生化反应工程微生物反应动力学3.1微生物的基本概念3.1.1微生物的分类与命名3.1.1.1微生物的分类细菌放线菌酵母菌霉菌病毒3.1.1.2微生物的命名3.1.2微生物的化学组成3.1.3微生物的生长特性3.2.1微生物反应的概念及其优缺点3.2.1微生物反应的概念及其优缺点3.2.2影响微生物反应的环境因素定义：主要是提供合成原生质和细胞其它结构的原料，一般不提供能量。举例：硫氨、尿素、豆饼和玉米浆等。作用：维持正常生活所不可缺少的，但其需要量又不大。举例：维生素、氨基酸和嘌呤、嘧啶。3.2.2影响微生物反应的环境因素3.2.2影响微生物反应的环境因素3.2.2影响微生物反应的环境因素3.2.2影响微生物反应的环境因素3.2.2影响微生物反应的环境因素3.2.2影响微生物反应的环境因素3.3.1微生物反应过程计量学对各元素做元素平衡，得到如下方程组：3.3.1微生物反应过程计量学例：某以葡萄糖为底物的微生物细胞培养过程，有2/3的碳转化为细胞。其细胞培养的反应方程为C6H12O6+aNH3+bO2=cC4.4H7.3O1.2N0.86+dH2O+eCO2葡萄糖微生物细胞（1）试确定计量系数a、b、c、d、e；（2）试计算呼吸商RQ。解：（1）细胞反应的方程式系数的计算根据题意2/3葡萄糖转化为微生物细胞的C元素为：则有：转化为CO2的C元素为：则：对N元素平衡，有：对H元素平衡，有：对O元素平衡，有：所以：a=0.782，b=1.473，c=0.909，d=3.855，e=2（2）呼吸商RQ的计算3.3.2微生物反应过程的得率系数3.3.2微生物反应过程的得率系数得率例1：某以葡萄糖为底物的微生物细胞培养过程，有2/3的碳转化为细胞。其细胞培养的反应方程为C6H12O6+0.782NH3+1.473O2=0.909C4.4H7.3O1.2N0.86+3.855H2O+2CO2试计算其底物对细胞的得率YX/S。例2.葡萄糖为碳源进行酿酒酵母培养，呼吸商为1.04，氨为氮源。消耗100mol葡萄糖和48mol氨，生成菌体48mol、二氧化碳312mol和水432mol。求氧的消耗量和酵母菌体的化学组成。例3.在啤酒酵母的生长试验中，消耗了0.2kg葡萄糖和0.0672kgO2，生成0.0746kg酵母细胞和0.121kgCO2,请写出该反应的质量平衡式，并计算酵母得率YX/S和呼吸商QR。当基质为碳源，无论是好氧培养还是厌氧培养，碳源的一部分被同化为细胞的组成成分，其余部分被异化分解为CO2和代谢产物。与碳元素相关的细胞得率Yc可由下式表示式中Xc和Sc分别为单位质量细胞和单位质量基质中所含碳元素量。Yc值一般小于1，为0.4—0.9。微生物反应的特点之一是通过呼吸链（电子传递）氧化磷酸化生成ATP。在氧化过程中，可通过有效电子数来推算碳源的能量。当1mol碳源完全氧化时，所需要氧的mol数的4倍称为该基质的有效电子数。定义式：该细胞得率表示微生物细胞与所释放的热量相关联。定义式：以基质异化代谢产生ATP为基准生成的细胞量的细胞得率YATP的定义式：例4.乙醇为基质好氧培养酵母，反应式为：C2H5OH+0.085NH3+2.394O2→0.564(CH1.75N0.15O0.5)+2.634H2O+1.436CO2求YX/S、YX/O、YC、Yave-。1mol乙醇完全燃烧需要的氧为3mol，有效电子数为12。3.3.3微生物反应过程中的能量衡算3.3.3微生物反应过程中的能量衡算3.3.3微生物反应过程中的能量衡算利用YkJ表示为生物反应过程对能量利用，有：3.3.3微生物反应过程中的能量衡算例5：以葡萄糖作为能源时：以甘露醇作为能源时：当采用葡萄糖为唯一碳源的基本培养基进行微生物的好氧培养时，葡萄糖既作为能源，又作为构成细胞的材料。反应过程可表示为厌氧培养中，P62页。一般规律：能量生长偶联型生长YkJ值较大，能量利用率较高；能量生长非偶联型生长YkJ值较小，能量利用率较低。反应热(代谢热、发酵热)例6：葡萄糖为唯一碳源进行酵母培养，反应式为1.11C6H12O6+2.10O2C3.92H6.5O1.94+2.75CO2+3.42H2O求(1)YX/S;(2)生成1kg细胞量时的△Hh。已知酵母细胞和葡萄糖的燃烧热分别为1.50×104kJ/kg和1.59×104kJ/kg。解：YX/S=例7：酿酒酵母在复合培养基中以葡萄糖为能源厌氧培养，反应平衡式为：C6H12O6+1.002O2+0.284NH31.670CH1.83O0.50N0.17+1.065C2H6O+2.196CO2+1.65H2O求