生化工程期末考试整理

题型：1、填空（20分）；2、选择（20分）；3、问答题（20分）；4、计算（40分）。

第一章 绪论

1、生化工程学科的产生： ①传统的发酵业-混沌时期； ②发酵工业走向科学（1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵母发酵引起的）；③发酵工程的早期阶段（厌氧发酵、好氧发酵）；④生化工程学的起点（1928年由 Fleming发现青霉素）。 2、两个关键技术-奠定生化工程学科基础

① 通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。

②抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。 3、生物化学工程

定义：运用化学工程学原理方法, 将生物技术实验成果进行工程化、产业化开发的一门学科。实质：研究生物反应过程中的工程技术问题，是微生物学、生物化学与化学工程结合。

第二章 培养基灭菌

1、培养基灭菌目的：发酵过程要求纯培养 2、灭菌与消毒的区别

消毒是指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。例如，用于消毒牛奶、啤酒和酿酒原汁等的巴氏消毒法，是将物料加热至60℃维持30min，以杀死不耐高温的物料中的微生物营养细胞。

灭菌是用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。 消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。 3、灭菌方法

4、湿热灭菌

原理：由于蒸汽具有很强的穿透力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热（潜热），很容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。

灭菌条件：121℃，30min。

灭菌不利方面：同时也会破坏培养基中的营养成分，甚至会产生不利于菌体生长的物质。因此，在工业培养过程中，除了尽可能杀死培养基中的杂菌外，还要尽可能减少培养基中营养成分的损失。 5、分批灭菌 (batch sterilization) 、实罐灭菌(实 消)： 定义：利用热空气或高压蒸汽对培养基与发酵罐同时灭菌。 分批灭菌的特点：

适用于：培养基易发泡或黏度大

优点：操作简便，无需连消的设备，并减少了杂菌污染的机会 缺点：升温降温时间长，设备利用率低

1

各阶段对灭菌的贡献：升温20%；保温75%；降温5%。 6、连续灭菌(continuous sterilization)(连消)

定义：培养基通过连续灭菌装置，快速连续加热灭菌，后进入灭菌的空罐。

连续灭菌装置：1).连消塔保温罐连续灭菌；2).板式热交换器连续灭菌；3).蒸汽喷射连续灭菌。 7、分批灭菌与连续灭菌的特点比较

8、培养基灭菌要求：

达到需要的无菌程度；有效成分受热破坏程度尽可能低。 灭菌工作关键：控制加热温度（T）和受热时间(t)。 ☆9、微生物的热死规律----对数残留定律

微生物受热死亡的主要原因是高热能使蛋白质变性，这种反应可认为是单分子反应，死亡速率可视为一级反应，即与残存的微生物数量成正比。

菌的死亡速率－dN/dt与任何瞬间残留的活菌数N成正比。 公式：ln(Ns/N0)=－Kt

N0：原有活菌数（t=0,污染度）

Ns：经t时间后残存活菌数（灭菌度，Ns＝10－3） 10、K－比死亡速率常数（反应速率常数）（选择、填空）

K大小反映微生物受热死亡的难易程度。与微生物的种类及加热温度有关

◇相同温度下，k值愈小，加热时间长，则此微生物愈耐热。 即：t=1/K *ln(N0/Ns)

◇同一种微生物在不同灭菌温度下，灭菌温度愈低，k值愈低；温度愈高，k值愈高。t=1/K *ln(N0/Ns)

K是温度T的函数，故T对K的影响是热灭菌设计的核心问题之一。 11、Arrhenius方程 K=Ae－ΔE/RT

K：比死亡速率常数，也称反应速率常数（min－1或s－1 ） A：阿氏常数(s－1 ）

E：活化能（J/mol）化学反应中，反应物分子到达活化分子所需的最小能量。活化能的大小与反应速率相关，活化能越低，反应速率越快，因此降低活化能会有效地促进反应的进行。 T：绝对温度（K），T（K）＝t(℃)+273 R：气体常数 (8.31 J/ mol· K ) e: 2.718

12、D（1/10衰减时间） decimal reaction time：

活微生物在受热过程中减少到原来数目的1/10所需要的时间。 ☆与K的关系为：

D =－ln(0.1N0/ N0) / K=－2.303 lg0.1 / K = 2.303 / K 13、灭菌标准：（不用记忆，考试会给出）

2

以杀死耐热芽孢杆菌为准：ΔEs = 68700 cal/mol.k, As =7.94×1038 (s-1) 即: K= 7.94×1038 e-68700/1.98T 14、营养受热分解规律

符合微生物热死亡动力学规律和Arrhenius方程：

－dC/dt = K’ C

可变形为： ln(Cs/Co)=－K’t 或 Cs=C0e－K’t K’=Ae－ΔE’/ RT K’：营养成分受热分解速率常数（min－1,s－1 ）

ΔE：营养成分受热分解反应的活化能（J/mol） Co：初始营养物质浓度

Cs：时间t后营养物质浓度。

15、采用高温瞬时灭菌法的理论基础（问答）

微生物受热死亡的活化能ΔE比营养成分受热分解的活化能ΔE’大。ΔE大，说明反应速率随温度变化也大；当温度升高，微生物死亡速度比营养成分分解速度快。

当温度升高，微生物死亡速度比营养成分分解速度快。故采取高温瞬时，有利于快速杀灭菌体，而且减少营养的破坏。养分虽因温度增高破坏也增加，但因灭菌时间大为缩短，总破坏量因之减少。

例题： 1.若温度从120℃升至150℃，分别计算120℃和150℃ 下的VB1的分解速率常数KB和嗜热芽孢杆菌的比死亡速率常数Ks；并比较

KB150/KB120; Ks150/Ks120，反映何种规律。

已知ΔEB1 =92114J/mol,AB1=9.30×1010（min-1）; ΔEs = 284460J/mol,As =1.34×1036 (min-1)

2.在120℃下灭菌7.6min，计算此时VC的损失率。(120℃下，若Kc ＝0.055min－1)

3.某厂培养基初始杂菌数为106个/ml, 生产要求最终无菌度为10-3。当发酵容器由1m3放大至10 m3时，总灭菌效果增加多少。

4.发酵培养基60 m3，初始杂菌数为105个/ml, 生产要求最终无菌度为10-3。采用分批灭菌方式，120℃维持5min.已知升温和降温的灭菌效果不超过总灭菌度效果的25％。则所设计的T-t过程是否达到无菌要求。如何改进。

第三章 空气除菌

1、 空气除菌的意义：发酵要求纯种培养

微生物种类： 以细菌和细菌芽孢较多,也有酵母、霉菌和 病毒等 2、好气性发酵对空气无菌度的要求

-3

工业设计要求: 10；概率意义: 经过1000次使用周期中有允许一个杂菌通过 3、空气除菌的方法: 除去或杀灭

①加热灭菌②静电吸附: 能耗小；捕获率低，空气需干燥③介质过滤除菌：

过滤介质：棉花：阻力大，易受潮；活性炭：阻力小，但效率为棉花1/3,与棉花混合使用；玻璃纤维；石棉滤板；烧结材料。 相对过滤（深层过滤）：0.5-2.0 μm颗粒物除去 绝对过滤：d<0.45 μm

4、过滤除菌设备（过滤除菌）

1）深层纤维介质（棉花、活性炭、玻璃纤维）过滤器：填充物顺序：孔板－铁丝网－麻布－棉花－麻布－活性炭－麻布－棉花－麻布－铁丝网－孔板 2) 平板式纤维纸过滤器 5、空气过滤器的尺寸

a.过滤器的直径D（决定了过滤面积）

3

☆ 过滤器的直径D＝ (4V/πvs )1/2 V－空气经过滤器时的体积流量（m3/s）；vs－空容器截面的空气流速（m/s）（一般取0.1－0.3 m/s） b.有效过滤厚度(高度)

经验：上下棉花的厚度为总滤层厚度的1/4－1/3,活性炭层占1/3－1/2 6、空气除菌的要求：无菌、无尘、无油、无水、有压力 7、绝对过滤和深层过滤

绝对过滤：过滤介质孔隙小于微生物而进行的过滤方式。微孔滤膜：0.1～0.5μm（细菌1μm左右） 深层过滤：一定厚度的过滤介质，孔径一般大于细菌，却能达到过滤细菌的效果。 8、过滤除菌机制

惯性碰撞滞留作用；阻拦滞留作用；布朗扩散作用。 9、介质穿透率和过滤效率概念

穿透率：空气残留的颗粒数与空气中原有颗粒数之比 P= Ns/ N0 N0－空气中原有颗粒数 Ns－空气中残留的颗粒数

过滤效率：介质捕获的颗粒数与空气中原有颗粒数之比η＝(N0-Ns)/ N0 ＝1-P 10、对数穿透定律

1) 空气过滤时，颗粒数N随滤床厚度L的增加而递减。 也符合一级反应动力学规律，即： －dN/dL=KN (1) 积分后得： ln（Ns/ N0）＝－K L 也可为： ln P＝－K L K－过滤常数(cm-1)，与气流速度V,纤维直径df，颗粒直径dp 和纤维填充密度有关； L－滤层厚度（cm ） 2) 过滤层厚度： L＝－ln（Ns/ N0）/K 11、空气过滤器的尺寸计算：

（1） 过滤层厚度的计算： L＝－ln（Ns/ N0）/K （2） 过滤器的直径的计算： D滤层＝ 4V Vs V－空气经过滤器时的体积流量（m3/s）； VS－空容器截面的空气流速（m/s）。 12、K值的获得（选择、填空）

K（过滤常数）与空气流速v，介质种类、填充系数、介质直径、颗粒直径等有关。 （1） 实验测定

（2） 通过计算获得：1) L90为η（过滤效率）为90％时的滤层厚度 因为 ln（Ns/ N0）＝ lnP＝ln（1－ η ） ＝－KL

当过滤效率为90％（穿透率为10 % ）时：K＝ - lnP/L90＝-ln10% /L90＝2.303/ L90

直径16μm的玻璃纤维的L90值（考试会给出） 空气流速（m/s） L90（cm） 0.03 4.05 0.15 8.50 0.30 1.52 3.05 0.38 11.70 1.53 单个纤维的总捕获效率η＝η1+η2+η3

η1：惯性碰撞滞留效率；η2：阻拦滞留效率；η3：扩散捕获效率 例题：

1.试设计一台通风量为10m3/min 的棉花纤维过滤器，过滤器使用周期为100h。空气中颗粒数为5000个/m3,通过过滤器无菌要求为10-3。滤层选用df=16μm ,气速Vs=0.1m/s，填充系数α =8%。 求：过滤效率η及滤层厚度L

解：1.P=Ns/N0=10-3/(5000×10×60×100) =3.33×10-12 η=1-P=1-3.33×10-12 2) 表查得K=0.31cm-1, L＝－ln（Ns/ N0）/K

2.一台空气过滤器的通风量为22.5m3/min,过滤器使用周期为100h。空气中颗粒数为1750个/m3,求整个周

4

期通过过滤器无菌要求为10-3时的过滤器的尺寸。若通风量为2.25m3/min,过滤1min后空气中的颗粒数。（介质为df=16μm的玻璃纤维，原空气流速V=1.52m/s, 变化后V=0.15m/s）注：空气流速与过滤效率的关

3.若上题中，采用df=10μm的玻璃纤维作填充介质，计算其滤层厚度。

已知微粒直径dp ＝1μm＝1×10－6m，ρp =1000 kg/m3;纤维直径df =10μm＝1×10－5m, 滑动系数C=1.16,空气空气密度ρ =4.67 kg/m3, 空气黏度μ=1.863×10－5 kg/m.s. 解： L＝－ln（Ns/ N0）/K 4(14.5) K＝ η df(1) 1η2 ＝ [2(1+ NR)ln(1+ NR)- (1+ NR)+ 1/(1+ NR)] 2(2.00lnNRe) 1  [2(1 2X0/df)ln(1 2X0/df )- (1 2X0/df) 1/(1 2X0/df)]32(2.00lnNRe) 第四章 传氧与通气搅拌

1、需氧型发酵的关键问题：提高溶氧速率 解决氧气供应方法：通气与搅拌

通气与搅拌目的： （1） 供应氧气，供微生物生长及代谢；

（2） 使发酵液均匀混合，促进物质传递：底物 发酵液→ 菌体；代谢物质 菌体→ 发酵液. 2、（1）呼吸强度（比耗氧速率）QO2：单位质量干菌体在单位实际内消耗氧的量。单位：mmolO2/（kg干菌体·h）

3

（2）摄氧率γ（耗氧速率）：单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量。单位：mmolO2/（m·h）

3

γ= QO2·X X——细胞浓度，kg（干重）/m 3、传氧与耗氧平衡满足：（需记忆）

**

OTR=KLa（C-CL）= QO2·X 可得： KLa= QO2·X/（C-CL） 4、供氧及供氧方面的阻力

(1)供氧：空气中的氧气从空气泡里通过气膜、气液界面和液膜扩散到液体主流中。 供氧方面的阻力 ：液膜阻力 1/k3 （可示1/ KL）（主要阻力）。

氧是很难溶于水,所以在供氧方面液膜是一个主要障碍，即1/k3 较为显著。 （2）耗氧：指氧分子自液体主流通过液膜、菌丝丛、细胞膜扩散到细胞内。

细胞周围液膜阻力 1/k5;菌丝丛或团内的扩散阻力1/k6 ；细胞膜的阻力 1/k7；细胞内反应阻力1/k8 。 耗氧阻力主要是1/k6和1/k7阻力引起。

结论： 氧的传递过程中，从气相到液相过程是步骤，液膜阻力1/KL控制因素。 提高氧的传递速率，需提高从气相到液相的传质（溶氧）速率。 5、双膜理论

氧溶解过程的双膜理论，其基本论点为（1界面，2膜，3平衡）：

（1）气相与液相主体间存在界面，界面靠气泡一 侧为气膜，液体一侧为液膜。 (2) 氧分子借浓度差扩散透过双膜；氧气从气相到 液相主体 ，阻力来自两膜。 (3) 气、液主体中，氧浓度平衡；气液界面上，氧 浓度平衡，无传质阻力。 6、传氧速率方程

Nα= Nv = kLα(C*－C)= QO2·X 即供氧=耗氧 Nα－体积溶氧速率（kmolO2 / m3.h）； kLα－以(C*－C)为推动力的体积溶氧系数(1/h)； α－单位体积培养液中气液两相的总接触面积（m2/m3）； 7、影响传氧速率的因素

由传氧速率方程：Nv＝kLα(C*－C) 可知，影响传氧速率的因素有溶氧系数kLα和推动力（C*－C）其中： 与推动力（C*－C）有关的：发酵液的深度、罐容、氧分压及发酵液的性质等； 与kLα有关的：搅拌、空气线速度、空气分布器的形式和发酵液的黏度等。 8、体积溶氧系数kLα的测定

5

①亚硫酸盐法测定；②溶氧电极法；③复膜氧电极法 9、搅拌功率的计算（计算题）

当Re≥104时，随Re提高，Np为定值：

园盘六平直叶涡轮 Np＝6.2 ；园盘六弯叶涡轮 Np＝4.7；园盘六箭叶涡轮 Np＝3.7。

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计算 P0 ＝ρNDiNp （不需记忆，注意单位为国际单位） P0―无通气时输入液体功率（W）； ρ―液体密度 (kg/m3) ；N―涡轮转速(r/s)； Di―涡轮直径(m) 。 Michel修正公式：（不须记忆）

230.08

Pg＝2.25×10-3 (PoN Di/ Q) 0. 39

Pg 、Po―通气、不通气时的搅拌功率（KW）；N―搅拌器转速（r/min）； Di―搅拌器直径（cm）；Q―通气量（ml/min）； 求解通气下的机械搅拌功率Pg的过程：

1.先算出Re，后确定出Np;2.根据Np算出不通气下的Po; 3.求出Pg。 验证结果：通气条件下Pg < 不通气条件下的Po 例题：

1.某种细菌发酵罐。罐直径D＝1.8m；园盘六弯叶涡轮Di＝0.60m；一只涡轮。搅拌器转速N＝168 r/min ，通气率Q＝1.42 m3/min，液体密度ρ＝1020 kg/m3，液体粘度μ＝1.96×10－3 N.s/m2。求Pg。

2．通用式发酵罐，已知罐径D＝液层高度HL=2.0m；园盘六箭叶涡轮Di＝0.66m；二只涡轮。搅拌器转速N＝120 r/min ，通风比＝0.5 m3/m3.min，液体密度ρ＝1000 kg/m3，液体粘度μ＝1.0×10－3 N.s/m2 。 求发酵罐的搅拌功率Pg

（通风比＝通风率/有效液体积）

3.发酵罐工作容量12m3,罐径2.2m,通风量5m3/min,通气时搅拌功率11.6Kw,搅拌转速119r/min,反应器中氧C*=0.21mmol/L,试计算当液相中溶氧浓度分别为 0.48mg/L,2.4 mg/L, 4.8 mg/L时的溶氧速率。

4.采用100L通用式发酵罐培养细菌，通风比为0.8L/L.min, kLα=0.0417/s, 确保满足qo2 =8.×10－5 g /g.s(以氧/细胞计)， C=0.2mg/L, C*=7.3mg/L时达到供氧需求平衡，求此时的最大菌体浓度。（通风比＝通风率/体积）

第五章 微生物培养及发酵动力学 （计算可能出在物料衡算或动力学方程）

1、微生物反应过程的质量衡算

碳源+氮源+氧=菌体+有机产物+CO2+H2O 计量关系如下：

对各元素作元素平衡得：

2、呼吸商：RQ= CO2生成速率/O2消耗速率 3、得率系数

YX/S消耗1g或1mol基质获得的干菌体克数，g/g, g/mol; YATP消耗1molATP获得的干菌体克数，g/mol；

YP/S消耗1g或1mol基质获得的干产物克数，g/g, g/mol。 细胞得率（生长得率）:

YX/S＝生产细胞的质量g / 消耗基质的质量g ＝ΔX/（-ΔS）=（X-X0）/(S0-S) 产物得率系数（生产得率系数）：

YP/S＝生产产物的质量g / 消耗基质的质量g ＝ΔP/（-ΔS）=（P-P0）/(S0-S)

6

4、发酵动力学研究内容： 研究细胞生长速度与产物生成速度的关系及环境条件对速度的影响。 第一节微生物生长动力学的基本概念发酵过程的反应描述： X S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物） 一、微生物在一个密闭系统中的生长情况：5、微生物在一个密闭系统中的生长情况： 延迟期：dx0静止期减速期dt 衰亡期指数生长期:max 倍增时间：td 指数生长期 延迟期静止期：dx0;XXmax dt 时间衰亡期:dx0 dt 倍增时间td：菌体细胞质量加倍所需要的时间，td=0.693/μ;指数生长期μ=μm,这时，td=0.693/μm。 6、微生物生长动力学 指数生长方程 ：

dX/dt = （μ－α ）X

X为微生物的菌体浓度，单位体积内干细胞质量（g/L）； μ比生长速率，每单位细胞浓度的生长速率(1/min;1/h)；ɑ为细胞自溶或内源代谢速率，其导致细胞量的损失.

指数生长期：dX/dt = μX， 积分变形为：ln (X/X0) =μt或 t = ln (X/X0) /μ

注： 1）一般情况下，在微生物生长的各阶段，细胞增值规律均符合指数生长定律，但μ值随时间变化； 2）在指数生长期，μ值达最大μm ，且保持稳定；其他生长期， μ值随时间变化。

3）表示微生物生长快慢的另一方法：倍增时间td：菌体细胞质量增加一倍所需的时间td =0.693/μ 7、Monod方程

经验公式：μ＝μm S/ (Ks + S) μ：菌体的生长比速（1/h）； S：性基质浓度（g/L）；Ks：饱和常数(相当于1/2μm时的性基质浓度, g/L ) ；μmax: 最大生长比速（1/h）。 1.2 V1m 0.8 0.6 Vm/20.4 0.2 0Km0200400S6008001000μ：菌体的生长比速；S：性基质浓度；Ks：饱和常数(相当于1/2μm时的性基质浓度, g/L ) ；μmax: 最大生长比速（1/h）。

S《 Ks时，μ∞S直线关系；S 》Ks 时，μ≈μm；Ks与μm反映了微生物的特征：基质；Ks反映微生二、发酵动力学类型（产物形成和菌体生长关系）：物对基质的亲和力：Ks小，亲和力大。

x8、Monod方程的参数求解(双倒数法)： Ks与μm K1K11SS 或 pssmm mmS9、发酵动力学类型（产物形成和菌体生长关系）： 偶联型：产物的形成和菌体的生长相偶联 混合型：产物的形成和菌体的生长部分偶联

Vμ 菌体浓度偶联型：产物的形成和菌体的生长相偶联t7 非偶联型:产物的形成和菌体的生长非偶联 pp浓 度 x x 非偶联型:产物的形成和菌体的生长非偶联t t 混合型：产物的形成和菌体的生长部分偶联 10、分批发酵平衡方程 微生物生长：细胞积累＝生长 dX/dt = μX

产物形成：产物积累＝产物合成 dP/dt = μX · Yp/x = qpX

基质利用：基质积累＝－生长消耗－产物消耗－维持

－dS/dt =－μX/Yx/s－qpX / Yp/s －mX = －qs X －qpX / Yp/s －mX 比速率（μ、qp、qs）：单位时间内单位细胞浓度所引起的细胞生长或产物形成或底物消耗的量。（g /g细胞.h）；生长得率Yx/s ；产物得率 Yp/s。 11、生产得率系数和产物得率系数

（1） 生产得率系数：Yx/s表示每消耗1mol的基质所形成的菌体质量（g） Yx/s ＝ΔX/ΔS＝X-X0/S0-S

（2） 产物得率系数：Yp/s表示每消耗1mol的基质所生成的产物质量（g）

Yp/s ＝ΔP/ΔS＝P-P0/S0-S

12、连续培养（cintinuous culture）又称连续发酵，以一定速度向发酵罐注入新鲜培养基，同时以同速排出培养液。使罐内液量维持恒定，使培养物在恒定状态下生长的培养方法。 13、单罐连续发酵的前提和假设：

1) 稳定状态下物料平衡，参数变化为零：dX/dt=0, dS/dt=0, dP/dt=0； 2) 培养基混合均匀，菌体、基质、含氧等均匀一； 3) 微生物无死亡（α比死亡速率＝0）。 14、稀释率（dilution rate）D

D (1/h)：单位时间内新进入的培养液体积（F）占罐内培养液总体积(V)的分数。 稳定态下: dX/dt =0则：μ＝F/ V；D = F/V,故：D＝ μ D =μ＝F/V，可通过改变F（流加速率）调节μ值：

 D<μ, 则dX/dt >0, 微生物浓度将随时间而增加；

 D>μ, 则dX/dt <0, 微生物浓度将随培养物被洗出（wash out）而减少；

 D＝μ, 则dX/dt ＝0，微生物浓度不随时间而变化，处于恒态― 连续培养稳定状态

注：连续培养的稳定状态下，Yx/s、S0、Ks及μm均定值，故菌种浓度X、底物浓度取决于稀释率D。

连续培养的稳定状态下，X、S0、D为主要变量，其他属于因变量。但当D发生改变，均会造成X、S、μ的变化。

菌种浓度X、基质浓度S、细胞产率P及稀释率D的变化关系如图：

1）菌种浓度X与稀释率D的关系：随D增加，X逐渐减少，起初不明显，当D渐接近Dc＝μm，X急跌至0，微生物全部洗出。

2）基质浓度S与稀释率D的关系：S变化与X相反：一般当D<0.8时,S很小；随D再增大，S急剧上升， 当D渐接近Dc＝μm时，S＝S0。

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3)细胞产率P=DX与稀释率D的关系：随D的增加P逐步增大，可达最大DX值（DmXm），Dm为理论上的最适宜稀释速率。

4)菌种浓度X、基质浓度S、细胞产率P及稀释率D的关系: Dc为临界稀释速率；Dm为理论上的最适宜稀释速率。 例题：(选自贾士儒48－69页)

1. 葡萄糖为基质进行面包酵母（S.cereviseae）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、d。反应式为：

C6H12O6＋3O2＋aNH3 →bC6H10 NO3(面包酵母)＋ cH2O＋dCO2

解：据平衡方程式,可得： C: 6=6b+d

H: 12+3a=10b+2c O: 6+6=3b+c+2d N: a=b

方程联立求解为：a=b＝0.4 c=4.32 d=3.12 上述反应计量关系式为:

C6H12O6＋3O2＋0.48NH3 → 0.48C6H10NO3＋4.32H2O＋ 3.12CO2

2．葡萄糖为碳源，NH3为氮源进行酿酒酵母发酵。呼吸商1.04。消耗100mol葡萄糖和48mol NH3生产了48 mol菌体、312 mol CO2和432molH2O。求氧的消耗量和酵母菌体的化学组成。（呼吸商RQ＝CO2 生成速率/O2消耗速率）

3．葡萄糖为碳源，NH3为氮源进行某细菌的好氧培养。消耗的葡萄糖有2/3的碳源转化为细胞中的碳。反应式为：C6H12O6＋aO2＋bNH3 →c(C4.4OH7.3N0.86O1. 2)＋dH2O＋ eCO2 计算上述反应中的得率系数YX/S 和YX/O 解：据平衡方程式,可得：

C: 6=4.4c＋e H: 12+3b=7.3c+2d O: 6+2a=2.2c+d +2e N: b=0.86c 由于1mol葡萄糖中含碳72g, 转化为细胞内的碳为72×2/3=48(g) 故：（4.4×12）c=48 得： c= 0.91

转化为CO2的碳为72－48＝24（g） 故： 12e=24 e=2 解平衡方程中其他未知数，得： b=0.78; d=3.85; a=1.47 故平衡方程为：

C6H12O6＋1.47O2＋0.78NH3 →0.91(C4.4OH7.3N0.86O1.2)＋3.85H2O＋2CO2

YX/S＝0.91×（12×4.4＋16＋7.3＋14×0.86＋16×1.2）/ 180＝0.46(g/g)(以细胞/葡萄糖计) YX/O＝83.1/（1.47×32）＝1.77(g/g)(以细胞/氧计)

4. 在5m3的培养液中按5%接种量接种，原接种液含菌5×106（个/mL），求菌含量为4×109（个/mL）的培养时间。（假定培养期间均S>>Ks, μm=0.8 h－1）

5. 采用合成培养基，在1m3的反应器中对大肠杆菌进行分批培养，菌体生长可用Monod方程描述。已知μm=0.935 h－1，Ks=0.71 kg/m3,基质初始浓度S=50 kg/m3，菌体初始浓度X0=0.1 kg/m3,菌体得率YX/S=0.6kg/kg(细胞/基质)。问:当80％基质已消耗所需时间。

6.以甘油为基质进行阴沟气杆菌分批培养。时间t=0，X0=0.1g/L, S0=50g/L.，菌体生长可用Monod方程描述，μm=0.85 h－1，Ks=1.23×10－2g/L，YX/S=0.6kg/kg(细胞/葡萄糖)。 不考虑诱导期和死亡期，求培养6h后的菌体浓度及底物浓度。

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2010/7/1

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