微生物反应
微生物生理生化反应
微生物生理生化反应实验原理通过测定微生物细胞内某些酶类的有无、对某些底物的利用能力、代谢产物的类型等来研究微生物代谢的多样性。
某些细菌产生色氨酸酶，能分解培养基蛋白胨中的色氨酸，产生吲哚，当吲哚遇到含有对二甲基氨基苯甲醛试剂，形成红色的玫瑰红吲哚，为吲哚反应阳性。
V-P反应也称乙酰甲基甲醇试验。
微生物发酵葡萄糖产生丙酮酸，2分子丙酮酸脱羧形成乙酰乳酸，继续脱羧形成乙酰甲基甲醇，后者在碱性条件下与胍类、肌酸类物质反应，形成红色化合物，为V-P反应阳性。
有些细菌发酵糖类产生乳酸，琥珀酸、醋酸和甲酸等大量酸性产物，使发酵液的pH下降到4.2以下，当加入甲基红试剂后，使发酵液变红色。
某种微生物能以某种糖类为碳源，产酸产气，则判断为发酵这种糖。
实验材料和方法：材料：培养基：葡萄糖蛋白胨水培养基、蛋白胨水培养基、糖发酵培养基（葡萄糖、乳糖和蔗糖）、酚红半固体培养基、牛肉膏蛋白胨固体培养基；菌种：大肠杆菌（E. coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus arueus）、产气肠杆菌（Enterobacter aerogenes）、变形杆菌（Proteus vulgaris）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）；试剂：V-P试剂、甲基红试剂、吲哚试剂、乙醚、1.6%溴甲酚紫指示剂、抗生素；仪器及用具：酒精灯、接种环、超净工作台、恒温培养箱、高压蒸汽灭菌锅、恒温水浴锅、试管、移液管、滴管、杜氏小管、记号笔等。
实验方法：1.V-P反应取5只装有葡萄糖蛋白胨水培养基的试管，以无菌操作分别接种大肠杆菌、产气肠杆菌、普通变形均、枯草芽孢杆菌菌液0.1mL至上述相应试管的培养基中，空白对照不接种。
置于37℃恒温箱中培养48小时。
取出培养物，分别从中取出2.5mL培养液，再加入等量V-P试剂，充分震荡后放置在37℃培养箱中温育30min。
微生物反应动力学与微生物反应器解析
td: 倍增时间(doubling time)
第一节 微生物反应动力学
微生物的Logistic增长曲线
X Xm
dX/dt=a(Xm-X)X
时间t
第一节 微生物反应动力学
（二）微生物生长速率与基质浓度的关系
Monod（莫诺特）方程
μ
μ max
max S
Ks S
1 μ max 2
S：生长限制性基质的浓度(mg/L) μmax ：最大比生长速率(1/h)
kv De 球形催化剂的西勒数
第一节 微生物反应动力学
三、微生物生长速率与基质消耗速率的关系
在环境工程中，常常需要根据污染物
的生物降解速率预测微生物的生长量
rs
1 Y x / s*
rx mx X
(15.3.16)
rx Y x / s*(rs ) mxY x / s*X
(15.3.59)
第二节 微生物反应器的操作与设计
半连续培养的物料衡算
假设反应器内流体完全混合，只 有一种限制性基质，微生物均衡 生长，细胞产率系数恒定
体积流量:qv 基质浓度:Sin
菌体浓度: Xin=0
d (VX ) XV dt
(15.4.10)
S、V、X
d (VS ) 1 qVSin (rs )V qVSin XV dt Yx / s (15.4.11)
dX dS Y x / s* mxY x / s* X dt dt
(15.3.60)
常数b
第一节 微生物反应动力学
dX dS Y x / s* bX dt dt
在污水生物处理中 Yx/s*：污泥真实转化率或污泥真实产率
微生物生物反应过程的特点
微生物生物反应过程的特点微生物生物反应过程是指利用微生物的代谢活动来实现物质转化和生产的过程。
这一过程在生物工程、制药、食品工业等众多领域都有着广泛的应用。
了解微生物生物反应过程的特点对于优化生产工艺、提高产品质量和产量具有重要意义。
微生物生物反应过程具有高度的复杂性。
微生物本身就是一个复杂的生命体，其细胞内包含了众多的代谢途径和调控机制。
在反应过程中，微生物会根据环境条件的变化调整自身的代谢模式，以适应生存和生长的需求。
例如，当营养物质充足时，微生物可能会进行快速的生长和繁殖，而当营养物质匮乏时，它们可能会启动一些特殊的代谢途径来维持生命活动。
这种复杂性使得对微生物生物反应过程的研究和控制变得极具挑战性。
反应过程的多样性也是其显著特点之一。
不同的微生物具有不同的代谢特性和产物生成能力。
例如，一些微生物能够产生有机酸，如乳酸、柠檬酸等；而另一些则能够合成抗生素、维生素等。
此外，即使是同一种微生物，在不同的培养条件下，其代谢产物和反应速率也可能会有所不同。
这种多样性为我们利用微生物生产各种有用物质提供了丰富的选择，但同时也增加了工艺优化和控制的难度。
微生物生物反应过程通常具有较快的反应速率。
由于微生物的体积小、代谢活跃，它们能够在短时间内完成大量的物质转化和能量代谢。
这使得微生物生物反应过程在生产效率方面具有很大的优势。
然而，快速的反应速率也意味着对反应条件的控制要求更加严格。
一旦环境条件发生变化，微生物的反应可能会迅速受到影响，从而导致产物质量和产量的波动。
微生物生物反应过程对环境条件非常敏感。
温度、pH 值、溶氧浓度、营养物质浓度等环境因素都会显著影响微生物的生长和代谢。
例如，温度过高或过低都可能导致微生物的酶活性降低，从而影响反应速率；pH 值的变化可能会影响微生物细胞膜的通透性，进而影响物质的运输和代谢。
因此，在微生物生物反应过程中，需要对环境条件进行精确的控制，以保证微生物能够处于最佳的生长和代谢状态。
微生物反应动力学
什么是发酵动力学？
发酵动力学：研究微生物生长、产物合成、底物消耗之间
动态定量关系，定量描述微生物 生长 和 产物形成 过程。
主要研究：
1、发酵动力学参数特征：微生物生长速率、发酵产物合成 速率、底物消耗速率及其转化率、效率等； 2、影响发酵动力学参数的各种理化因子； 3、发酵动力学的数学模型。
0
x0 （0<t<t1)
µm
x0e µm t (t1<t<t2)
µ = ms
Ks s
0 -a
x= x0e µm(t2-t1) e µt (t2<t<t3)
xm (t3<t<t4) xme -a t (t4<t<t5)
分批发酵动力学-细胞生长动力学
其它模型1
在无抑制作用情况下（但有底物限制存在）
m 1 exp S KS
产物比生成速率
qP
1 dP x dt
（6-17）
qS
YG
m
qP YP
ds x mx 1 dp
dt YG
YP dt
qS
YX / S
qs qp YP / S
ds 1 dx x
dt YX / S dt YX / S
ds 1 dp dt YP/ S dt
分批发酵动力学-基质消耗动力学
③ Yx/ATP：消耗每克分子的三磷酸腺苷生成的细胞克数。
分批发酵动力学-基质消耗动力学
产物得率系数：
Yp/s ,YP / O2 ,YATP / s ,YCO2 / s ：
消耗每克营养物（s）或每克分子氧(O2)生 成的产物(P)、ATP或CO2的克数。
微生物生物学中的化学反应
微生物生物学中的化学反应微生物是指不能被肉眼观察到的微小生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
微生物的存在以及它们在生态系统中所扮演的重要角色已经为人们所知晓，但是很多人可能并不知道微生物是通过哪些化学反应来完成自身生存和繁衍的。
在微生物生物学中，化学反应可以分为物质代谢与信号传递两个方面来进行讨论。
物质代谢是指微生物通过化学反应将外界提供的物质转化为自己所需要的营养物质，包括光合作用、呼吸作用、发酵等。
而信号传递则是指微生物之间以及微生物与宿主之间通过化学物质来进行信息传递和互动。
光合作用光合作用是微生物利用太阳能将二氧化碳与水转化为有机物质的过程。
细菌、蓝藻和一些真菌都可以进行光合作用，多数情况下是通过光合色素捕获太阳能，然后将其转化为ATP和NADPH的化学能，最终合成有机物质。
在光合作用中，一系列的化学反应有机结合在一起，形成了光合作用的反应式。
通过此反应可以将CO2、H2O及太阳光合成糖类，同时产生O2，无疑是生态系统的关键。
呼吸作用呼吸作用是指微生物利用有机物质转化为ATP和CO2的过程。
通常情况下，这个过程是通过有氧呼吸和厌氧呼吸两种方式进行的。
在有氧呼吸过程中，微生物将糖或其他有机物质转化为乳酸、酒精或道路，并产生大量能量，这个过程是通过有机物质与氧气进行反应所完成的。
在厌氧呼吸过程中，微生物没有氧气可供利用，它们会转而利用其他化学物质如硫酸盐、硝酸盐等，同样也可以产生大量能量。
发酵作用发酵是指微生物利用有机物质在缺乏氧气的环境中产生ATP和有机物质的过程。
类似于呼吸过程，微生物通过一系列酸碱中和的化学反应将有机物质转化为其他化合物，并释放出能量。
发酵作用通常会产生酒精、酸等物质，例如乳酸的形成。
由乳酸菌发酵的奶制品在食品学上也有应用，如酸奶。
信号传递信号传递对于微生物生存和繁衍而言是至关重要的，它可以使微生物响应于周围环境的变化、感受宿主体内的信号、以及在细菌间进行交流和互动。
信号分子通常是一种特定的分子，能够在细胞内和细胞之间传递信号。
微生物的生理生化反应
02
而产气肠杆菌则广泛存在于自然界中，因此，检查水时要将二者区分开来。
03
二、基本原理
A
B
C
D
吲哚试验
某些细菌在糖代谢过程中，将培养基中的糖分解为甲酸、乙酸、乳酸等，使培养基变酸，加入培养基中的甲基红指示剂[pH4.2（红色）-6.3（黄色）]，可使培养基由原来的桔黄色变为红色，即甲基红阳性反应。
+
+
枯草
大肠
1、淀粉的水解试验
结果： 将结果填入下表。“＋”表示阳性，“－”表示阴性。
菌名
枯草芽孢杆菌
大肠杆菌
淀粉水解实验
糖发酵试验是常用的鉴别微生物的生化反应。某些细菌能利用糖类作为碳源和能源，使糖类分解而产酸产气或产酸不产气。不同种的细菌对于各种糖类利用能力不同，分解产物也不同。
普通变形杆菌只能分解葡萄糖产酸产气，不能分解乳糖。
甲基红实验
伏—普试验
大肠杆菌
产气肠菌
对 照
2．思考题 （1）解释在细菌培养中吲哚检测到的化学原理，为什么在这个实验中用吲哚的存在作为色氨酸酶活性的指示剂，而不用丙酮酸？ （2）为什么大肠杆菌是甲基红反应阳性，而产气杆菌为阴性？这个试验与伏－普试验最初底物与最终产物有何异同处？为什么会出现不同？
FOR WATCHING
产气肠杆菌伏-普反应阳性，大肠杆菌伏-普为阴性。
1
2
伏-普试验
01
02
03
三、器材
将上述二菌分别接种于2支葡萄糖蛋白胨水培养基中（做甲基红试验与伏-普试验），置37℃温室培养2天。
将大肠杆菌、产气肠杆菌分别接种于2支蛋白胨水培养基中（做吲哚试验），置37℃温室中培养2天。
接种与培养
微生物氧化反应及其在生产中的应用
微生物氧化反应及其在生产中的应用随着科技的不断进步，人们对微生物氧化反应的研究越来越深入，并且逐渐被应用于生产领域。
微生物氧化反应是指微生物在氧气的存在下将一些有机化合物氧化为无机物的过程。
这个过程在生产中被广泛应用，可以用于清洁空气和土壤、生产酸和酸酐、提取金属、减少污染等方面，具有很大的应用价值。
一、微生物氧化反应的基本原理微生物氧化反应是由微生物自身所进行的一种自然反应，其原理主要是通过微生物在代谢过程中，将有机物转化为无机物，同时在此过程中释放出能量。
微生物氧化反应需要有氧气存在，因为这个过程需要氧气来作为催化剂，促进微生物的代谢。
微生物氧化反应的一个重要的特点是可以将大分子化合物氧化为小分子物质，同时还释放了热能，这个过程被称为反应热。
反应热的释放使得微生物可以以更快的速度进行代谢，加速了化合物的分解，同时也提高了微生物的温度，保证了微生物的正常生长。
二、微生物氧化反应在生产中的应用1. 生产酸和酸酐微生物氧化反应可以被用于生产酸和酸酐。
酸酐通常被用作塑料的原料，而酸则可以用于生产食品、药品、染料等。
其中最有名的就是乳酸发酵和醋酸发酵。
乳酸是由乳酸菌氧化多糖或糖类而产生的，可以用于生产酸奶、奶酪、苹果酸和醋酸葡萄糖酸等。
醋酸也可以通过微生物氧化反应进行生产，使得无花果从糖转化为酒精及其醋酸酯。
2. 清洁空气和土壤微生物氧化反应可以通过微生物分解物质，清除大气和土壤中的污染物。
例如，生物组织能够分解并清除二氯乙烯、四氯乙烯、苯并苯、多环芳烃等多种有毒化合物，有效降低了它们对环境造成的污染。
3. 提取金属微生物在代谢过程中也可以作为还原剂将金属离子中的电子还原，以达到提取金属的目的。
比如黄嘌呤和麦芽糖酸菌可以针对铜、铁和相应的磷酸盐进行氧化。
微生物氧化反应还可以产生类似锰、镉、镍等金属离子，并且可以通过沉淀或其他化学方法实现提取金属。
4. 减少污染利用微生物氧化反应可以降低污染物的体积和浓度。
7 微生物生化反应的质量和能量衡算
§ 微生物生化反应的质量和能量衡算一、基本内容微生物反应过程的特点1. 微生物微生物反应是生物化学反应，通常是在常温、常压下进行。
2. 反应中参与反应的培养基成分多，反应途径复杂，因而在微生物生长的同时往往还伴随着生成代谢产物反应。
3. 微生物反应还受到众多外界环境因素的影响。
如果只对微生物反应过程做概念性描述，可表示为：营养物质（碳源、氮源、氧及无机盐）＝新微生物细胞 + 代谢产物 + 二氧化碳此式不是计量关系式。
在生物工业中，有些行业，如酵母生产，只要求菌体的产生，不希望产生其他产物；乙醇工业中，由于是厌氧反应，因此，氧和水项等于零。
另一些行业，如氨基酸、酶制剂、抗生素和有机酸等生产，上式各项都不能少。
质量和能量衡算在工程上的意义通过质量和能量衡算，可以了解反应物和生成物之间定量关系，反应过程需要消耗和释放多少能量。
通过反应过程衡算式有已知量可以求出未知量。
所以它是研究反应过程的一个有效手段，对解决工程问题特别有用。
对各元素进行原子衡算。
如果碳源由C、H、O组成，氮源为NH3，细胞的分子式定义为 CH x O y N z，忽略其他元素，可用下式表示微生物反应：CH m O n + aO2 + bNH3 = cCH x O y N z + dCH u O v N w + eH2O + fCO2CH m O n ------ 碳源的元素组成；CH x O y N z------ 细胞的元素组成；CH u O v N w ------- 产物的元素组成；下标 mnuvwxyz----- 与一个碳原子相对应的氢、氧、氮的原子数。
评价微生物生物代谢机能的重要指标 ----- 呼吸商（respiratory quotient, RQ) RQ = CO2生成速率/O2消耗速率例：乙醇为基质，耗氧培养酵母，反应方程为：C2H5OH + aO2+ bNH3= c(CH1.75N0.15O0.5) + dCO2+ eH2O呼吸商RQ=0.6。
cod微生物降解反应
cod微生物降解反应
微生物降解是指微生物利用有机物进行代谢和生长的过程，常常伴随着有机物的分解和转化。
微生物降解反应可以分为以下几个步骤：
1. 接触：微生物与有机物接触，通常是通过吸附在微生物细胞表面的酶或细胞表面的结合物质完成的。
2. 初始降解：微生物通过酶的作用将有机物转化为更小的化合物，例如碳水化合物的降解产物可能是简单的糖。
3. 主要降解：在主要降解阶段，微生物进一步分解有机物，产生酶进一步降解有机物，生成一系列较小的化合物，如有机酸、醇和气体等。
4. 最终降解：在最终降解阶段，微生物继续分解产生的小分子化合物。
最终产物可能是无机物，如二氧化碳和水，或者是微生物自身的生物质。
微生物降解反应可以应用于废水处理、土壤修复、有机废物处理等领域。
微生物降解具有高效、环保等优点，但也面临一些挑战，如微生物的生长环境要求、微生物种类的选择等。
不同的有机物对微生物的降解能力也存在差异，一些有机物可能对微生物具有抑制作用。
总的来说，微生物降解反应是一种通过微生物利用有机物进行
代谢和生长的过程，可以将有机物分解、转化为更小的化合物或最终降解为无机物，具有广泛的应用前景。
第三章 微生物反应动力学
分类：界（ Kingdom ）、门（ Phylum ）、 纲 （ Class ） 、 目 （ Order ） 、 科 （ Family ） 、 属 （ Genus ） 、 种 （Species）。 种 以 下 有 变 种 （ Variety ） 、 型 （Form）、品系（Strain）等。 命名：“双名法”。 属名：大写字母开头，是拉丁词的名词， 用以描述微生物的主要特征； 种名：小写字母打头，是一个拉丁词的 形容词，用以描述微生物的次要特征。
例4-1
• 以葡萄糖为基质进行面包酵母(S. cerevisiae)培养， 培养的反应式可用下式表达，求计量关系中的系数 a、 b、c和d。
C6 H12O6 3O2 aNH3 bC6 H10 NO3 (面包酵母) cH2O dCO2
O2的消耗速率与CO2的生成速率可用来定义好 氧培养中微生物生物代谢机能的重要指标之一 的呼吸商(respiratory quotient )，其定义式为：
四、pH • 不同微生物有其最适生长的 pH 值范围。大 多数自然环境的 pH值为 5～ 9，许多微生物 的最适生长 pH 也在此范围内，只有少数种 类可生长在pH值低于2或高于10的环境中。 大多数酵母与霉菌在微酸性（ pH5 ～ 6 ）环 境中生长最好，而细菌、放线菌则在中性 或微碱性条件下生长最好。
细胞生产量 细胞含碳量 YC YX 基质消耗量 基质含碳量
S
XC SC
• 式中Xc和Sc分别为单位质量细胞和单位质量基质中 所含碳源素量。Yc值一般小于1，为0.4—0.9。式 （3-1）中的系数c实际就是Yc。
例4-4
• 乙醇为基质，好氧培养酵母，反应方程为
碳源 氮源 氧 菌体 有机产物 CO2 H 2 O
微生物生理生化反应实验报告
微生物的生理生化反应一、实验目的1.掌握细菌鉴定中常用生理生化反应的测定方法。
2.了解细菌代谢类型的多样性。
3.了解细菌生长现象及代谢产物在鉴别中的意义。
4.学习接种技术。
二、实验原理在所有生活细胞中存在的全部生物化学反应称之为代谢，代谢过程主要是酶促反应过程，由于各种微生物具有不同的酶系统，所以他们能利用的底物不同，或虽利用相同的底物但产生的代谢产物却不同，因此可以利用各种生理生化反应来鉴别不同的细菌。
1.糖发酵试验：糖发酵试验是常用的鉴别微生物的生化反应,绝大多数细菌都能利用糖类作为碳源和能源,但是它们在分解糖类物质的能力上有很大的差异.有些细菌能分解某种糖产生有机酸(如乳酸,醋酸,丙酸等)和气体(如氢气,甲烷,二氧化碳等);有些细菌只产酸不产气.例如大肠杆菌能分解乳糖和葡萄糖产酸并产气。
产酸后再加入溴甲酚紫指示剂后会使溶液呈黄色，且杜氏小管中会收集到一部分气体。
若细菌不能使糖产酸产气，则最后溶液为指示剂的紫色，且杜氏小管中无气体。
2.甲基红试验（MR）：某些细菌在糖代谢过程中分解葡萄糖生成丙酮酸，后者进而被分解产生甲酸，乙酸和乳酸等多种有机酸，培养基就会变酸，使加入培养基中的甲基红指示剂由橙黄色转变为红色，即甲基红反应。
大肠杆菌为阳性，产气肠杆菌为阴性。
3.伏-普试验（VP）：某些细菌在糖代谢过程中分解葡萄糖生成非酸性或中性末端产物，某些细菌产生丙酮酸，再将丙酮酸缩合脱羧成乙酰甲基甲醇，在碱性条件下被氧化成二乙酰，二乙酰与胍基作用，生成红色化合物，为阳性。
4.靛基质（吲哚）试验：是用来检测吲哚的产生，在蛋白胨培养基中，若细菌能产生色氨酸酶，则可将蛋白胨中的色氨酸分解为丙酮酸和吲哚，吲哚与对二甲基苯甲醛反应生成玫瑰色的玫瑰吲哚。
但并非所有的微生物都具有分解色氨酸产生吲哚的能力，所以吲哚实验可以作为一个生物化学检测的指标。
大肠杆菌吲哚反应阳性，产气肠杆菌为阴性。
5.硫化氢实验：某些细菌分解含硫的氨基酸，产生硫化氢，硫酸铵亚铁等铁盐可与硫化氢反应生成不溶性硫化亚铁之黑色沉淀，为硫化氢实验阳性。
微生物分解作用反应方程式
微生物分解作用反应方程式
微生物分解作用是指微生物通过代谢活动将有机物质分解成较简单的化合物的过程。
这些化合物可以进一步被其他微生物或环境中的其他生物利用。
以下是一些常见的微生物分解作用反应方程式：
1. 蛋白质分解：
蛋白质+ H2O → 氨基酸。
2. 纤维素分解：
纤维素+ H2O → 葡萄糖。
3. 脂肪分解：
脂肪+ H2O → 甘油 + 脂肪酸。
4. 淀粉分解：
淀粉+ H2O → 葡萄糖。
5. 硝化作用：
氨氮+ O2 → 亚硝酸 + H2O.
亚硝酸+ O2 → 硝酸 + H2O.
6. 脱氮作用：
硝酸 + 有机物→ 氮气 + CO2 + H2O.
7. 脱磷作用：
无机磷酸盐 + 有机物→ 无机磷酸盐 + 有机酸。
这些反应方程式只是一些常见的示例，实际上微生物分解作用
涉及的反应非常复杂，涉及多种微生物群体的相互作用和代谢途径。
此外，不同的微生物在不同的环境条件下可能会产生不同的反应。
因此，具体的微生物分解作用反应方程式可能因情况而异。
希望以上回答能够满足你的要求，如果还有其他问题，请随时提出。
微生物生态系统中的氧化还原反应
微生物生态系统中的氧化还原反应微生物是地球上最古老、最丰富的生命形式之一，它们在生态系统中扮演着极其重要的角色。
微生物的代谢途径、生存环境以及生长繁殖都需要参与化学反应，氧化还原反应就是其中的基本反应之一。
氧化还原反应是指物质和电子之间的转移反应，即氧化剂接受电子从还原剂中转移，还原剂失去电子或氧化，同时伴随反应能量的释放或吸收。
在微生物生态系统中，微生物的代谢活动和许多其他化学反应都需要通过氧化还原反应来完成。
一、微生物生态系统中的氧化还原反应种类1. 呼吸作用呼吸作用是最基本的氧化还原反应之一。
在呼吸作用中，微生物将有机物质通过分解代谢为一氧化碳或二氧化碳等无机物，并刨弃能量。
这个过程中发生了电子的转移，从有机物质到最终的氧化剂上，而代表还原形式的化合物则形成了。
2. 发酵作用与呼吸作用不同，发酵作用不需要外部的氧气，只有有机物质和微生物存在时才能发生。
这一过程中，微生物将有机物质分解成无机物质并产生酒精、酸或气体。
这一发酵反应同样需要氧化还原反应的参与，微生物通过代谢将有机物质下降，从而通过有机物质的还原获得能量，而反应化合物的氧化则对微生物生命过程具有重要的支持作用。
3. 光合作用许多光合性微生物通过光合作用获得能量和生长材料。
在光合作用中，微生物通过吸收响应波长的光线，并将这种能量化学反应转化为许多电子转移反应，最终将还原剂氢化。
这些反应需要发生氧化还原反应，通过电子转移、氧化和还原将能量转化成燃料。
二、微生物生态系统中氧化还原反应的重要性微生物生态系统中的氧化还原反应作用广泛，从生态系统中无机化学循环和营养成分的提供，到温室气体的释放调节，都发挥着重要的作用。
1. 有机物的分解和循环未分解的有机物质可能会对环境造成危害，微生物通过氧化还原反应的参与可以使这些有机物质转化为可被循环利用的物质。
使用氧化还原反应可以提高土壤和水体的总氧化还原电位、pH值和氧化还原分析穿插，以维持环境的生态平衡和可持续性。
微生物检验中常用的生化反应
微生物检验中常用的生化反应各种细菌所具有的酶系统各不相同，对养分物质的利用力量各异，因而在代谢过程中所产生的合成或分解产物也不同。
应用生物化学方法检测细菌的代谢产物，有助于细菌的种、属鉴定。
这种利用生化方法来鉴别细菌的试验，统称为细菌的生化试验或生化反应，是识别细菌的重要方法之一。
微生物生化反应是指用化学反应来测定微生物的代谢产物，生化反应常用来鉴别一些在形态和其他方面不易区分的微生物。
因此微生物生化反应是微生物分类鉴定中的重要依据之一。
微生物检验中常用的生化反应有：(一)糖酵解试验各种微生物因含有不同的分解糖(醇、苷)类的酶，所以分解糖类的力量各不相同，而且分解相应糖类后形成的终末产物亦随细菌种类而异，有的产酸，有的还可以产生气体，因此可作为鉴别细菌的依据，对肠道杆菌的鉴别尤为常见。
可用指示剂及发酵管检验。
试验方法：以无菌操作，用接种针或环移取纯培育物少许，接种于发酵液体培育基鲁，若为半固体培育基，则用接种针作穿刺接种。
接种后，置36℃ 1.0 ℃培育，每天观看结果，检视培育基颜色有无转变（产酸），小倒管中有无气泡，微小气泡亦为产气阳性，若为半固体培育基，则检视沿穿刺线和管壁及管底有无微小气泡，有时还可看出接种菌有无动力，若有动力，培育物可呈弥散生长。
本试验主要是检查细菌对各种糖、醇和糖苷等的发酵力量，从而进行各种细菌的鉴别，因而每次试验，常需同时接种多管。
一般常用的指示剂为酚红、溴甲酚紫、溴百里蓝和An-drade指示剂。
(二)淀粉水解试验某些细菌可以产生分解淀粉的酶，把淀粉水解为麦芽糖或葡萄糖。
淀粉水解后，遇碘不再变蓝色。
试验方法：以18h~24h的纯培育物，涂布接种于淀粉琼脂斜面或平板（一个平板可分区接种，试验数种培育物）或直接移种于淀粉肉汤中，于36℃ 1 ℃培育24 h ~48 h,或于20℃培育5d。
然后将碘试剂直接滴浸于培育基表面，若为液体培育物，则加数滴碘试剂于试管中。
马上检视结果，阳性反应（淀粉被分解）为琼脂培育基呈深蓝色、菌落或培育物四周消失无色透亮环、或肉汤颜色无变化。
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：SK SS +=max μμ米氏方程：SK Sr 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。
微生物反应工程名词解释
微生物反应工程名词解释
微生物(Microorganism)：指单细胞或多细胞生物体，包括细菌、真菌、病毒、藻类等。
反应器(Reactor)：指用于进行微生物发酵或代谢反应的容器或系统。
发酵(Fermentation)：指微生物在适宜条件下进行代谢活动并产生有用化合物的过程。
培养基(Culturemedium)：指提供微生物生长所需营养物质和环境的混合物。
离心(Centrifugation)：指将微生物和液体分离的过程，通常使用离心机完成。
色谱法(Chromatography)：指通过吸附剂将不同成分分离的技术，通常用于纯化微生物代谢产物。
生物反应器(Bioreactor)：指专门用于微生物培养和反应的反应器，通常包括搅拌器、气体进出口等部件。
氧化还原电位(Redoxpotential)：指反应体系中氧化还原反应的趋势和强度，常用于监测微生物代谢活动。
代谢产物(Metabolite)：指微生物在代谢过程中产生的化合物，通常包括有机酸、氨基酸、生长因子等。
生长曲线(Growthcurve)：指微生物在培养基中生长数量随时间的变化趋势，通常包括潜伏期、对数期和稳定期三个阶段。
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rX kd X
4.5 底物消耗速率
•
通式，根据 得到 YX /S
X S
rX rS
rS
1 YX / S
rX
1 YX / S
X
1、当底物消耗只用于菌体生长与维持能时
1
rS
Y*X /S
rX
mS X
2、当有产物生成时，底物的消耗用于生长、维
持和代谢产物的生成即
rS
1 Y*
X /S
rX
mS X
1 YP / S
• 菌体生长为单一反应，YX/S是常数。
Monod 方程
• 根据三点假设，在大量实验的基础上，Monod推导出
max S
Ks S
其中，μmax为微生物的最大比生长速率，μmax越大，表明微生物的生长速 率越快其值的大小与细胞体内所包含的信息量有关，细胞内包含的信 量越大，生长速率越慢。
而Ks没有物理意义，只是一个很小的浓度单位，称为饱和常数，此值越 小，越表明在低浓度条件下，微生物越能快速利用底物进行生长。
数值。
rS KS n ln rS ln K n ln S
例题1 • 在间歇操作槽式反
qP A 2 B C
4.7 产热速率
• 微生物反应是放热反应，，储存于碳源中
的能量，在好氧反应中有40-50%的能量转
化为ATP，其他感，因而进行微生物反应时，必须注意
温度的控制。其产热速率与细胞浓度之间
满足
rHV
qHV X
1 (
根据μ=0得到能观察到菌体生长的最小底物浓
度
S min
Ks b
max b
4.4 微生物在分批培养时特点
• 延尺期
μ=0
• 对数生长期 • 减速期 • 平衡期 • 衰亡期
max
1 X
rX
ln
X X0
max t
max S
Ks S
rX
X
max S
Ks S
X
rX ( kd )X 0
乙醇时，酒精浓度高于5%时，会抑制酵母
的生长。
max
(1
P Pmax
)n
S Ks
S
其中Pmax为反应过程中所允许的最大产物浓 度。
4.3.5 考虑维持代谢时
• 实验中发现，当底物浓度低于某一数值以 下时，细胞停止生长，但底物仍在消耗， 这部分底物用于维持代谢
ma x S b
Ks S
• 对底物的菌体得率
YX / S
mX mS
X S
对底物的理论菌体得率 Y *X /S
mX mSG
X SG
对底物的产物得率 YP/S
mP mS
P S
对菌体的产物得率
YP / X
mP mX
P X
4.2 比速率
• 微生物生长的绝对速率可表示为
• 同样其底物的消耗速率可表示为
• 产物的生成速率为 • 比生长速率 • 底物比消耗速率 • 产物比生成速率
YX / HV
1
YP / HV
qP
mHV )X
4.8 微生物动力学的实验测定
• 目的 • 反应器 • 方法
4.8.1 目的
• 确定反应速率与反应物浓度之间的函数关系，即 确立速率方程的基本形式
• 估算动力学参数 • 确定动力学参数与反应条件之间的关系
4.8.2 实验反应器
• 积分反应器：混合均匀的间歇操作的反应器 • 微分反应器：混合均匀的连续操作的反应器 • 二者区别为底物在反应器中的转化率
4.8.3 动力学参数的估算方法
• 积分法：将所假设的动力学方程进行积分并线性化处理，将实验数据
代入作图，若是直线，则假设正确，据图求得相应参数，否则重新假
设。
dS dt
K
•Sn
1 S n1
1 S0 n 1
K
• t(n 1), (n 1)
• 微分法：根据不同实验条件下测得的反应速率，直接由速率方程估算
第四章 微生物反应动力学
• 酶反应与微生物反应的区别 • 得率系数 • 比生长速率 • 微生物生长动力学方程 • 底物的消耗速率 • 产物的生成速率 • 产热速率 • 微生物反应动力学的实验测定
4.1 酶反应与微生物反应的区别
• 作为催化剂，酶在反应过程中总量不变， 而微生物的量在不断增加，即微生物反应 是自催化反应
4.3.3 有底物抑制的微生物反应动力学
• 当底物浓度较高时，此时微生物比生长速 率与限制性底物浓度之间关系：
max S
Ks S S 2
K SI
此时微生物反应存在一最佳底物浓度即
Sopt KsK SI
4.3.4 有产物抑制时
• 细胞生长时，某些代谢产物浓度较高时，
也会抑制微生物的生长，如酵母厌氧产生
质均各不相同， • 微生物的细胞组成成分会因培养基组成、
培养时间而异 • 微生物反应体系为多相体系。
4.3.2 Monod 方程
• 三点假设 • 方程 • 动力学参数
三点假设
• 细胞生长为均衡生长，描述菌体生长的唯 一变量就是细胞的浓度g（cell干重/L）
• 培养基中有多种成分，只有一种成分对微 生物的生长起到限制作用（称为限制性基 质）
rP
4.6 产物生成速率
• 产物的生成速率与比生成速率之间存在有
rP qP X
其中 qP 与微生物的浓度无关，是表征细胞 合成代谢产物能力大小的参数，可以用来 筛选优良菌株。
产物的生成速率
• 相关模型 • 部分相关模型 • 非相关模型 • 其他模型
rP YP / X rX
rP rX X
rP X
• 酶反应是分子水平的，而微生物反应是包 括分子与细胞，细胞与细胞之间的复杂的 反应
• 微生物反应过程的本质是复杂的酶反应体 系，细胞内所进行的所有的合成与分解反 应均是酶所催化的。
4.2 微生物反应的得率系数
• 即Yi/j，是对细胞消耗底物并将其转化成细胞自身 和目的产物的能力进行评价的一个参数。
rp
dP dt
1 X
rX
qS
1 X
rs
qP
1 X
rp
rx
dX dt
dS rs dt
4.3 微生物生长的动力学
• 微生物生长的特点 • Monod 方程 • 有底物抑制微生物生长动力学 • 有产物抑制的微生物生长动力学 • 有维持代谢的微生物生长动力学
4.3.1 微生物生长的特点
• 微生物的细胞小，数量多。 • 微生物生长的各个时期，微生物形态、性