Yx/s-x s; 第二点是在分析代谢过程时常用一个特殊的得率系数呼吸商,它是释放出二氧化碳的摩尔数与消耗氧的摩尔数之比。,(3
3、) 比速率,是单位质量的菌体单位时间引起某物质浓度的变化量。 如菌体的比生长速率 基质的比消耗速率qs 产物的比生成速率qp 。 在作动力学分析时比速率的概念是很重要的,它表示菌体活力的大小,能力的大小。,(4) 理想流动与非理想流动,前已说过动力学讨论的是生物反应速率与各环境因素之间的关系,在研究中我们希望确切知道在生物反应器内各点环境因素的值。但实际生物反应器尤其是较大的生物反应器由于混合、传热等需要时间,其内部往往不是均一的,给研究造成困难。,在研究小型反应器时根据其流动待点分为两种理想流动模式; 一是全混式,即反应器内各点浓度及其它条件均一; 二是活塞流式,即反应器内物质沿一定方向流动,完全没有反向混合。讨论反应动力学时常常假定生物反应是在全混的状态下进行的。而实际反应装置因其流动特点常常介于上述两种理想流动之间,讨论及计算比较复杂。,生物反应过程的核心问题是细胞的生长,细胞的生长(繁殖)、代谢是一个复杂的生物化学过程,既包括有各种细胞内的生化反应、胞内与胞外的物质交换,也包含有胞外的物质传递及生化反应。与一般化学工程不同,这个反应体系的特点是多相、多组分、非线性的体系。多相指
4、的是体系内常含有气相、液相以及菌体(固)相,而各相状态及物理性质不同,相内的反应及传递各有特点,相间还有复杂的相互作用。,多组分反映的是在培养液内有各种营养成份,也有代谢排出的各种产物,在胞内更有具有不同生理功能的大、中、小分子化合物。非线性指的是细胞的代谢过程通常不能用线性方程或方程组来描述,即使简化模型中的参数也常具有时变性。,除了上述特点以外,细胞的培养和代谢还是一个复杂的群体的生命活动,通常每毫升培养液中含104 108个细胞,而且细胞都经历着新生、成长成熟直至衰老的过程,在其生命的循环中也存在着退化与变异的问题。,因此,要对这样一个复杂的体系进行精确的描述几乎是不可能的,而且为了工程的目的也不必要过分细致。在进行定量的描述之前,首先要进行合理的简化。在简化假设的基础上建立起过程的物理模型,再据此推出数学模型。,通常对细胞群体所进行的简化假设,主要有两方面 (1) 是否考虑细胞内部复杂的结构? (2) 是否考虑细胞之间的差别?,根据上述两方面的考虑,对细胞群体可以有图11所示4种模型。,图11右上角的模型是非离散的结构模型,文献上简称结构模型。这种模型把细胞分为具有不同生理功能
《第一章生物反应器课件》由会员我***分享,可在线阅读,更多相关《第一章生物反应器课件》请在金锄头文库上搜索。
2020届中考英语备考复习-作文课件
2019年中考英语复习-专题十五-交际运用(试卷部分)课件
2019届二轮复习-高中英语-情态动词和虚拟语气课件
2019届一轮复习苏教版物质的跨膜运输课件
2019年北师大版英语单元复习课件::Unit17Laughter课件北师大版选修6
2021届新中考物理冲刺备考复习-力-弹力-重力课件
2019届一轮复习人教版种群的特征和数量变化课件
2020年高考地理一轮复习--等高线地形图-课件
2019版高考英语一轮复习-Unit-1-Living-well课件
2019届一轮复习人教版孟德尔的遗传定律——基因分离定律课件
2019届高三第二轮复习专题二万有引力定律及其应用课件
2020最新部编版语文五年级上册23-鸟的天堂课件含课后练习
2020版高考(浙江)一轮复习:第7讲-细胞呼吸课件
2020年新教材高中英语UNIT4HISTORYANDTRADITIONSSectionⅢDiscoveringUsefulStructures课件必修第二册
2019届高考历史二轮复习阶段三专题十三罗斯福新政与当代资本主义的新变化课件2
2019版高考生物二轮复习-专题三-细胞的生命历程-考点9-细胞分裂过程图像和坐标曲线的识别课件
(通史版)2021版高考历史一轮复习第4部分高考讲座(三)2高考非选择题(12分开放探究题)规范答题讲练课件
2019届高三地理复习第五讲--《区际联系与区域协调发展》课件
2021人教部编版历史九年级上册习题课件:第18课美国的独立
2020学年新教材高中英语Unit1FoodforthoughtPeriodTwoStartingout课件
2024-05-01 21页
2024-05-01 23页
2024-05-01 19页
2024-05-01 30页
2024-05-01 23页
2024-05-01 19页
2024-05-01 23页
2024-05-01 23页
2024-05-01 25页
2024-05-01 23页