2.1微生物反应过程(guòchéng)概论复杂性表现(biǎoxiàn)与酶反应(fǎnyìng)比较底物微生物反应动力学的描述(miáoshù)方法为了描述细胞培养过程的细胞质量、底物质量、产物质量的变化关系，在细胞反应(fǎnyìng)动力学中用细胞反应(fǎnyìng)的速率、细胞反应(fǎnyìng)的比速率、细胞反应(fǎnyìng)的得率等来描述。其定义分别如下：（1）细胞反应(fǎnyìng)的速率表示为单位反应(fǎnyìng)体积、单位时间内的某一组分的量的变化。在细胞反应(fǎnyìng)中主要的反应(fǎnyìng)的速率有：②底物消耗速率(sùlǜ)式中CS——底物浓度，（g/L）或（mol/L）③氧消耗速率(sùlǜ)式中CO——单位体积的培养液中O2的消耗量，（g/L）或（mol/L）④产物生成速率式中CP——产物浓度(nóngdù)，（g/L）或（mol/L）⑤CO2生成速率式中CCO2——单位体积的培养液中CO2生成量，（g/L）或（mol/L）⑥热量(rèliàng)的生成速率式中CH——单位体积的培养液中热量(rèliàng)的生成量，（kJ/L）（2）细胞反应(fǎnyìng)的比速率：单位时间内单位菌体消耗基质或形成产物（菌体）的量称为比速，是生物反应(fǎnyìng)中用于描述反应(fǎnyìng)速度的常用概念（不同反应(fǎnyìng)间的对比，消除细胞量的效应）在细胞反应(fǎnyìng)中主要的反应(fǎnyìng)的比速率有：①细胞的比生长速率（1/h）②底物的比消耗速率(sùlǜ)（1/h）或（mol/g·h）③氧的比消耗速率(sùlǜ)（1/h）或（mol/g·h）④产物的比生成速率(sùlǜ)（1/h）或（mol/g·h）⑤CO2的比生成(shēnɡchénɡ)速率（1/h）或（mol/g·h）⑥热量的比生成(shēnɡchénɡ)速率（kJ/g·h）（3）细胞(xìbāo)反应的得率①细胞(xìbāo)对底物的得率在间歇的培养过程中的细胞(xìbāo)对底物的得率一般是随着培养时间而变化的，即因随着培养的进行培养基的营养成分的组成、细胞(xìbāo)的活性是变化的，所以瞬时的细胞(xìbāo)对底物的得率可表示为间歇培养的细胞(xìbāo)对底物的总得率②细胞对氧的得率在间歇的培养过程(guòchéng)中的细胞对氧的瞬时得率为③产物对底物的得率在间歇的培养(péiyǎng)过程中的产物对底物的瞬时得率为④生成的热量(rèliàng)对底物的得率在间歇的培养过程中生成的热量(rèliàng)对底物的瞬时得率为/2.2细胞(xìbāo)反应计量学反应计量学是对反应物系的组成或反应的程度的量化的研究。通过反应计量学可以得到反应组成分的数量关系及变化规律。反应计量学反应工程学的理论基础反应热力学反应动力学微生物细胞化学组成(zǔchénɡ)的主要物质为C、H、O、N，及P、S、K、Na等。可将细胞以一般的化学物质的表达形式写作CHON。典型的微生物细胞的组成(zǔchénɡ)为CH1.8O0.5N0.2。例如大肠杆菌(dàchánɡɡǎnjūn)细胞的化学组成（以干基计%）忽略产物生成的细胞生长过程的计量关系对忽略产物生成的细胞生长过程的计量关系可表示为CmHnOl+aO2+bNH3cCHON+dCO2+eH2O底物(dǐwù)碳源氮源细胞对C元素：（1）对H元素：（2）对O元素：（3）对N元素：（4）上述4个细胞反应的计量方程，不足以计算a、b、c、d、e等5个未知量，因而再寻找(xúnzhǎo)1个方程，如在好氧型培养时，可定义呼吸商作为第5个方程（5）联立1～5式，有解得细胞反应方程的a、b、c、d、e等5个系数细胞反应(fǎnyìng)的化学平衡通式底物用于转化为细胞的化学平衡式为aCmHnOl+bO2+cNH3=dCHON+eH2O+fCO2底物细胞（1）底物用于转化为产物的化学平衡式为a’CmHnOl+b’O2+c’NH3=d’C’H’O’N’+e’H2O+f’CO2产物（2）将a/a’乘（2）式有aCmHnOl+(ab’/a’)O2+(ac’/a’)NH3=(ad’/a’)C’H’O’N’+(ae’/a’)H2O+(af’/a’)CO2（3）以F表示底物转化为产物(chǎnwù)的分率，则(1-F)为底物转化为细胞的分率，用F乘（3）式有FaCmHnOl+(Fab’/a’)O2+(Fac’/a’)NH3=