第四章 微生物反應(yīng)器操作習(xí)題

1、第四章 微生物反應(yīng)器操作1.請用簡圖分別給出分批操作、流加操作和連續(xù)操作中反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)液體積隨時(shí)間的變化曲線。2.用簡圖給出分批培養(yǎng)中初始基質(zhì)濃度與最大菌體濃度之間的相互關(guān)系。3.請給出分批培養(yǎng)、反復(fù)分批培養(yǎng)、流加培養(yǎng)、反復(fù)流加培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)中產(chǎn)物生成速率,并進(jìn)行比較。4. 何為連續(xù)培養(yǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)?當(dāng)0=dtP d dt S d dt dX 時(shí),一定是穩(wěn)定狀態(tài)嗎? 5. 在微生物分批培養(yǎng)的誘導(dǎo)期中,細(xì)胞接種量X 0 ,生成的細(xì)胞量為X A 0 ,此間死亡細(xì)胞量為X DO ,已知A A f X X =00X 。生成的細(xì)胞在接種t l 時(shí)間后開始指數(shù)型繁殖, t l 以后的細(xì)胞量為X,請推導(dǎo)出的關(guān)

2、系式。f A 分別等于0,0.2,0.4,0.6,0.8,并作圖表示出。(l t f X =6.一定的培養(yǎng)體系中細(xì)胞以一定的比生長速率進(jìn)行生長繁殖,如果計(jì)劃流加新鮮培養(yǎng)基,同時(shí)保證細(xì)胞的生長速率不變,請問如何確定新鮮培養(yǎng)基的流加速度。7. 試比較微生物分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)兩種操作中的細(xì)胞生長速率。微生物的生長可采用Monod方程表達(dá)。8. 面包酵母連續(xù)培養(yǎng)中,菌體濃度為10kg/m 3,菌體生成速度為10kg/h,求流加培養(yǎng)基中基質(zhì)(乙醇濃度及培養(yǎng)液的量。稀釋率1.0=D h-1,Y X/S =0.5kg/kg (以細(xì)胞/基質(zhì)計(jì),可采用Monod 方程,已知 max = 0.15h -1,K S

3、 = 0.05kg /m 3。 9.恒化器進(jìn)行具有抑制作用的連續(xù)培養(yǎng),比生長速率可由式S i i S C K C K S+=1(max 給出,其中g(shù) g Y L g C L g K S X i S /1.0,/05.0,/0.1=( 以細(xì)胞/ 基質(zhì)計(jì), L g X L g C S /05.0,/0.100=,求菌體的最大生產(chǎn)速率與相應(yīng)的稀釋率D max ,并與沒有抑制時(shí)相比較。10. 一種細(xì)菌連續(xù)(恒化器培養(yǎng)中獲得如下數(shù)據(jù)。 為比生長速率,S 為限制性基質(zhì)濃度,若反應(yīng)適用Monod 方程,求 和。 11. 以碳源為限制基質(zhì)的連續(xù)發(fā)酵過程中,有一位研究者在研究溫度對細(xì)胞得率的影響時(shí),發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度高

4、于最適生長溫度時(shí),細(xì)胞得率下降。對此現(xiàn)象一般的解釋是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)為維持細(xì)胞活力所消耗的能量增加的緣故。但是,有些研究者研究提出細(xì)胞得率在穩(wěn)態(tài)下下降是因?yàn)榧?xì)胞本身活力降低。這一解釋也有道理,因?yàn)榧?xì)胞的死亡率是溫度的函數(shù)。(1請你利用關(guān)于連續(xù)培養(yǎng)理論,解釋上述溫度對細(xì)胞得率影響的兩種理由。(2如何設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)來證明在(1中所導(dǎo)出的方程式的真實(shí)性?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)步驟、所需的分析方法及數(shù)據(jù)處理。12.連續(xù)培養(yǎng)是一個(gè)求微生物生長參數(shù)的好工具。在一連續(xù)培養(yǎng)中,如果稀釋率等于0.5h -1 時(shí)發(fā)生“沖出”現(xiàn)象。因此,微生物菌懸液的光密度,在4h 中由1.00 降到0.60。(1求此微生物的max 。(2當(dāng)稀釋率降至(把流速降低些0.2 h -1 后,不再有洗出現(xiàn)象,漸漸達(dá)到一穩(wěn)態(tài);如果此時(shí)微生物所用的限制底物的K S 為2g/L,試問在此穩(wěn)態(tài)下,罐內(nèi)基質(zhì)濃度為多少?解:(1連續(xù)培養(yǎng)中,發(fā)生沖出現(xiàn)象時(shí),X D dtdX (max = (邊界條件:0,0X X t = 積分,得:t D X X (ln max 0max =+=+=h X X t D (2連續(xù)培養(yǎng)穩(wěn)態(tài)下,罐內(nèi)基質(zhì)濃度/(35.2213.分批式培養(yǎng)酵母菌(葡萄糖為碳源,好氧,30°C,自對數(shù)培養(yǎng)期的中期開始,連續(xù)流加新鮮培養(yǎng)基,稀釋率為。獲得如下結(jié)果,已知限制性基質(zhì)濃度比基質(zhì)飽和系數(shù)大很多,求此條件下酵母菌的