发酵工程原理课后习题

发酵动力学习题

第一章

1. 硫杆菌将硫氧化为硫酸，∆G0=-494 kJ/mol，同化1g碳需氧化30 g硫，求硫杆菌生长的标准自由能效率。

2. Spirophyllum ferrugineum将FeCO3氧化，利用其自由能固定CO2，生成Fe(OH)3，因而将将铁矿石中的铁溶出。反应如下：

4FeCO3+O2+6H2O−→4Fe(OH)3+4CO2, ∆G0=-41.9 kJ/mol

若标准自由能效率为0.03，生成1 g菌体要氧化多少FeCO3？

3. 氢单孢菌进行以下反应：

H2+1/2 O2−→H2O ∆G0=-240 kJ/mol

固定1 mol CO2氧化7 mol H2，求标准自由能效率。

4. 将S. agalactiae在含有葡萄糖和酪蛋白水解物的复合培养基中培养时，菌体的生长得率Y X/S为21.4 g菌体/mol葡萄糖,乳酸、醋酸、甲酸和乙醇的得率（Y P/S）分别为1.50，0.25，0.33和0.14 g/mol。计算-∆H C和Y C。

5. 将Aerobacter aerogenes在以葡萄糖为唯一碳源的基本培养基中培养时，得到以下数据：μ=0.4 h-1，Q S=15.4 mmol/g/h，Q P=10.2 mmol/g/h。假定同化的葡萄糖不产生ATP，1 mol葡萄糖异化代谢形成丙酮酸时产生2 mol ATP，每形成1 mol醋酸时则形成1 mol ATP，求Y ATP。

6. 在以葡萄糖为唯一碳源的培养基中连续培养Rhodopseudomonas spheroides时得到如下结果：

μ (h-1) Q S (mmol/gh) Q O2 (mmol/gh) Q CO2 (mmol/gh)

0.051 0.70 1.44 1.66

0.097 1.09 2.28 2.36

0.143 1.77 2.64 2.72

0.167 1.89 3.57 3.48

问该过程是否有产物形成？计算Q P，RQ，Y X/O，Y X/S，m O，以及Y GO（已知α3＝72 g C/mol，α2＝0.5 g/g，B=42 mmol/g）。

7. 大肠杆菌DH5α及其耐乙酸突变株DA19在基本培养基中分批培养，结果如下：

菌株菌体浓度(g/L) 乙酸(g/L) μ max (h-1) Y X/G (g/g) Y A/X (g/g)

DH5α0.46 0.60 0.16 0.24 1.31

DA19 0.69 0.20 0.48 0.36 0.28

已知DH5α的菌体含碳量为0.44705％，DA19的菌体含碳量为0.46125％，根据两个菌株在分批培养过程中的菌体关于葡萄糖的得率Y X/S，乙酸关于葡萄糖的得率Y A/S，计算二者葡萄糖异化代谢占所耗葡萄糖的比例，以及通过TCA循环消耗葡萄糖的比例，并加以讨论。

8. 大肠杆菌DH5a和DA19的菌体组成分别可用CH1.756O0.506N0.217和CH1.763O0.480N0.224（分别含灰分7.310和5.505％），在基本培养基中分批发酵有产物乙酸形成（见上表）。建立两个菌株的化学计量关系方程，计算碳平衡和可利用电子平衡。

第三章分批培养

1. 某微生物在一含0.3 %（w/v）葡萄糖的简单培养基中培养，其在波长420nm的光密度（OD420）随时间的变化见下表第一列。将同一微生物接种到一含0.15%葡萄糖和0.15%乳糖培养基中，OD420随培养时间的变化见下表第二列。如果OD420与菌体浓度有线性关系，而且0.175光密度相当于0.1

mg 干菌体/ml 。假定培养结束时营养耗尽，根据下表数据求出最大比生长速率μmax ，延迟期t lag ，总菌体得率（Y X/S ），并解释两种情况菌体生长曲线的差别。

时间(h) OD 420 (1) OD 420 (2) 时间(h)

OD 420 (1) OD 420 (2) 0 0.06 0.06 4.5 0.44* 0.43 0.5 0.08 0.06 5.0 0.52* 0.48 1.0 0.11 0.06 5.5 0.52* 0.50 1.5 0.14 0.07 6.0 0.52 2.0 0.20 0.10 6.5 0.30* 2.5 0.26 0.13 7.0 0.42* 3.0 0.37 0.18 7.5 0.50* 3.5 0.49 0.26 8.0 0.50* 4.0 0.35* 0.32

*测定OD 时将样品稀释一倍。

2. 发现一种新的微生物，每次分裂得到3个子细胞。从以下的生长数据计算该微生物连续两次分裂之间的时间间隔。

时间(h)

X (g/L) 0 0.10 0.5 0.15 1.0 0.23 1.5 0.34 2.0

0.51

3. 大肠杆菌DH5α及其耐乙酸突变株DA19在以葡萄糖为限制性底物的基本培养基中分批培养，结果见下表。已知乙酸对大肠杆菌的生长具有抑制作用，当大肠杆菌的比生长速率不超过临界比生长速率μc 时，没有乙酸生成，当比生长速率超过μc 时，乙酸比生产速率随比生长速率的增加而指数增

说明：大肠杆菌的生长速率可用式(1)表示，乙酸生产速率可用式(2)表示：

A

K K S K S

I I

S m ++=

μμ

(1) ⎩⎨

⎧≤>--=)

(0

)(]1)[exp(c c c A Q μμμμμμα

(2)

其中S 为葡萄糖浓度，A 为乙酸浓度。

4. 甘油发酵培养基含不同玉米浆时结果见下3个表。计算甘油生产菌株的Y G 、m 、Y P ，以及不同玉米浆浓度下葡萄糖用于菌体生长、维持和甘油合成的比例。