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微生物发酵是指利用微生物,在适宜的条件下,将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。分批培养是最为简单的发酵过程,由于操作简单,周期短,染菌机会少,生产过程和产品质量容易掌握,是目前广泛采用的一种发酵方式。发酵动力学是发酵工程学的一个重要组成部分,是定量研究菌体生长,产物合成和底物消耗之间关系的一门学科。它研究各种发酵过程中变量在活细胞作用下的变化规律,以及各种发酵条件对这些变量变化速度的影响。通过发酵动力学的研究,有助于我们更加深入地认识和掌握发酵过程,为工业发酵的模拟、优化和控制打下良好的理论基础。
本文研究了微生物菌体在两种底物分批培养作用下的自适应生长动力学特性。全文共分三个章节。
第一章简要介绍了微生物发酵的基本背景以及发酵动力学的基本概念和常见模型,并简要介绍了本文的研究工作。
第二章中,我们首先建立了两种底物分批培养的基本动力学方程(2.1),(2.2)和(2.3),在此基础上,根据菌体生长依赖于底物与菌体浓度比值的事实,提出了自适应生长的观点。通过引入新的变量Y,并假设Y满足logistic增长规律,建立了微生物自适应生长动力学方程(2.8),(2.9)和(2.10),并求得了模型方程的精确解。数值模拟的结果表明,模型能够完整刻画不同初始条件下的微生物菌体分批培养过程。
第三章中,我们讨论了微生物自适应生长的动力学特性以及模型方程的适用性条件,并给出了两种底物完全利用的配比条件以及选择两种底物进行分批培养的优化条件。