第四章 微生物反应器操作习题

第四章 微生物反应器操作

1．请用简图分别给出分批操作、流加操作和连续操作中反应器内培养液体积随时间的变化曲线。

2．用简图给出分批培养中初始基质浓度与最大菌体浓度之间的相互关系。

3．请给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养和连续培养中产物生成速率，并进行比较。 4. 何为连续培养的稳定状态？当0][][===dt

P d dt S d dt dX 时，一定是稳定状态吗？ 5. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量X 0 ，生成的细胞量为X A 0 ，此间死亡细胞量为X DO ，已知A A f X X =00X 。生成的细胞在接种t l 时间后开始指数型繁殖， t l 以后的细胞量为X，请推导出的关系式。f A 分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并作图表示出。

)(l t f X =6.一定的培养体系中细胞以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时保证细胞的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。

7. 试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的细胞生长速率。微生物的生长可采用Monod方程表达。

8. 面包酵母连续培养中，菌体浓度为10kg/m 3，菌体生成速度为10kg/h，求流加培养基中基质（乙醇）浓度及培养液的量。稀释率1.0=D h-1,Y X/S =0.5kg/kg （以细胞/基质计），可采用Monod 方程，已知μ max = 0.15h -1,K S = 0.05kg /m 3。 9．恒化器进行具有抑制作用的连续培养，比生长速率可由式S i i S C K C K S

++=)1(max μμ 给出，其中g g Y L g C L g K S X i S /1.0,/05.0,/0.1===（ 以细胞/ 基质计）， L g X L g C S /05.0,/0.100==,，求菌体的最大生产速率与相应的稀释率D max ，并与没有抑制时相比较。

10. 一种细菌连续（恒化器）培养中获得如下数据。μ 为比生长速率，S 为限制性基质浓

度，若反应适用Monod 方程，求 和

。

11. 以碳源为限制基质的连续发酵过程中，有一位研究者在研究温度对细胞得率的影响时，发现当温度高于最适生长温度时，细胞得率下降。对此现象一般的解释是因为细胞内为维持细胞活力所消耗的能量增加的缘故。但是，有些研究者研究提出细胞得率在稳态下下降是因为细胞本身活力降低。这一解释也有道理，因为细胞的死亡率是温度的函数。（1）请你利用关于连续培养理论，解释上述温度对细胞得率影响的两种理由。（2）如何设计一些实验来证明在（1）中所导出的方程式的真实性？实验设计应包括实验步骤、所需的分析方法及

数据处理。

12．连续培养是一个求微生物生长参数的好工具。在一连续培养中，如果稀释率等于0.5h -1 时发生“冲出”现象。因此，微生物菌悬液的光密度，在4h 中由1.00 降到0.60。（1）求此微生物的μmax 。（2）当稀释率降至（把流速降低些）0.2 h -1 后，不再有洗出现象，渐渐达到一稳态；如果此时微生物所用的限制底物的K S 为2g/L，试问在此稳态下，罐内基质浓度为多少？

解：（1）连续培养中，发生冲出现象时，

X D dt

dX )(max −=μ （边界条件：0,0X X t ==） 积分，得：t D X X )(ln max 0

−=μ 故，)(37.00.16.0ln 415.0ln 110

max −=+=+=h X X t D μ （2）连续培养稳态下，罐内基质浓度

)/(35.22

.037.02.02max L g D D K S S out =−×=−=

μ

13．分批式培养酵母菌（葡萄糖为碳源，好氧，30°C），自对数培养期的中期开始，连续流加新鲜培养基，稀释率为

。获得如下结果，已知限制性基质浓度比基质饱和系数大很多，求此条件下酵母菌的？

14．恒化器方法培养中，试证明代谢产物的比生成速率π 的相关式为D Y Y S X S

P =π。

15.乙醇为唯一碳源进行面包酵母培养，获得如下数据。求 和。