微生物工程周正红第四章发酵工程单元操作(背景)习题

个人采集整理仅供参照学习第四章发酵过程的单元操作（背景）-课后习题１表达M生长动力学的定义，意义及研究它的方法与步骤？答：是指微生物在培育过程中的复杂生长和产物形成的规律，用数学公式表达，即进行数学运算，找出每个参数之间的动向关系，叫微生物的生长动力学。有时也称“发酵动力学”。简要地说，即对微生物的生长和产物的形成成立数学模型。研究发酵生长动力学一般有以下几步：①找出重要理化参数：为了获取发酵过程变化的第一手资料，要尽可能找寻反应发酵过程变化的各样理化参数（如生长速率，倍增时间，pH，T，DO值等）；②找出变化规律：将各样参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，找出它们之间的互相关系和变化规律；③成立数学模型：以描绘各参数之间随时间变化的关系；④考证可行性与适应范围：经过计算机在线控制频频考证各样模型的可行性与适应范围。２何谓均衡生长（过程）？试推导均衡生长过程中的数学公式并解说比生长速率的理论与实践涵义？答：在对数生长久，细胞内各主要生物大分子(比如，RNA,DNA,protein,cell)的合成速率是近于同步进行的，这时的生长过程，称均衡生长过程（这时与对数生长曲线的斜率μ是相等的)。微生物的生长速率和比生长速率因菌种，培育条件的不一样而不一样。在均衡生长状态下，生长速率（dx/dt），比生长速率（μ）和倍增时间（td）之间的数学关系以下：dx/dt=μx‥‥‥‥‥‥‥⑴x:细胞浓度（g/L或细胞个数/L）t:培育时间（h）dx/dt:刹时生长速率（g/Lh或Nc/Lh），:比生长速率（g/g.h，h-1），也是对数生长曲线的斜率。将⑴式移项后得：dx/x=μdt‥‥‥‥‥‥‥⑵积分等式⑵∫x2x1dx/x=∫t2t1μdt‥‥‥‥‥‥‥⑶在对数时期，u是恒定的，∴由⑶式可得：lnx2/x1=μ(t2t1)‥‥‥‥‥‥‥⑷设倍增时间t2t1=td，则x2=2x1，代入⑷ln2x1/x1=μtdtd=ln2/μ=0.693/μμ=o.693/td‥‥‥‥‥‥‥（5）先测出倍增时间td，即可求出μ，以及dx/dt比生长速率μ确实切定义是，单位时间内，集体数目增添倍数的自然对数（由μ=o.693/td可知）。这固然含义切实，但很是难懂；重排“dx/dt=μx”，将μ=1/x·dx/dt，当x为生物量时，即可定义μ为单位重量菌体的刹时增量。它的生理含义明确，又便于实质应用。发酵工业中以g,h为计算单位时，它便成为每g菌体在1h内增添的g数(g/g.h)。个人采集整理仅供参照学习3试以Monod公式说明Ks与最大比生长速率(μmax)以及Ks与底物[S]的关系。试以不一样角度解说Ks的生理意义（要举例，如废水办理(CH3OH)）。答：一种微生物在特定的培育条件下生长，为了获取最大μmax的，培育物一定生长在无穷制的培育基中，即包含N﹑C﹑P源等生长限制性底物和其余元素都有一定是过度的。这样，才不受这些生长条件限制，始终保持最大比生长速率（μmax）。由dx/dt=μx；若μ↗,dx/dt↗。但米氏方程和生长速率公式没有给出μ与[S]关系，这点在工厂很重要，究竟要投料多少才既经济又达目的。假如底物[S]发生变化，dx/dt也会变化，则μ和[S]的关系，由Monod(1942)推导出的一个近似数学表达式和曲线来描绘：[Ks]：饱和常数（基质利用常数），数值上等于1/2μmax那点相对应的底物质浓度(g/L)[S]：基质浓度(g/L);[μ]：g/g.hKs的生理意义⑴Ks是微生物关于它基质亲和力的量度（见“5”）。⑵不一样的微生物对同一基质生长的Ks不一样（表4.2）。如，产气肠杆菌和E.coli对葡萄糖的利用的Ks就不一样。⑶同一菌株对不一样基质的Ks值也不一样(表4.2）。如，多形汉逊酵母对核糖和CH3OH的利用表此刻Ks的差别很大。Ks与μmax的关系由Monod方程能够看出当Ks愈小时，愈靠近μmax；当Ks愈大时，μmax愈小；在对数期，[S]剩余和生优点于μmax时，=μmax=0.693/tdKs与[S]的关系跟着生长的推移，因为限制性生长基质的耗尽，不再支持μmax，则有可能会变小。μmax的大小就取决于Ks值的高低。这里有两种状况。假如菌株对限制性基质有特别高的亲和力（即一个低的Ks值），其生长速率将不受影响，仍靠近μmax。甚至基质浓度[S]降落到一个特别低的水平，这样减速期将缩短（即对数期→稳固期的过渡过阶段称减速期）。比如，假单胞菌（Pseudomonas）对CH3OH亲和力高（Ks值小），即便基质中CH3OH浓度很低，还能以大的μ生长（靠近μmax），故以假单胞菌办理含CH3OH废水成效很好。2)假如微生物对