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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 S S + = max 米氏方程： SK Sr r m + = max 方程中各项含义： ：生长比速 max ：最大生长比速 S: 单一限制性基质浓度 KS: 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 Km：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 的定义， 可知D=1/ ， 解：（1） max 的求解。根据实验数据绘制分批培养过程曲线。