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生化反应工程 微生物反应动力学第1页/共126页 3.1 微生物的基本概念第2页/共126页 3.1.1微生物的分类与命名什么是微生物？微生物（Microorganism， microbe）是对那些肉眼不能直接观察到、微小的、但能维持生命并繁殖的生物的通称，包括细菌、放线菌、 真菌、藻类和原生动物等。第3页/共126页 3.1.1.1 微生物的分类根据微生物分类学分类：界（Kingdom）、门（Phylum）、纲（Class）、目（Order）、科（Family）、属（Genus）、种（Species）。种以下有变种（Variety）、型（Form）、品系（Strain）等。根据微生物不同的进化水平和性状上的明显差别可分为：原核微生物：细菌、放线菌等；真核微生物：霉菌、酵母菌等；非细胞微生物：病毒、亚病毒。第4页/共126页 细菌细菌是一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。第5页/共126页 放线菌放线菌是一类主要呈菌丝状生长 和以孢子繁殖的陆生性较强的原核生物。第6页/共126页 酵母菌酵母菌是一个通俗名称，一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。它在酒类酿造中不可缺少。第7页/共126页 霉菌霉菌是丝状真菌的一个俗称，意即“会引起物品霉变的真菌”，通常指那些菌丝体较发达又不产生大型肉质子实体结构的真菌。第8页/共126页 病毒病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子，它们能以感染态和非感染态存在。烟草花叶病毒噬菌体（DNA病毒）第9页/共126页 3.1.1.2 微生物的命名命名方法：“双名法”——属名+种名属名：大写字母开头，是拉丁词的名词，用以描述微生物的主要特征；种名：小写字母打头，是一个拉丁词的形容词，用以描述微生物的次要特征。 例如：Staphylococcus aureus属名：葡萄球菌种名：金黄色所以学名全称是“金黄色葡萄球菌”。第10页/共126页 3.1.2 微生物的化学组成微生物菌体由微生物细胞的元素分析可知，细胞中元素（除碳、氧、氮和氢外）的含量，一般以磷、钾为多，其次是钙、镁、硫、钠、氯、铁、锌、硅等。水分（80%左右）干物质蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸、维生素和无机物等。第11页/共126页 3.1.3 微生物的生长特性由于微生物各类各异，不同微生物的生长特性亦有很大差别。细菌以分裂方式进行繁殖；酵母菌以出芽繁殖、裂殖和芽裂（如同菌丝生长）三种方式；霉菌的生长特性是菌丝伸长和分枝；病毒能在活细胞内繁殖，但不能在一般培养基中繁殖；第12页/共126页 3.2 微生物反应的基本概念第13页/共126页 3.2.1 微生物反应的概念及其优缺点微生物反应是指以微生物细胞为反应主体的一类生物反应过程。优点：反应条件温和；原料丰富——多为农副产品；易于生产高分子化合物及光学活性物质；除了合成的产物外，细胞也是一种产物；菌种可以改良。第14页/共126页 3.2.1 微生物反应的概念及其优缺点微生物反应的缺点：基质转化不完成，副产物的产生；产物的获得受环境因素和细胞内因素的双重影响；因原料为农副产品，价格波动大；生产前准备工作量大，花费高；废水的BOD值较高，需处理后排放。第15页/共126页 3.2.2 影响微生物反应的环境因素一、营养物质主要包括：碳源、氮源、无机元素、微量营养素或生长因子等。定义：是指可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质。作用：是构成细胞物质和供给能量。举例：糖类、淀粉、油脂等。特例：光能自养微生物是利用光为能源，二氧化碳为主要碳源。 碳源第16页/共126页 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。3.2.2 影响微生物反应的环境因素氮源功能：构成细胞的组成成分；作为酶的组成成分；维持酶的作用；调节细胞渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位等。大量：磷、硫、镁、铁、钾、钙等微量：锰，钴，铜，锌等。无机元素第17页/共126页 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生长因子第18页/共126页 3.2.2 影响微生物反应的环境因素二、温度温度影响微生物生长和繁殖的最重要的因素之一。第19页/共126页 3.2.2 影响微生物反应的环境因素三、溶解氧与氧化还原电位Eh根据微生物对氧需求性的不同，可将微生物分为：厌氧型微生物：如产甲烷菌。好氧型微生物：如霉菌。兼性厌氧型微生物：如酵母。溶解氧：溶解在水中的分子态氧。第20页/共126页 3.2.2 影响微生物反应的环境因素三、溶解氧与氧化还原电位Eh厌氧型微生物：+0.1伏；好氧型微生物：+0.1伏，+