第三章 微生物反应动力学习题答案

第三章 微生物反应动力学习题答案

1. 微生物反应的特点，其与化学反应的主要区别有那些？ 答：微生物反应与化学反应相比，具有以下特点：

1）微生物反应属于生化反应，通常是在常温常压下进行；2）反应原料来源相对丰富；3）易于生产复杂的高分子化合物和光学活性物质；4）通过菌种改良，可大大提高设备的生产能力；5）副产物多，提取有一定难度；6）生产微生物受外界环境影响比较大；7）开发成本较大；8）废水BOD较大

2．简要回答微生物反应与酶促反应的最主要区别？

答：微生物反应与酶促反应的最主要区别在于，微生物反应是自催化反应，而酶促反应不是。此外，二者还有以下区别：

（1）酶促反应由于其专一性，没有或少有副产物，有利于提取操作，对于微生物反应而言，基质不可能全部转化为目的产物，副产物的产生不可避免，给后期的提取和精制带来困难，这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。 （2）对于微生物反应，除产生产物外，菌体自身也可是一种产物，如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时，可用于提取这些物质。

（3）与微生物反应相比，酶促反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制。 微生物反应是利用活的生物体进行目的产物的生产，因此，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞因素的影响，并且微生物会发生遗传变异，因此，实际控制有一定难度。

（4）酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应过程，与微生物反应相比，在经济上有时并不理想。

4. 答：Monod 方程建立的基本假设：微生物生长中，生长培养基中只有一种物质的浓度（其他组分过量）会影响其生长速率，这种物质被称为限制性基质，并且认为微生物为均衡生长且为简单的单一反应。Monod 方程与米氏方程的主要区别如下表所示：

Monod 方程：S

K S

S +=

max μμ

米氏方程：S

K S

r r m +=

max

方程中各项含义： μ：生长比速 μmax ：最大生长比速 S: 单一限制性基质浓度 K S : 半饱和常数 方程中各项含义： r：反应速率 r max ：最大反应速率 S：底物浓度 K m ：米氏常数 微生物生长动力学方程

酶促反应动力学方程

经验方程 理论推导的机理方程

适用于单一限制性基质的情况 适用于单底物、无抑制的情况

5、答：由于细胞的组成是复杂的，当微生物细胞内部所含有的蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸、维生素等的含量随环境条件的变化而变化时，建立起的动力学模型称为结构模型。

9、解：假设反应的质量平衡式为：

10、解：微生物物繁殖过程中分裂一次生成两个子细胞，也有4 分裂或8 分裂的，试证明当n 分裂时，有如下式子：

式中： t d为倍增时间， t g为世代时间。

11、解：由化工手册可知：

（1） 采用基本培养基进行运动发酵单胞菌厌氧培养时，葡萄糖既作碳源，又作能源，菌体中碳元素全部来自于葡萄糖，即k=1.0。

（2） 采用合成培养基进行运动发酵单胞菌厌氧培养时，葡萄糖既作碳源，又作能源，菌体中碳元素部分来自葡萄糖，即k=0.62。

（3） 采用复合培养基进行运动发酵单胞菌厌氧培养时，根据题意，葡萄糖既作碳源，又作能源，菌体中碳元素部分来自葡萄糖，即k=0.48。

解：根据题意，可假定反应的质量平衡式为：

12、解：根据题意，可假定反应的质量平衡式为：

13、 16、

17、解： 根据稀释率D 和停留时间τ 的定义，可知D=1/ τ，

解：（1） μmax的求解。根据实验数据绘制分批培养过程曲线。