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微生物發(fā)酵動(dòng)力學(xué)分類
閱讀:537 發(fā)布時(shí)間:2022-11-18微生物發(fā)酵動(dòng)力學(xué)分類
微生物發(fā)酵動(dòng)力學(xué)是通過(guò)定量描述生物過(guò)程的速率及影響速率的因素,來(lái)研究生物反應(yīng)規(guī)律的學(xué)問(wèn)。它主要討論微生物發(fā)酵過(guò)程中菌體生長(zhǎng)、基質(zhì)消耗、產(chǎn)物生成的動(dòng)態(tài)平衡及其內(nèi)在規(guī)律。發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究能夠?yàn)榘l(fā)酵生產(chǎn)工藝的調(diào)節(jié)控制提供依據(jù),也是發(fā)酵過(guò)程的合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化的基礎(chǔ),更為發(fā)酵過(guò)程的比擬放大和分批發(fā)酵向連續(xù)發(fā)酵的過(guò)渡提供了理論支持。
發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)物合成與細(xì)胞生長(zhǎng)之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系取決于產(chǎn)物在細(xì)胞活動(dòng)中的地位,般根據(jù)細(xì)胞生長(zhǎng)與產(chǎn)物形成的關(guān)系歸納為三類:生長(zhǎng)偶聯(lián)型、非生長(zhǎng)偶聯(lián)型、混合型。
1.生長(zhǎng)偶聯(lián)型
在生長(zhǎng)偶聯(lián)型關(guān)系中,產(chǎn)物形成的速率和細(xì)胞生長(zhǎng)的速率有密切聯(lián)系。這類產(chǎn)物常常是基質(zhì)分解代謝的產(chǎn)物或細(xì)胞初代謝的中間產(chǎn)物。例如,葡萄糖厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,葡萄糖好氧發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸等。生長(zhǎng)偶聯(lián)型的代謝產(chǎn)物的生成速率和細(xì)胞生長(zhǎng)速率之間的關(guān)系如公式(315)所示。dcpdt=dcxdtYp/x(315)公式(315)兩邊同時(shí)除以cx得dcp/dtcx=dcx/dtcxYp/x整理得Qp=uYp/x(310)也就是說(shuō),公式(310)在生長(zhǎng)偶聯(lián)型產(chǎn)物形成中是成立的。
2.非生長(zhǎng)偶聯(lián)型
在非生長(zhǎng)偶聯(lián)型關(guān)系中,產(chǎn)物生成的速率和細(xì)胞生長(zhǎng)的速率沒(méi)有直接關(guān)系。這種代謝類型的特點(diǎn)是細(xì)胞處于生長(zhǎng)階段時(shí)沒(méi)有或很少有目的產(chǎn)物生成,而當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)停止以后卻開(kāi)始了目的產(chǎn)物的積累。例如,大多數(shù)抗生素的發(fā)酵都是非生長(zhǎng)偶聯(lián)型。非生長(zhǎng)偶聯(lián)型的產(chǎn)物形成速率只和菌體量有關(guān),而和菌比生長(zhǎng)速率沒(méi)有直接關(guān)系。產(chǎn)物形成和菌體量的關(guān)系如公式(316)所示。dcpdt=Bcx或β=dcp/dtcx(316)式中:β為非生長(zhǎng)偶聯(lián)的比生產(chǎn)速率,單位為h-1。
3.混合型
在混合型關(guān)系中,產(chǎn)物生成的速率和細(xì)胞生長(zhǎng)的速率部分相關(guān)。
例如乳酸、檸檬酸等的發(fā)酵屬于這種類型?;旌闲偷漠a(chǎn)物形成和菌體生長(zhǎng)的關(guān)系如公式(317)所示。dcpdt=adcxdt+Bcx(317)公式(317)兩邊同時(shí)除以cx得dcp/dtcx=adcx/dtcx+β整理得Qp=Qu+β(318)式中:a為生長(zhǎng)偶聯(lián)型的產(chǎn)物生成系數(shù),單位為h-1;β為非生長(zhǎng)偶聯(lián)型的產(chǎn)物生成系數(shù),單位為h-1。