生化反應(yīng)工程的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，以研究發(fā)酵過(guò)程的反應(yīng)速率和環(huán)境因素對(duì)速率的影響為主要內(nèi)容。通過(guò)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究，可進(jìn)一步了解微生物的生理特征，菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的合適條件，以及各種發(fā)酵參數(shù)之間的關(guān)系，為發(fā)酵過(guò)程的工藝控制、發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)放大和用計(jì)算機(jī)對(duì)發(fā)酵過(guò)程的控制創(chuàng)造條件。
在發(fā)酵中同時(shí)存在著菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成兩個(gè)過(guò)程，它們都需要消耗培養(yǎng)基中的基質(zhì)，因此有各自的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式，但它們之間是有相互聯(lián)系的，都是以菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的。所謂菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)是以研究菌體濃度、限制性基質(zhì)（培養(yǎng)基中含量最少的基質(zhì)，其他組分都是過(guò)量的）濃度、抑制劑濃度、溫度和pH等對(duì)菌體生長(zhǎng)速率的影響為內(nèi)容的。在分批發(fā)酵中，菌體濃度X，產(chǎn)物濃度P和限制性基質(zhì)濃度S均隨時(shí)間t變化（圖1）。
菌體生長(zhǎng)可分遲滯、對(duì)數(shù)、減速、靜止、衰退等五個(gè)時(shí)期。其中菌體的主要生長(zhǎng)期是對(duì)數(shù)期，它的特點(diǎn)是：
式中μ為比生長(zhǎng)率，即單位菌體單位時(shí)間內(nèi)的菌體生長(zhǎng)量，當(dāng)基質(zhì)濃度S下降至一定值后，μ值即隨之下降（圖2），即進(jìn)入減速期；隨著基質(zhì)濃度繼續(xù)下降，菌體的衰老死亡逐步與生長(zhǎng)平衡以至超過(guò)生長(zhǎng)，也即進(jìn)入靜止和衰退期。
J.莫諾于1949年提出了一個(gè)μ與S間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，此式被稱莫諾方程式：
式中μm為最大比生長(zhǎng)速率， 即不因基質(zhì)濃度變化而改變的最大μ值;Ks為飽和常數(shù)，即在數(shù)量上相當(dāng)于μ=0.5μm時(shí)的S值。Ks值愈小，說(shuō)明在低基質(zhì)濃度范圍中，S對(duì)μ愈為敏感，而保持μm的臨界S值愈低。在一般情況下，當(dāng)S＞10Ks時(shí)，μ＝μm 當(dāng)
時(shí)，μ＝(μm/Ks)S。產(chǎn)物的形成常與菌體的生長(zhǎng)或濃度有關(guān)，典型的關(guān)聯(lián)式為：
式中α、β為常數(shù)；qP為比產(chǎn)物形成速率。在限制性基質(zhì)的消耗和菌體生長(zhǎng)間常用下式表示： 
式中YG為菌體得率常數(shù);1/YG則為單純用于合成單位菌體所耗用的基質(zhì)量；m為維持系數(shù)，即單位菌體、單位時(shí)間內(nèi)耗用于菌體維持生命活動(dòng)的基質(zhì)量；qS為比限制性基質(zhì)消耗速率。
若在菌體生長(zhǎng)時(shí)還伴有產(chǎn)物形成，則
式中YP為產(chǎn)物得率系數(shù)；1/YP則為單純用于合成單位產(chǎn)物所耗用的基質(zhì)量。
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