間接參數(shù)檢測

1、第三章第三章 間接參數(shù)檢測間接參數(shù)檢測第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 在生物反應(yīng)過程中許多的關(guān)鍵參數(shù)，如產(chǎn)物濃度在生物反應(yīng)過程中許多的關(guān)鍵參數(shù)，如產(chǎn)物濃度、底物濃度等在工業(yè)上還沒有在線可檢測的傳感器，、底物濃度等在工業(yè)上還沒有在線可檢測的傳感器，而這些而這些參數(shù)在生物反應(yīng)過程的控制和優(yōu)化操作中參數(shù)在生物反應(yīng)過程的控制和優(yōu)化操作中又非又非常重要。為了獲得這些有用的信息，在科學(xué)研究上和常重要。為了獲得這些有用的信息，在科學(xué)研究上和工業(yè)生產(chǎn)上往往用間接測量的方法，工業(yè)生產(chǎn)上往往用間接測量的方法，即用其他可測量即用其他可測量的參數(shù)，通過有關(guān)模型進行推斷估計，這種測量方法的參數(shù)，通過有關(guān)模型進行推斷估計，這種測

2、量方法有時又稱為軟測量（模型測量）。有時又稱為軟測量（模型測量）。因為這種測量方法因為這種測量方法要用多個參數(shù)和模型通過計算才能獲得有用的信息。要用多個參數(shù)和模型通過計算才能獲得有用的信息。本章將介紹間接參數(shù)測量的一些基本方法。本章將介紹間接參數(shù)測量的一些基本方法。參數(shù)名稱參數(shù)名稱單位單位測試方法測試方法意義、主要作用意義、主要作用溫度溫度罐壓罐壓空氣流量空氣流量攪拌轉(zhuǎn)速攪拌轉(zhuǎn)速攪拌功率攪拌功率粘度粘度濁度濁度泡沫泡沫體積氧傳質(zhì)體積氧傳質(zhì)系數(shù)系數(shù)KLa CPaV/V.minR/minKWPa.s透光度透光度 l/h 傳感器傳感器壓力表壓力表傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器粘度計粘度計傳感器

3、傳感器傳感器傳感器間接計算間接計算 維持生長、合成維持生長、合成維持正壓、增加溶氧維持正壓、增加溶氧供氧、排泄廢氣、提高供氧、排泄廢氣、提高KLa物料混合、提高物料混合、提高KLa反映攪拌情況、反映攪拌情況、KLa反映菌的生長、反映菌的生長、KLa反映菌的生長情況反映菌的生長情況反映發(fā)酵代謝情況反映發(fā)酵代謝情況反映供氧效率反映供氧效率 物理參數(shù)物理參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)名稱單位單位測試方法測試方法意義、主要作用意義、主要作用pH基質(zhì)濃度基質(zhì)濃度溶解氧濃度溶解氧濃度氧化還原電位氧化還原電位產(chǎn)物濃度產(chǎn)物濃度尾氣氧濃度尾氣氧濃度尾氣尾氣CO2濃度濃度菌體濃度菌體濃度RNA、DNA含量含量ATP、ADP、A

4、MNADH含量含量攝氧率攝氧率呼吸強度呼吸強度呼吸商呼吸商比生長速率比生長速率 g/mlppmmVg/mlPa%G(DCW)/mlMg(DCW)/gMg(DCW)/ggO2/L.hgO2/g菌菌.h 1/h 傳感器傳感器取樣取樣傳感器傳感器傳感器傳感器取樣取樣傳感器傳感器傳感器傳感器取樣取樣取樣取樣取樣取樣間接計算間接計算間接計算間接計算間接計算間接計算間接計算間接計算 了解生長和產(chǎn)物合成了解生長和產(chǎn)物合成了解生長和產(chǎn)物合成了解生長和產(chǎn)物合成反映氧供需情況反映氧供需情況反映菌的代謝情況反映菌的代謝情況產(chǎn)物合成情況產(chǎn)物合成情況了解耗氧情況了解耗氧情況了解菌的呼吸情況了解菌的呼吸情況了解生長情況了

5、解生長情況了解生長情況了解生長情況了解能量代謝活力了解能量代謝活力了解耗氧速率了解耗氧速率了解比耗氧速率了解比耗氧速率了解菌的代謝途徑了解菌的代謝途徑了解生長了解生長 化學(xué)、生物參數(shù)化學(xué)、生物參數(shù) 目前較常測定的參數(shù)有溫度、罐壓、空目前較常測定的參數(shù)有溫度、罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、pH、溶氧、基質(zhì)濃、溶氧、基質(zhì)濃度、菌體濃度度、菌體濃度(干重、離心壓縮細胞體積干重、離心壓縮細胞體積%)等。等。 不常測定的參數(shù)有氧化還原電位、粘度、不常測定的參數(shù)有氧化還原電位、粘度、尾氣中的尾氣中的O2和和CO2含量等。含量等。 參數(shù)測定方法有：參數(shù)測定方法有： 在線測定在線測定 取樣測定（

6、離線測定）取樣測定（離線測定）主要間接參數(shù)主要間接參數(shù) 根據(jù)發(fā)酵液的菌體量和單位時間的菌濃、根據(jù)發(fā)酵液的菌體量和單位時間的菌濃、溶氧濃度、基質(zhì)濃度和產(chǎn)物濃度等參數(shù)的溶氧濃度、基質(zhì)濃度和產(chǎn)物濃度等參數(shù)的變化值，可分別計算出菌體的變化值，可分別計算出菌體的比生長速率、比生長速率、氧的比消耗速率、基質(zhì)的比消耗速率和產(chǎn)氧的比消耗速率、基質(zhì)的比消耗速率和產(chǎn)物比生產(chǎn)速率物比生產(chǎn)速率。1 氧利用率氧利用率(OUR, oxygen utilization rate) 以單位時間、單位發(fā)酵液體積內(nèi)細胞消以單位時間、單位發(fā)酵液體積內(nèi)細胞消耗的氧量表示的氧利用速率，可以根據(jù)耗的氧量表示的氧利用速率，可以根據(jù)氧的動態(tài)

7、質(zhì)量平衡進行估算。在發(fā)酵過氧的動態(tài)質(zhì)量平衡進行估算。在發(fā)酵過程中氧既連續(xù)進入系統(tǒng)，也連續(xù)排出系程中氧既連續(xù)進入系統(tǒng)，也連續(xù)排出系統(tǒng)，因此氧的平衡可以表示為：統(tǒng)，因此氧的平衡可以表示為：氧在系氧在系統(tǒng)內(nèi)的變化率，等于氧進入系統(tǒng)的速率統(tǒng)內(nèi)的變化率，等于氧進入系統(tǒng)的速率減去氧排出系統(tǒng)的速率和氧在系統(tǒng)內(nèi)的減去氧排出系統(tǒng)的速率和氧在系統(tǒng)內(nèi)的消耗速率。消耗速率。呼吸強度QO2：單位重量的干菌體每小時所消耗的氧量（mmol/g.h） 2 呼吸強度QO2：干菌體濃度攝氧率XrOXrQ:23 二氧化碳釋放率二氧化碳釋放率(CER, carbon dioxide evolution rate) 在單位時間、單位發(fā)

8、酵液體積內(nèi)細胞釋在單位時間、單位發(fā)酵液體積內(nèi)細胞釋放的二氧化碳量，叫二氧化碳釋放速率放的二氧化碳量，叫二氧化碳釋放速率或稱二氧化碳生成率，他可以有系統(tǒng)內(nèi)或稱二氧化碳生成率，他可以有系統(tǒng)內(nèi)二氧化碳的動態(tài)質(zhì)量平衡進行估算。這二氧化碳的動態(tài)質(zhì)量平衡進行估算。這一平衡為一平衡為二氧化碳在系統(tǒng)內(nèi)的變化等于二氧化碳在系統(tǒng)內(nèi)的變化等于在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的速率加上二氧化碳進入在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的速率加上二氧化碳進入系統(tǒng)的速率減去二氧化碳排出系統(tǒng)的速系統(tǒng)的速率減去二氧化碳排出系統(tǒng)的速率。率。4 呼吸商（呼吸商（RQ, respiration quotient) 二氧化碳釋放速率除以氧消耗速率所得到的二氧化碳釋放速率除以氧消

9、耗速率所得到的商叫商叫呼吸商。呼吸商。呼吸商是呼吸商是各種碳能源在發(fā)酵過各種碳能源在發(fā)酵過程中代謝狀況的指示值程中代謝狀況的指示值，在碳能源限制及供，在碳能源限制及供氧充分的情況下，各種碳能源都趨向完全氧氧充分的情況下，各種碳能源都趨向完全氧化?；?。22COOrRQr第二節(jié)第二節(jié) 微生物的生長速率微生物的生長速率一、比生長速率一、比生長速率1 均衡生長均衡生長 隨著細胞質(zhì)量的增加，細胞內(nèi)所有可隨著細胞質(zhì)量的增加，細胞內(nèi)所有可檢測的菌體組成物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、檢測的菌體組成物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、DNADNA、RNARNA等以相同比例增加。等以相同比例增加。2 非均衡生長 類似儲存物質(zhì)的積蓄過程及分批培養(yǎng)初

10、類似儲存物質(zhì)的積蓄過程及分批培養(yǎng)初期細胞組成物質(zhì)的非均衡快速合成情況等期細胞組成物質(zhì)的非均衡快速合成情況等則屬于非均衡生長。則屬于非均衡生長。均衡生長類似于一級自催化反應(yīng)，以菌體干重的增均衡生長類似于一級自催化反應(yīng)，以菌體干重的增加為基準的生長速率，加為基準的生長速率，即單位體積培養(yǎng)液中單位時即單位體積培養(yǎng)液中單位時間內(nèi)生成菌體的干重間內(nèi)生成菌體的干重與菌體濃度成正比。與菌體濃度成正比。rx = X = rx / X或或式中的比例系數(shù)式中的比例系數(shù) 稱為稱為比生長速率比生長速率 相對單位質(zhì)量干菌體單位時間內(nèi)增加的干菌體質(zhì)量；相對單位質(zhì)量干菌體單位時間內(nèi)增加的干菌體質(zhì)量；（g /g h）（1）生

11、物種的生物種的遺傳基因遺傳基因是決定比生長速率是決定比生長速率大小的大小的決定因素決定因素。細胞包含的遺傳信息越復(fù)雜，細胞越大，即細胞包含的遺傳信息越復(fù)雜，細胞越大，即越是高等生物，越是高等生物， 越小。越小。（2 2） 越大越大，說明這種微生物生長得，說明這種微生物生長得越越快快。3 3 特點特點：（4）在在分批培養(yǎng)的對數(shù)生長期分批培養(yǎng)的對數(shù)生長期， 一一般為般為常數(shù)常數(shù)。（3 3） 一般情況下微生物的一般情況下微生物的 并非常數(shù)并非常數(shù)。 因菌體所處的環(huán)境條件如溫度、因菌體所處的環(huán)境條件如溫度、pH pH 、培養(yǎng)基組成及濃度等不同而異。培養(yǎng)基組成及濃度等不同而異。若若 為常數(shù)，為常數(shù)，td

12、 與與 之間存在如下關(guān)系：之間存在如下關(guān)系：4 倍增時間（doubling time ; td）： 微微生物的細胞質(zhì)量（或數(shù)量）增大到生物的細胞質(zhì)量（或數(shù)量）增大到2倍倍所需的時間。所需的時間。對于二分分裂繁殖的微生物，倍增時間對于二分分裂繁殖的微生物，倍增時間約等于世代時間約等于世代時間 = ln2/td 0.693/td微生物 溫度() (h-1) td嗜熱脂肪芽孢桿菌嗜熱脂肪芽孢桿菌 60 5.0 8.4min硝化假單胞菌硝化假單胞菌 30 4.2 10min大腸桿菌大腸桿菌 40 2.0 21min產(chǎn)氣氣桿菌產(chǎn)氣氣桿菌 37 2.31.4 1830min枯草桿菌枯草桿菌 40 1.6

13、26min 黑曲霉黑曲霉 30 0.35 2h啤酒酵母啤酒酵母 30 0.170.35 24h 不同微生物的比生長速率和世代時間細菌的倍增時間一般0.251h，酵母約為1.152h，霉菌約為26.9h二、二、Monod生長動力學(xué)模型及其推廣生長動力學(xué)模型及其推廣1、Monod模型（1）溫度和）溫度和pH恒定時，恒定時， 隨培養(yǎng)基組分濃度變化而變化。隨培養(yǎng)基組分濃度變化而變化。（2） 若著眼于某一特定培養(yǎng)基組分的濃度若著眼于某一特定培養(yǎng)基組分的濃度S，并假設(shè)其，并假設(shè)其它培養(yǎng)基組分濃度不變，則它培養(yǎng)基組分濃度不變，則 是是S 的函數(shù)。的函數(shù)。 最著名的表達式是最著名的表達式是Monod提出的直角

14、雙曲線經(jīng)驗式：提出的直角雙曲線經(jīng)驗式：SKsSmaxMonod方程描述比生長速率的代表性模型比生長速率與基質(zhì)濃度的關(guān)系 max稱為稱為最大比生長速率（h-1） 是在是在SKs，且其它成分保持不變的情，且其它成分保持不變的情況下取得的。況下取得的。 S是限制性底物濃度是限制性底物濃度(g/L) Ks(半)飽和常數(shù)，Monod常數(shù) 代表當(dāng)微生物的生長速率等于最大比生代表當(dāng)微生物的生長速率等于最大比生長速率的一半時的底物濃度長速率的一半時的底物濃度(g/L；mol/m3)。 即當(dāng)即當(dāng) = max/2時，時， Ks =SKs 表示微生物對生長限制基質(zhì)的親和力， Ks 越大，親和力越小， 對S的變化越不

15、敏感。幾種微生物對底物的飽和常數(shù)幾種微生物對底物的飽和常數(shù)KsKs微生物微生物底物底物mg/LKs (10-5mol/L)埃希氏菌屬葡萄糖6.810-23.810-2埃希氏菌屬甘露醇2.01.1埃希氏菌屬乳糖2.0105.9曲霉屬 葡萄糖5.02.8假絲酵母屬甘油4.54.9酵母屬葡萄糖2.5101.410假單胞菌屬甲醇710-12.0假單胞菌屬甲烷410-12.6Monod方程是方程是典型的決定論均相非結(jié)構(gòu)模型典型的決定論均相非結(jié)構(gòu)模型；它是基于以下假；它是基于以下假設(shè)建立的：設(shè)建立的：1 1）菌株生長為均衡型非結(jié)構(gòu)式生長。）菌株生長為均衡型非結(jié)構(gòu)式生長。Monod方程成立的基本假設(shè)：2 2

16、）培養(yǎng)基中只有一種底物是生長限制性底物，其它營養(yǎng)成）培養(yǎng)基中只有一種底物是生長限制性底物，其它營養(yǎng)成分不影響微生物生長。分不影響微生物生長。3 3）將微生物生長視為簡單反應(yīng)，并假設(shè)菌體得率為常數(shù)，）將微生物生長視為簡單反應(yīng)，并假設(shè)菌體得率為常數(shù)，沒有動態(tài)滯后。沒有動態(tài)滯后。 MonodMonod方程與酶催化反應(yīng)的米氏方程形式方程與酶催化反應(yīng)的米氏方程形式一樣，但一樣，但MonodMonod方程完全是經(jīng)驗的，而米氏方方程完全是經(jīng)驗的，而米氏方程則是推導(dǎo)出來的。程則是推導(dǎo)出來的。 應(yīng)當(dāng)指出，該方程只適用于單基質(zhì)限制及應(yīng)當(dāng)指出，該方程只適用于單基質(zhì)限制及不存在抑制性基質(zhì)的情況，即除了被試驗的一不存在

17、抑制性基質(zhì)的情況，即除了被試驗的一種生長限制基質(zhì)外，其它必需營養(yǎng)基質(zhì)都是過種生長限制基質(zhì)外，其它必需營養(yǎng)基質(zhì)都是過量的，但這種過量又不致造成生長的抑制。量的，但這種過量又不致造成生長的抑制。 當(dāng)存在抑制劑或在培養(yǎng)基中有混合基質(zhì)時，當(dāng)存在抑制劑或在培養(yǎng)基中有混合基質(zhì)時，用修改后的用修改后的MonodMonod方程才能符合實驗數(shù)據(jù)。方程才能符合實驗數(shù)據(jù)。2、Monod模型的推廣1）包含維持代謝的生長動力學(xué)方程維持是指活細胞群體在沒有實質(zhì)性生長和繁殖（或者說生長是指活細胞群體在沒有實質(zhì)性生長和繁殖（或者說生長和死亡處于動態(tài)平衡狀態(tài)），也沒有胞外產(chǎn)物產(chǎn)生情況下的和死亡處于動態(tài)平衡狀態(tài)），也沒有胞外產(chǎn)物

18、產(chǎn)生情況下的生命活動，如細胞的運動、細胞內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運、細胞生命活動，如細胞的運動、細胞內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運、細胞物質(zhì)的更新等；這種生命活動僅僅是為了維持細胞生存的需物質(zhì)的更新等；這種生命活動僅僅是為了維持細胞生存的需要。要。 只消耗少量的營養(yǎng)物質(zhì)（能量）以維持菌體生命，只消耗少量的營養(yǎng)物質(zhì)（能量）以維持菌體生命，菌體數(shù)量和質(zhì)量并不增加的代謝過程稱為菌體數(shù)量和質(zhì)量并不增加的代謝過程稱為維持代謝。 供單位重量的細胞（干重）在單位時間內(nèi)進行維持代謝供單位重量的細胞（干重）在單位時間內(nèi)進行維持代謝所消耗的基質(zhì)量稱作所消耗的基質(zhì)量稱作維持因數(shù)（維持系數(shù)）。 維持因數(shù)的大小代表細胞能量代謝效率的高低；

19、維持因數(shù)維持因數(shù)的大小代表細胞能量代謝效率的高低；維持因數(shù)越大，表示能量代謝效率越低。越大，表示能量代謝效率越低。 一般來說，對于特定的菌株，特定的培養(yǎng)條件和特定的營一般來說，對于特定的菌株，特定的培養(yǎng)條件和特定的營養(yǎng)基質(zhì)，維持因數(shù)是個常數(shù)。養(yǎng)基質(zhì)，維持因數(shù)是個常數(shù)。bSKsSmax包含維持代謝的生長動力學(xué)方程：當(dāng)當(dāng)SSm=Ksb / ( max-b) 時，時， =0，即，即rx = 0 即有維持代謝時，表觀菌體得率即有維持代謝時，表觀菌體得率Yx/s= X/ S，只，只在在SSm時成立，而時成立，而SSm時時Yx/s= 0 有時高濃度的基質(zhì)會對細胞的生長產(chǎn)生抑制，即有時高濃度的基質(zhì)會對細胞的

20、生長產(chǎn)生抑制，即發(fā)生底物（基質(zhì)）抑制現(xiàn)象。如以醋酸為基質(zhì)培養(yǎng)產(chǎn)發(fā)生底物（基質(zhì)）抑制現(xiàn)象。如以醋酸為基質(zhì)培養(yǎng)產(chǎn)朊假絲酵母，以亞硝酸鹽為底物培養(yǎng)硝化桿菌等。朊假絲酵母，以亞硝酸鹽為底物培養(yǎng)硝化桿菌等。2）有底物抑制時的生長動力學(xué)方程：KiSSKs1maxKi 抑制常數(shù) 抑制劑對比生長速率的影響 3）有產(chǎn)物抑制時的生長動力學(xué)方程 如果微生物的某些代謝產(chǎn)物對細胞的生長有抑制作用，如果微生物的某些代謝產(chǎn)物對細胞的生長有抑制作用，即使這時限制性基質(zhì)濃度還相當(dāng)高，細胞的比生長速率也會即使這時限制性基質(zhì)濃度還相當(dāng)高，細胞的比生長速率也會隨著這種代謝產(chǎn)物的積累逐漸下降。隨著這種代謝產(chǎn)物的積累逐漸下降。 描述產(chǎn)物

21、抑制的動力學(xué)方程有多種，如：描述產(chǎn)物抑制的動力學(xué)方程有多種，如： P 產(chǎn)物濃度k1 、 k2、 k3 常數(shù)第第 三節(jié)三節(jié) 底底 物物 消消 耗耗 速速 率率一、比底物消耗速率一、比底物消耗速率生長得率（菌體得率） 表示發(fā)酵中微表示發(fā)酵中微生物的生長相對于基質(zhì)或能量消耗的效率。生物的生長相對于基質(zhì)或能量消耗的效率。生長得率有不同的表示方法；最常用的是生長得率有不同的表示方法；最常用的是以基質(zhì)消耗為基準的生長得率YX/S和和以氧消耗為基準的生長得率YX/O符 號 定 義 因 次 YX/S X /-S g細胞干重細胞干重/g基質(zhì)基質(zhì) or g細胞干重細胞干重/mol基質(zhì)基質(zhì)YX/O X/-O2 g細

22、胞干重細胞干重/gO2 or g細胞干重細胞干重/mol O2YATP X/ ATP g細胞干重細胞干重/mol ATP生長得率的各種表示方法 不同的微生物、不同的培養(yǎng)基、采用不同的培養(yǎng)條件，不同的微生物、不同的培養(yǎng)基、采用不同的培養(yǎng)條件，在不同的生長速率下，所獲得的生長得率是不同的。即使同在不同的生長速率下，所獲得的生長得率是不同的。即使同一種微生物，在同一培養(yǎng)基和同一培養(yǎng)條件下，不同的培養(yǎng)一種微生物，在同一培養(yǎng)基和同一培養(yǎng)條件下，不同的培養(yǎng)階段生長得率也不相同。階段生長得率也不相同。一些微生物在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中通氣培養(yǎng)時的生長得率微生物微生物 基質(zhì)基質(zhì) YX/SAerobacter aerog

23、enes（氣乳桿菌）麥芽糖0.46葡萄糖0.40核糖0.35甘油0.45Candida utilis（產(chǎn)朊假絲酵母）葡萄糖0.51醋酸0.36乙醇0.68Methylomonas methanolico甲醇0.48Penicillium chrysogenum葡萄糖0.43Pseudomonas fluorescens葡萄糖0.45XYYrrsXsXXs/ 底物消耗速率可通過菌體得率（生長得底物消耗速率可通過菌體得率（生長得率）與菌體生長速率關(guān)聯(lián)起來。率）與菌體生長速率關(guān)聯(lián)起來。r rs s底物消耗速率：單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)消耗的：單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)消耗的底物的量。底物的量。底物

24、消耗的快慢也常用底物消耗的快慢也常用比底物消耗速率Qs (g/gh)表示表示比底物消耗速率Qs 相對單位質(zhì)量干菌相對單位質(zhì)量干菌體單位時間內(nèi)的底物消耗量。體單位時間內(nèi)的底物消耗量。 Qs = rs / X根據(jù)前兩式得：根據(jù)前兩式得：Qs = / Y X/s若若 可用可用MonodMonod方程表示，得方程表示，得SKsSQsSKsSYQssXmax/maxQsQsmaxmax 最大比底物消耗速率最大比底物消耗速率Y X/S 為一定時間內(nèi)生成菌體的干質(zhì)量與完全消耗于菌體為一定時間內(nèi)生成菌體的干質(zhì)量與完全消耗于菌體生長的底物質(zhì)量之比。表示生長的底物質(zhì)量之比。表示無維持代謝時的菌體得率; 也即也即最

25、大菌體得率m 維持因數(shù) 是培養(yǎng)基組成、是培養(yǎng)基組成、pH、溫度等的函數(shù)、溫度等的函數(shù) 對于像氮源、無機鹽及維生素等可作為菌體組成成分而不對于像氮源、無機鹽及維生素等可作為菌體組成成分而不能作為能源的營養(yǎng)物，菌體得率能作為能源的營養(yǎng)物，菌體得率Y YX/SX/S基本上恒定，前式能很好基本上恒定，前式能很好地適用。地適用。 當(dāng)?shù)孜锛仁悄茉从质翘荚磿r，就必須考慮維持代謝。當(dāng)?shù)孜锛仁悄茉从质翘荚磿r，就必須考慮維持代謝。 對于能源的消耗速率的物料衡算為：對于能源的消耗速率的物料衡算為：二、包含維持代謝的底物消耗速率模型能源總消耗速率 = 用于生長的能源消耗速率 + 用于維持代謝的能源消耗速率三、氧消耗速

26、率三、氧消耗速率 氧作為一種底物不可能被菌體單獨消耗，必然在需氧培氧作為一種底物不可能被菌體單獨消耗，必然在需氧培養(yǎng)過程中隨著能源底物的消耗而消耗。養(yǎng)過程中隨著能源底物的消耗而消耗。 單位體積培養(yǎng)液中菌體在單位時間內(nèi)攝取（消耗）氧的單位體積培養(yǎng)液中菌體在單位時間內(nèi)攝?。ㄏ模┭醯牧糠Q為量稱為攝氧率 (OUR), 用用rO2表示。表示。 rO2與菌體濃度之比，即與菌體濃度之比，即比氧消耗速率QO2，也稱為，也稱為呼吸速率或或呼吸強度。（單位質(zhì)量的干菌體在單位時間內(nèi)消耗氧。（單位質(zhì)量的干菌體在單位時間內(nèi)消耗氧的量）的量）第第 四四 節(jié)節(jié) 代代 謝謝 產(chǎn)產(chǎn) 物物 生生 成成 速速 率率一、代謝產(chǎn)物生

27、成速率一、代謝產(chǎn)物生成速率 微生物反應(yīng)生成的代謝產(chǎn)物范圍非常廣，在合成途徑微生物反應(yīng)生成的代謝產(chǎn)物范圍非常廣，在合成途徑及代謝調(diào)節(jié)機理上，各具不同特征，無法用統(tǒng)一方式表示及代謝調(diào)節(jié)機理上，各具不同特征，無法用統(tǒng)一方式表示這些產(chǎn)物的生產(chǎn)速率。這些產(chǎn)物的生產(chǎn)速率。 與菌體生長速率和底物消耗速率相同，代謝產(chǎn)物的生與菌體生長速率和底物消耗速率相同，代謝產(chǎn)物的生成速率也有兩種不同的表示方式：成速率也有兩種不同的表示方式：代謝產(chǎn)物生成速率 單位體積培養(yǎng)液中單位時間內(nèi)的產(chǎn)單位體積培養(yǎng)液中單位時間內(nèi)的產(chǎn)物生成量。物生成量。rp (g/Lh)(g/Lh)比代謝產(chǎn)物生成速率 相對于單位質(zhì)量干菌體在單位時相對于單位

28、質(zhì)量干菌體在單位時間內(nèi)的代謝產(chǎn)物生成量。間內(nèi)的代謝產(chǎn)物生成量。 QpQp (g/gh) (g/gh) Qp = rp / X r rp p與菌體濃度與菌體濃度X X有關(guān)，是反應(yīng)器設(shè)計時的一個重要參數(shù)有關(guān)，是反應(yīng)器設(shè)計時的一個重要參數(shù) Q Qp p與菌體濃度無關(guān)，表示細胞合成代謝產(chǎn)物的活性大小；與菌體濃度無關(guān)，表示細胞合成代謝產(chǎn)物的活性大?。豢衫闷涠勘容^不同微生物的生物合成活性，從而有效篩可利用其定量比較不同微生物的生物合成活性，從而有效篩選優(yōu)良菌株。選優(yōu)良菌株。 COCO2 2雖然不是目的產(chǎn)物，但卻是微生物反應(yīng)中幾乎必然生雖然不是目的產(chǎn)物，但卻是微生物反應(yīng)中幾乎必然生成的副代謝產(chǎn)物。成的副

29、代謝產(chǎn)物。二氧化碳釋放速率(CER) 單位體積培養(yǎng)液在單位時間單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)的內(nèi)的COCO2 2釋放量；用釋放量；用r rCOCO2 2 (g/Lh)(g/Lh)表示。表示。比二氧化碳生成率 相對于單位質(zhì)量干菌體在單位時相對于單位質(zhì)量干菌體在單位時間內(nèi)的間內(nèi)的COCO2 2生成量；用生成量；用Q QCOCO2 2 （g/ghg/gh）表示。）表示。 對于需氧型微生物反應(yīng)，對于需氧型微生物反應(yīng)，CO2的生成量與的生成量與O2的消耗量之的消耗量之比稱為比稱為呼吸商，用，用RQ表示：表示： RQ = CO2/(- O2) = CER/OUR RQ常用于基本上停止生長的休眠或靜止細胞的呼吸

30、生理學(xué)研究中。二、代謝產(chǎn)物合成二、代謝產(chǎn)物合成 的動力學(xué)類型的動力學(xué)類型類型：生長關(guān)聯(lián)型 特點： 菌體生長、基質(zhì)消耗和產(chǎn)物合成大體上呈正比關(guān)系（菌菌體生長、基質(zhì)消耗和產(chǎn)物合成大體上呈正比關(guān)系（菌體生長、碳源利用和產(chǎn)物形成幾乎都在相同的時間出現(xiàn)高體生長、碳源利用和產(chǎn)物形成幾乎都在相同的時間出現(xiàn)高峰，即表現(xiàn)出產(chǎn)物形成直接與碳源利用有關(guān)）峰，即表現(xiàn)出產(chǎn)物形成直接與碳源利用有關(guān)） 例 由碳源直接氧化進行的初級代謝物的生產(chǎn)；產(chǎn)物的積累由碳源直接氧化進行的初級代謝物的生產(chǎn)；產(chǎn)物的積累與菌體增長相平行，并與碳源消耗有準量關(guān)系。如酒精、乳與菌體增長相平行，并與碳源消耗有準量關(guān)系。如酒精、乳酸、酸、 - -酮戊

31、二酸等。酮戊二酸等。 動力學(xué) 可表示為：可表示為： dP/dt = X 類型 為生長關(guān)聯(lián)型產(chǎn)物的形成比為生長關(guān)聯(lián)型產(chǎn)物的形成比率（率（g g產(chǎn)物產(chǎn)物/g/g菌體）菌體）比產(chǎn)物合成速率 Qp = dP/Xdt = 由此可見，產(chǎn)物的由此可見，產(chǎn)物的合成速度合成速度（dP/dt）與）與比生長速率和菌比生長速率和菌體濃度成正比體濃度成正比；產(chǎn)物的；產(chǎn)物的比合成速率比合成速率（Qp）僅與）僅與比生長速率比生長速率成正比成正比。 對于生長關(guān)聯(lián)型產(chǎn)物來說，應(yīng)通過獲得對于生長關(guān)聯(lián)型產(chǎn)物來說，應(yīng)通過獲得高比生長速率來高比生長速率來提高產(chǎn)物合成的速度提高產(chǎn)物合成的速度。 類型第一階段為菌體生長階段，菌體生長與基質(zhì)

32、消耗成正比，但無第一階段為菌體生長階段，菌體生長與基質(zhì)消耗成正比，但無產(chǎn)物生成；產(chǎn)物生成； 第二階段為產(chǎn)物合成階段，產(chǎn)物合成、菌體生長和基質(zhì)消耗成第二階段為產(chǎn)物合成階段，產(chǎn)物合成、菌體生長和基質(zhì)消耗成正比，但菌體生長量比前一階段要小得多；正比，但菌體生長量比前一階段要小得多；菌體生長和產(chǎn)物合成是分開的，糖分既供應(yīng)生長的能量，又菌體生長和產(chǎn)物合成是分開的，糖分既供應(yīng)生長的能量，又充作產(chǎn)物合成的碳源。發(fā)酵過程中有兩個時期對糖的利用最充作產(chǎn)物合成的碳源。發(fā)酵過程中有兩個時期對糖的利用最為迅速，一個是最高生長時期，另一個是最大產(chǎn)物合成時期。為迅速，一個是最高生長時期，另一個是最大產(chǎn)物合成時期。類型：部

33、分生長關(guān)聯(lián)型 發(fā)酵過程可分為兩個階段： 動力學(xué) 可表示為：可表示為： dP/dt = X + X Qp = dP/Xdt = + 為非生長關(guān)聯(lián)型產(chǎn)物形成常數(shù)為非生長關(guān)聯(lián)型產(chǎn)物形成常數(shù) 產(chǎn)物形成的速度分別受生長關(guān)聯(lián)型和非生長關(guān)聯(lián)常數(shù)產(chǎn)物形成的速度分別受生長關(guān)聯(lián)型和非生長關(guān)聯(lián)常數(shù) 和和 的影響。的影響。 檸檬酸和一些氨基酸的生產(chǎn)屬此類檸檬酸和一些氨基酸的生產(chǎn)屬此類類型：非生長關(guān)聯(lián)型 產(chǎn)物為次級代謝產(chǎn)物；產(chǎn)物為次級代謝產(chǎn)物； 特征是產(chǎn)物合成與碳源利用無準量關(guān)系；特征是產(chǎn)物合成與碳源利用無準量關(guān)系； 通常產(chǎn)物合成在菌體生長停止及底物耗完后才開始通常產(chǎn)物合成在菌體生長停止及底物耗完后才開始 分兩階段：分

34、兩階段：第一階段，菌體生長占主導(dǎo)，生長和基質(zhì)消耗間成正比第一階段，菌體生長占主導(dǎo)，生長和基質(zhì)消耗間成正比關(guān)系，沒有或只有少量產(chǎn)物合成；關(guān)系，沒有或只有少量產(chǎn)物合成；第二階段，以產(chǎn)物合成為主，只有少量生長（甚至不生第二階段，以產(chǎn)物合成為主，只有少量生長（甚至不生長或負生長）和少量基質(zhì)消耗。長或負生長）和少量基質(zhì)消耗。 動力學(xué)動力學(xué) dP/dt = X Qp = dP/Xdt = 抗生素、維生素等的生產(chǎn)屬此類型抗生素、維生素等的生產(chǎn)屬此類型 （土霉素、氯霉素、桿菌肽例外（土霉素、氯霉素、桿菌肽例外）產(chǎn)物形成速度只同已有的菌體量有關(guān)，而比生長速率對產(chǎn)物合成速率產(chǎn)物形成速度只同已有的菌體量有關(guān)，而比生

35、長速率對產(chǎn)物合成速率沒有直接影響。沒有直接影響。受菌種的影響：呼吸強度不同、細胞的組成。受菌種的影響：呼吸強度不同、細胞的組成。受碳源種類的影響受碳源種類的影響受產(chǎn)物的影響受產(chǎn)物的影響( (當(dāng)有細胞外產(chǎn)物如青霉素）當(dāng)有細胞外產(chǎn)物如青霉素）Darlington,1964,酵母成分表示為酵母成分表示為 C3.92H6.5O1.94從碳氫化合物和碳水化合物生成酵母的反應(yīng)可用下式表示：從碳氫化合物和碳水化合物生成酵母的反應(yīng)可用下式表示：7.4CH2+6.135O2=C3.92H6.5O1.94+3.22CO2+3.98H2O6.67CH2O+2.1O2=C3.92H6.5O1.94+2.75CO2+3

36、.42H2O碳源的性質(zhì)決定著發(fā)酵的需氧量碳源的性質(zhì)決定著發(fā)酵的需氧量。第五節(jié) KLa（體積溶氧系數(shù)體積溶氧系數(shù)）的測定影響因素Qo2為比耗氧速率為比耗氧速率/呼吸強度呼吸強度mol/（kg干細胞干細胞.s). (Qo2)M 為最為最大比耗氧速率；大比耗氧速率；X為菌體濃度為菌體濃度(kg干細胞干細胞/m3);YG: 單位質(zhì)量單位質(zhì)量的底物生成細胞的得率的底物生成細胞的得率.YP:單位質(zhì)量的底物生成產(chǎn)物的得率。單位質(zhì)量的底物生成產(chǎn)物的得率。耗氧速率耗氧速率 r = Qo2X(mol/m3.s)臨界溶氧濃度：臨界溶氧濃度：當(dāng)培養(yǎng)基中不存在其它限制性基質(zhì)時，不影當(dāng)培養(yǎng)基中不存在其它限制性基質(zhì)時，不影

37、響好氧性微生物繁殖的最低的溶解氧的濃度。一般為飽和濃響好氧性微生物繁殖的最低的溶解氧的濃度。一般為飽和濃度的度的1-25%1-25%。飽和溶氧濃度飽和溶氧濃度: : 該溫度下的氧的溶解度。該溫度下的氧的溶解度。氧的飽滿度氧的飽滿度：溶解氧的濃度與臨界氧濃度之比。：溶解氧的濃度與臨界氧濃度之比。培養(yǎng)的目的不同，選取不同的供氧條件培養(yǎng)的目的不同，選取不同的供氧條件獲取細胞本身獲取細胞本身：保持溶解氧的濃度高于臨界溶氧濃度。從：保持溶解氧的濃度高于臨界溶氧濃度。從而滿足微生物的最大需氧而得到最高的微生物的細胞產(chǎn)量。而滿足微生物的最大需氧而得到最高的微生物的細胞產(chǎn)量。以獲得細胞代謝產(chǎn)物為目的以獲得細胞

38、代謝產(chǎn)物為目的，溶氧對代謝產(chǎn)物影響有不同，溶氧對代謝產(chǎn)物影響有不同的情況的情況代謝產(chǎn)物的生成的代謝產(chǎn)物的生成的最佳需氧量最佳需氧量與與細胞生長的最佳需氧量相細胞生長的最佳需氧量相同同。 采用采用供養(yǎng)的濃度大于臨界溶氧濃度供養(yǎng)的濃度大于臨界溶氧濃度。代謝產(chǎn)物的生成的代謝產(chǎn)物的生成的最佳需氧量比細胞生長的最佳需氧量高最佳需氧量比細胞生長的最佳需氧量高。盡可能的盡可能的提高供氧濃度提高供氧濃度。脯氨酸、谷氨酸、賴氨酸、蘇氨酸。脯氨酸、谷氨酸、賴氨酸、蘇氨酸等。等。代謝產(chǎn)物的生成的代謝產(chǎn)物的生成的最佳需氧量最佳需氧量比比細胞生長的最佳需氧量低細胞生長的最佳需氧量低。使氧的滿足度小于使氧的滿足度小于1

39、1，如苯丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、頭孢，如苯丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、頭孢霉素的生產(chǎn)。霉素的生產(chǎn)。好氧微生物只能利用溶解態(tài)的氧，發(fā)酵過程中不斷地通過通風(fēng)好氧微生物只能利用溶解態(tài)的氧，發(fā)酵過程中不斷地通過通風(fēng)和攪拌，使氣態(tài)中的氧經(jīng)過一系列的傳遞步驟到液相。和攪拌，使氣態(tài)中的氧經(jīng)過一系列的傳遞步驟到液相。氣氣液相間的氧傳遞液相間的氧傳遞從氣泡中的氣相擴散通過氣膜到氣液界面；從氣泡中的氣相擴散通過氣膜到氣液界面；通過氣液界面；通過氣液界面；從氣液界面擴散通過氣泡的液膜到液相主體；從氣液界面擴散通過氣泡的液膜到液相主體；液相溶解氧的傳遞；液相溶解氧的傳遞；從液相主體擴散通過包圍細胞的液膜到大細從液相主體擴

40、散通過包圍細胞的液膜到大細胞表面；胞表面；氧通過細胞壁；氧通過細胞壁；微生物細胞內(nèi)氧的傳遞；微生物細胞內(nèi)氧的傳遞；通常通常和和步傳遞阻力最大，是整個過程的控制步驟步傳遞阻力最大，是整個過程的控制步驟描述氧傳遞的模型有三種：雙膜理論、滲透擴散理描述氧傳遞的模型有三種：雙膜理論、滲透擴散理論和表面更新理論。其中以雙膜理論應(yīng)用最廣泛。論和表面更新理論。其中以雙膜理論應(yīng)用最廣泛。1 1 雙膜理論基本論點是：雙膜理論基本論點是：（1 1）在氣液兩個流體相間存在著界面，在界面兩旁）在氣液兩個流體相間存在著界面，在界面兩旁具有兩層穩(wěn)定的薄膜，即氣膜與液膜。這兩層穩(wěn)定具有兩層穩(wěn)定的薄膜，即氣膜與液膜。這兩層穩(wěn)

41、定的薄膜在任何流動體力學(xué)條件下，均呈滯流狀態(tài)。的薄膜在任何流動體力學(xué)條件下，均呈滯流狀態(tài)。（2 2）在氣液界面上，兩相的濃度總是相互平衡（空）在氣液界面上，兩相的濃度總是相互平衡（空氣中氧的濃度與溶解在液體中的氧濃度處于平衡狀氣中氧的濃度與溶解在液體中的氧濃度處于平衡狀態(tài)），即界面上不存在氧傳遞的阻力。態(tài)），即界面上不存在氧傳遞的阻力。（3 3）在兩膜以外的氣液兩相的主流中，由于流體充）在兩膜以外的氣液兩相的主流中，由于流體充分流動，氧的濃度基本上是均勻的，也就是無任何分流動，氧的濃度基本上是均勻的，也就是無任何傳質(zhì)阻力，因此，氧由于氣相主體到液相主體所遇傳質(zhì)阻力，因此，氧由于氣相主體到液相主

42、體所遇阻力僅存在于兩層滯流膜中。阻力僅存在于兩層滯流膜中。氣體溶解過程：雙膜理論氣體溶解過程：雙膜理論氣氣液界面液界面氣膜動力：氣膜動力：P-Pi液膜動力：液膜動力：Ci-CL阻力：阻力：1/kG阻力：阻力：1/kL氣體擴散方向氣體擴散方向氣氣膜膜液液膜膜CiCL空氣空氣泡泡PO2PPi發(fā)發(fā)酵酵液液*AGLLNKppKcc NA：氧傳遞速率；：氧傳遞速率；p，pi氣相中和氣液界面處氧的分壓；氣相中和氣液界面處氧的分壓；CL，Ci：液相中和氣液界面處氧的濃度；液相中和氣液界面處氧的濃度；kG：氣膜傳質(zhì)系數(shù)；：氣膜傳質(zhì)系數(shù)；kL：液膜傳質(zhì)：液膜傳質(zhì)系數(shù)；系數(shù)；KG：以氧分壓差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)；

43、：以氧分壓差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)；KL：以氧濃度差為推動：以氧濃度差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)；力的總傳質(zhì)系數(shù)；p*：與液相中氧濃度：與液相中氧濃度c相平衡時的氧分壓；相平衡時的氧分壓； C*：與氣相中氧分壓與氣相中氧分壓p達平衡的氧的溶解度；達平衡的氧的溶解度；上式使用不便，改用總傳質(zhì)系數(shù)、總推動力表示：上式使用不便，改用總傳質(zhì)系數(shù)、總推動力表示：內(nèi)界面面積：內(nèi)界面面積：a；單位：；單位：m2/m31LLGLdCNK a ccK a p pK ap pdtHKa：體積溶氧系數(shù)，溶氧速率方程為：體積溶氧系數(shù)，溶氧速率方程為：N：氧的傳遞速率：氧的傳遞速率kmol/（m3h）； KLa：以濃度差為動力

44、的體積溶氧系數(shù)（：以濃度差為動力的體積溶氧系數(shù)（h-1）；）； KGa：以分壓差為動力的體積溶氧系數(shù)：以分壓差為動力的體積溶氧系數(shù)kmol/（m3hM pa）；cL：發(fā)酵液中氧濃度（：發(fā)酵液中氧濃度（kmol/m3）；）； c*：與氣相中氧分壓：與氣相中氧分壓p平衡的發(fā)酵液氧濃度（平衡的發(fā)酵液氧濃度（kmol/m3）；）； p：氣相中氧分壓（：氣相中氧分壓（M Pa）；）； p*：與液相中氧濃度：與液相中氧濃度c平衡的氧分壓（平衡的氧分壓（M Pa）；）； H：亨利常數(shù)（：亨利常數(shù)（m3M Pa/kmol）四、四、 kLa的測定方法的測定方法亞硫酸鹽氧化法亞硫酸鹽氧化法 取樣極譜法取樣極譜法物

45、料衡算法物料衡算法排氣法排氣法復(fù)膜電極法復(fù)膜電極法三、溶氧的測定方法三、溶氧的測定方法化學(xué)法化學(xué)法極譜法極譜法復(fù)膜氧電極法復(fù)膜氧電極法壓力法壓力法1 亞硫酸鹽氧化法亞硫酸鹽氧化法（1） 原理原理 利用亞硫酸根在銅或鎂離子作為接觸劑時被利用亞硫酸根在銅或鎂離子作為接觸劑時被氧迅速氧化的特性來估計發(fā)酵設(shè)備的通氣效果。氧迅速氧化的特性來估計發(fā)酵設(shè)備的通氣效果。 當(dāng)亞硫酸鹽濃度為當(dāng)亞硫酸鹽濃度為0.0180.47mol/L，溫度，溫度2045之間時，與氧反應(yīng)的速度幾乎不變，用之間時，與氧反應(yīng)的速度幾乎不變，用碘量法測定未經(jīng)氧化的亞硫酸鈉，便可根據(jù)亞硫碘量法測定未經(jīng)氧化的亞硫酸鈉，便可根據(jù)亞硫酸鈉的氧化

46、量來求得氧的溶解量。酸鈉的氧化量來求得氧的溶解量。22232422uCSOOSOIOSIOS22642232ISOISO224223操作操作反應(yīng)原理：反應(yīng)原理：剩余的亞硫酸根與過量的碘反應(yīng)：剩余的亞硫酸根與過量的碘反應(yīng)：再用再用Na2S2O3滴定剩余的碘：滴定剩余的碘： 將一定溫度（將一定溫度（2045）的自來水加入實驗罐，加入化）的自來水加入實驗罐，加入化學(xué)純的學(xué)純的Na2SO3晶體，使亞硫酸根約為晶體，使亞硫酸根約為1M，再加化學(xué)純的，再加化學(xué)純的CuSO4晶體，使晶體，使Cu2+濃度約為濃度約為10-9 M，待完全溶解后，開，待完全溶解后，開閥通氣，空氣閥一開就接近預(yù)定流量。當(dāng)氣泡從噴管

47、中冒閥通氣，空氣閥一開就接近預(yù)定流量。當(dāng)氣泡從噴管中冒出的同時，立即計時出的同時，立即計時,氧化時間控制在氧化時間控制在520min。（2）計算方法）計算方法:23224OOSNa41000CnNStP223:nNa S O為兩次滴定所耗之差mL；即可得到溶氧系數(shù)。值代入將所得的CCKNNL*N：體積溶氧系數(shù)：體積溶氧系數(shù)S：取樣量：取樣量C：硫代硫酸鈉濃度：硫代硫酸鈉濃度mol/Lt：兩次取樣的時間間隔：兩次取樣的時間間隔P：發(fā)酵罐的罐壓：發(fā)酵罐的罐壓實驗前后各用移液管取實驗前后各用移液管取10100mL樣液，立即移入新吸樣液，立即移入新吸取的過量標準碘液中，以淀粉為指示劑，用取的過量標準碘

48、液中，以淀粉為指示劑，用Na2S2O3標準標準液滴定至終點液滴定至終點2 取樣極譜法取樣極譜法 原理：當(dāng)電壓為原理：當(dāng)電壓為0.61.0V時，其擴散電流的大時，其擴散電流的大小隨液體中溶解氧的濃度呈正比變化。小隨液體中溶解氧的濃度呈正比變化。操作：將從發(fā)酵罐中取操作：將從發(fā)酵罐中取出的樣品置入極譜儀的出的樣品置入極譜儀的電池中，并記下隨時間電池中，并記下隨時間而下降的發(fā)酵液中的氧而下降的發(fā)酵液中的氧濃度濃度CL的數(shù)值的數(shù)值KLa=Qo2X/ C*-CL =斜率斜率/ C*-CL 驅(qū)出溶解氧，開始通氣后，驅(qū)出溶解氧，開始通氣后，在被測定的發(fā)酵罐中用氮氣在被測定的發(fā)酵罐中用氮氣定時取樣，用極譜儀測

49、出溶定時取樣，用極譜儀測出溶氧濃度氧濃度dc/dt=KLa (C*-CL)Ln(C*-CL)=-KLa t+常數(shù)常數(shù)KLa2.303斜率斜率3 排氣法排氣法C*4 復(fù)膜電極測定復(fù)膜電極測定 和和 氧分析儀測定氧分析儀測定 原理：原理：用能透過氧分子的薄膜將電極系統(tǒng)與用能透過氧分子的薄膜將電極系統(tǒng)與被測定溶液分離開來，避免外界溶液的性質(zhì)及通被測定溶液分離開來，避免外界溶液的性質(zhì)及通風(fēng)攪拌所引起的湍動對測定的影響。風(fēng)攪拌所引起的湍動對測定的影響。2*tdc()()dtLLOK a ccQc XLK a測定發(fā)酵液中溶解氧濃度、菌的好氧率測定發(fā)酵液中溶解氧濃度、菌的好氧率r及溶氧系數(shù)及溶氧系數(shù)該式可寫

50、成該式可寫成:2*1()()LOLdccQc XcK adt 2121122()OLccrQc Xtdcccdtt5 溶氧系數(shù)的換算溶氧系數(shù)的換算:aKL:aKGMPahmKmol31h以氧濃度差作為動力的傳質(zhì)系數(shù)；以氧濃度差作為動力的傳質(zhì)系數(shù)；以氧分壓差作為動力的傳質(zhì)系數(shù)；以氧分壓差作為動力的傳質(zhì)系數(shù)；:dK:VK以大氣壓作為動力來討論的傳質(zhì)系數(shù)；以大氣壓作為動力來討論的傳質(zhì)系數(shù)；MPamlmolmin以壓力差作為動力的溶氧系數(shù)；體積吸收系數(shù)以壓力差作為動力的溶氧系數(shù)；體積吸收系數(shù)MPahmKmol3（1） KV與與Kd的換算的換算:MPamlmolOKKKVVdmin10667. 1601

51、0102563（2）KLa與與KGa的換算的換算:*PPKCCKNGL2*105. 02 . 0021. 0mmolOLMPaCCPPKKGL251005.1molOmlMPa在標準狀況（在標準狀況（0.101M Pa，25）下飽和溶氧濃度為：）下飽和溶氧濃度為：0.2 mmol O.2 /L，氧分壓為，氧分壓為0.021M Pa 。（3）kd與與 KLa、KGa換算：換算：aKKGd021. 0MPamlmolOKKGdmin1060021. 02351005. 1aKaKLGKL：Kd是以大氣壓為動力的溶氧系數(shù)。根據(jù)氣體分壓定律，是以大氣壓為動力的溶氧系數(shù)。根據(jù)氣體分壓定律，其中對溶氧有貢

52、獻的僅是氧分壓部分，即其中對溶氧有貢獻的僅是氧分壓部分，即KLa：再根據(jù)其單位進行換算：再根據(jù)其單位進行換算：若直接以氧分壓為推動力，在計算時就不要若直接以氧分壓為推動力，在計算時就不要0.021 。MPamlmolOaKKLdmin1005. 160021. 028第第 六六 節(jié)節(jié) 動動 力力 學(xué)學(xué) 參參 數(shù)數(shù) 的的 確確 定定 動力學(xué)參數(shù)即動力學(xué)參數(shù)即動力學(xué)方程中代表發(fā)酵過程特性值的常動力學(xué)方程中代表發(fā)酵過程特性值的常數(shù)項數(shù)項； 確定這些參數(shù)，靠的是確定這些參數(shù)，靠的是嚴密的實驗數(shù)據(jù)嚴密的實驗數(shù)據(jù)； 應(yīng)準確、可靠、具有重現(xiàn)性應(yīng)準確、可靠、具有重現(xiàn)性 目前由于發(fā)酵檢測手段的缺乏和檢測精度的不足，影響了數(shù)目前由于發(fā)酵檢測手段的缺乏和檢測精度的不足，影響了數(shù)學(xué)模型的精確度，限制了其在生產(chǎn)上的應(yīng)用；學(xué)模型的精確度，限制了其在生產(chǎn)上的應(yīng)用； 確定動力學(xué)參數(shù)的具體方法，是確定動力學(xué)參數(shù)的具體方法，是使動力學(xué)方程與實驗數(shù)據(jù)擬合；直線擬合相對簡單，下面舉例說明其應(yīng)用直線擬合相對簡單，下面舉例說明其應(yīng)用通常有通常有直線擬合和和曲線擬合兩種兩種；最大比生長速率max和常數(shù)Ks的確定SKsSmax Monod方程兩邊取倒數(shù)，得：兩邊取倒數(shù)，得：maxmax111SKs 在在1/1/ 對對1/S1/S坐標上