【免费下载】第四章微生物反应动力学

习题与答案

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．Monod 方程建立的几点假设是什么？Monod 方程与米氏方程主要区别是什么？

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 方程与米氏方程的区别

Monod 方程：S

K S

S +=max μμ米氏方程：S

K S

r r m +=

max 经验方程

理论推导的机理方程

方程中各项含义：

μ：生长比速(h -1)

μmax

：最大生长比速(h -1)

S: 单一限制性底物浓度(mol/L)

K S :半饱和常数(mol/L)

方程中各项含义：

r ：反应速率(mol/L.h)

r max ：最大反应速率(mol/L.h)

S ：底物浓度(mol/L)

K m ：米氏常数(mol/L)

适用于单一限制性基质、无抑制

的微生物反应。适用于单底物、无抑制的酶促反应。

5．举例简要说明何为微生物反应的结构模型？

答：由于细胞的组成是复结的，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．在啤酒酵母的生长试验中，消耗了0.2kg 葡萄糖和0.0672kgO 2，生成0.0746kg 酵母

菌和0.121kgCO 2，请写出该反应的质量平衡式，计算酵母得率Y X/S 和呼吸商RQ 。

解：假设反应的质量平衡式为：

O

eH dCO O cCH bO O H aC 2226126++→+δβ则：11

.16

16126121000

2.0=⨯++⨯⨯=

a 1

.232

1000

0672.0=⨯=

b 75

.22

16121000

121.0=⨯+⨯=

d 4

18

1000

)121.00746.00672.02.0(=⨯--+=e 根据元素平衡式，有

C ： 75

.2611.1+=⨯c H ： 2

41211.1⨯+β+⨯c O ： 4

275.21.22611.1+⨯+δ=⨯+⨯c 联立求解，得

91

.3=c 36

.1=β

35

.0=δ

所以，可确定该反应的质量量平衡式为：

O

H CO O CH O O H C 2235.036.126126475.291.31.211.1++→+)/(373.02

.00746

.0/kg kg S X Y S X ==∆-∆=

3

.132

0672

.044121

.022

==∆-∆=O CO RQ

10.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：为倍增时间，为世代时间。

n t t g d ln /2ln /=d t g t

证：

μ=Xdt

dX

边界条件：0

,0X X t == 积分，得

t X X μ=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛0ln μ

=∴==2ln ,2,

0d d t X X t t μ

=∴==n

t n X X ，n t t g g ln ,,0于于

于于

n

t t g d ln /2ln /=∴11．分别采用含有蛋白胨和牛肉膏的复合培养基、含有20余种氨基酸的合成培养基和

基本培养基进行运动发酵单胞菌厌氧培养，碳源为葡萄糖，获得如下表所示结果。已

知菌体的含碳量（以碳源/细胞计）为0.45g/g ，求采用不同培养基时的Y KJ 。

培养基

Y X/S （g/mol ）

（以细胞/葡萄糖计）Y P/S （mol/mol ）

（以乙醇/葡萄糖计）Y P/S （mol/mol ）

（以乳酸/葡萄糖计）菌体中由葡萄糖

所来碳元素的量

基本

4.1

1.5

0.2 1.0

合成

5.0

1.5

0.2

0.62

复合

8.0

1.6

0.2

0.48

解：由化工手册可知，

g

KJ mol mol mol KJ H a G /15.22H /1363KJ H 1368KJ/H /2816L E -=∆-=∆-=∆-=∆于于

于（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。