分子动力学模拟在医学微生物实验教学中的应用

微生物灭菌是涉及生物安全的重要技术。但在医学微生物实验课程中,学生只能从宏观层面感受灭菌效果,不能观察到微生物在微观层面的变化。文章利用分子动力学模拟技术,选择蛋白质、核酸以及细胞膜作为模拟对象,获得它们在高温下的变化过程,为学生理解热力灭菌原理提供了直观的展示。分子动力学模拟技术的引入为医学微生物教学提供重要的技术手段,是提高教学效果的有益辅助。

波动温度下罗非鱼微生物生长动力学模型

构建了恒温下的冷链运输罗非鱼微生物生长动力学模型,得出了温度变化对微生物生长状态的影响,然后对所记录温度进行了处理,并结合Baranyi模型得出了波动温度下微生物的生长动力学模型,并且用模拟试验进行了验证,决定系数为0.956,均方误差为0.165,偏差因子为0.994,准确因子为1.134。结果表明,所构建的微生物生长动力学模型能够拟合实际的冷链物流中罗非鱼微生物的变化情况。

复合固定化微生物脱氮动力学模型研究

以聚乙烯醇、海藻酸钠加活性炭为载体,对硝化和反硝化细菌进行固定,开展硝化和反硝化试验,通过正交试验优化脱氮条件,并分析内扩散影响,建立动力学模型。结果表明,菌体质量分数2.5%,活性炭比重为1%,温度32℃,pH 8.0,脱氮效率达88.35%;内扩散对反应影响可以忽略,可用Monod方程表示反应动力学,动力学参数vmax=2.47×10-3 mg.L-.1s-1,Km=481.38 mg.L-1。

基于Lotka-Volterra的生物浸铀微生物生长动力学模型研究

前人研究表明,生物浸铀过程中浸矿和辅助浸矿微生物两者间存在协同作用,两者相互促进提高生物浸铀效率。浸矿和辅助浸矿微生物是如何相互促进,使彼此更好地得到生长,两者相互促进生长动力学模型是什么?Lotka-Volterra模型被广泛应用在两种间相互作用下生物数量增长模型研究中,对于生物浸铀中浸矿和辅助浸矿微生物生长动力学模型研究具有借鉴意义。由Lotka-Volterra模型得出了浸矿和辅助浸矿微生物独立共生和竞争共生方程,根据浸矿和辅助浸矿微生物协同特性建立了其生长动力学模型,由模型再推导出浸矿和辅助浸矿微生物协同作用稳定态点,该稳定态点与试验结果相差较小,说明生物浸铀浸矿和辅助浸矿微生物生长动力学模型拟合效果较好。将Lotka-Volterra模型应用到生物浸铀中,具有新颖性,提供了新的研究视角,对完善生物浸铀中微生物协同问题、提高生物浸铀效率具有重要的理论与实际意义。

微生物催化大洋多金属结核和黄铁矿共同浸出及反应动力学模型

为了直观地表征大洋多金属矿微生物浸出过程中各因素的相互关系,进行了微生物催化MnO2-FeS2-H2SO4体系的好氧和厌氧浸出实验,利用DLVO理论建立厌氧条件下微生物催化浸出氧化锰矿物中有价金属的动力学模型——收缩核模型.微生物在厌氧条件下催化大洋多金属矿和黄铁矿的氧化还原反应,浸出锰的机理是细菌催化铁离子在二价和三价的循环转化;微生物吸附在矿物表面加速反应的进程,矿物颗粒在反应中不断缩小.进一步实验表明收缩核模型曲线与实验曲线拟合较好,验证了模型的可靠性.

基于Baranyi模型的波动温度下鲐鱼微生物生长动力学模型

以鲐鱼为研究对象,进行恒温下细菌总数的计数并建立基于Baranyi模型的微生物生长动力学模型。对Baranyi模型进行改进,构建波动温度下的微生物生长动力学模型,并运用模拟实验对模型进行验证,验证结果是偏差因子为1.23,准确因子为1.12,表明所构建的微生物生长动力学模型能够很好的拟合波动温度下鲐鱼中微生物的变化情况。

微生物烟气脱硫的生物膜系统动力学模型研究

为了研究生物滴滤塔净化废气中SO2的脱硫机制,文中应用Deep-Biofilm理论和微生物生长动力学方程Monod建立了生物膜脱硫系统的扩散-反应动力学模型,并结合平推流模型对整体塔器的脱硫过程进行了模拟。应用Matlab计算机编程语言对空塔停留时间、进口SO2质量浓度、填料比表面积、递增式进气和稳定式进气等因素对脱硫率的影响进行了数值模拟。与实验结果比较后发现模拟值和实验值吻合良好、日趋重合,证明了该模型的合理性,实现了微生物烟气脱硫技术实际脱除过程的模拟研究。

Grau模型在微生物膜生长动力学中的应用

本文通过测量静态微生物膜上生物量的试验,比较准确地研究了不同负荷下的微生物生长状况以及不同曝气量下微生物变化情况;并应用Grau模型对微生物膜生长动力学过程进行了研究。结果表明:利用Grau模型可以获得微生物膜生长动力学的基本参数。当试验的温度为(22±1)℃时,竖向回转式生物反应器处理生活污水的附着态生物膜的微生物反应速度常数33.59d-1;在污泥去除负荷4.64～11.06d-1时,其COD降解产率为0.5084mgVSS/mgCOD,衰减系数为0.08d-1。

贮藏期间菠菜微生物生长动力学模型的研究

目的研究贮藏期内不同温度下菠菜上的微生物生长趋势。方法将用保鲜膜封装好的菠菜分别置于3℃、15℃、25℃、35℃四个温度下贮藏,定期对菌落总数进行测定。首先,使用修正的Compertz方程建立不同温度下微生物生长的初级模型,其次,结合Belehradek方程讨论微生物的μmax(最大比生长速率)和λ(延滞时间)与温度的关系,并建立微生物生长的二级模型和货架期模型。结果研究认为,修正的Compertz方程能够较好地拟合不同温度下菠菜微生物生长的一级模型,R2均大于0.90;微生物的Nmax随着温度的变化波动不大,平均值为(9.4704±1.1472)lg(CFU/g);μmax随着温度的上升而变大,λ随温度的增加而减小,二级模型为(μmax)1/2=0.0215×[T-(-26.5286)]、(1/λ)1/2=0.0226×[T-(-34.0620)],R2分别为0.9967、0.9461。结论建立了具有较高的拟合度的微生物生长的初级模型、二级模型,也确立了菠菜的微生物货架期模型。

青麦糕中微生物生长动力学模型及货架期研究

研究了一种新型全谷物糕点——青麦糕中微生物的生长动力学模型,并在此基础上对青麦糕货架期进行预测。对青麦糕在4、15、25℃条件下不同时间菌落总数和霉菌的生长情况进行研究,根据Gompertz模型建立4、15、25℃条件下青麦糕中菌落总数和霉菌的生长曲线模型,并建立Belehradek二级模型,研究温度对青麦糕中微生物生长动力学的影响。根据不同模型计算微生物生长动力学参数,并判断青麦糕中微生物的生长规律,进而预测青麦糕在不同贮藏条件下的货架期。结果表明:建立的模型能够很好地预测青麦糕中微生物的生长状态,对青麦糕在4、15、25℃条件下贮藏的菌落总数和霉菌的Gompertz模型进行拟合,R2均大于0.980 0,模型拟合良好。Belehradek二级模型的R2最小为0.868 7,说明温度与μm和λ的线性曲线适合Belehradek二级模型。通过验证,所有模型均可以可靠、快速地预测青麦糕的腐败程度和剩余货架期,从而保证青麦糕产品的食用品质和安全。

微生物共降解动力学模型解析

通过综合性的数学模型 ,详细地分析了微生物的共降解过程机理 .主要影响因素包括关键酶的诱导合成、老化降解、毒性失活、自我恢复、以及能量的调节作用等 .模型模拟了共降解过程中的第一基质对关键酶和微生物生长的影响 ,第二基质的共降解及其毒性抑制和自我恢复作用 ,以及外加能量基质的影响 .讨论了未经驯化培养的低生物量和经过充分驯化培养的高生物量两种情况 .

瓢儿菜采后微生物生长动力学模型研究

以采后瓢儿菜为试验对象,研究了不同贮藏温度下瓢儿菜的微生物生长趋势,建立了瓢儿菜微生物生长动力学模型和微生物货架期预测模型。结果表明:修正的Gompertz方程能够较好地拟合不同温度下瓢儿菜微生物生长的初级模型,其R^2均大于0.90;瓢儿菜的最大菌数Nmax随温度的变化波动不大,平均值为(6.85±0.1265)cfu/g;最大比生长速率μmax随温度的上升而增加,生长延滞时间λ随温度的上升而减小;二级模型为=0.040×[T-(-0.198)]及=0.260×[T-(-3.379)],其R2均大于0.90。通过初级模型和二级模型确立了瓢儿菜的微生物货架期预测模型。

玉米秸秆水解液发酵产微生物油脂的动力学模型研究

对玉米秸秆水解液发酵产微生物油脂动力学进行研究,基于Logistic方程和LuedekingPiret方程分别建立了微生物油脂发酵过程茵体生长和油脂合成随时间变化的数学模型,同时对试验值与模型进行了验证比较,应用气相色谱技术对微生物油脂中的不饱和脂肪酸成分进行分析。结果表明,以玉米秸秆为原料、深黄被孢霉为菌株,好氧间歇发酵,得到生物量为10.63g/L,油脂含量为49.53%。模型模拟计算结果与试验值能较好地吻合,该模型能较好地反映玉米秸秆水解液发酵产微生物油脂发酵的过程。

高压脉冲电场对微生物的致死动力学模型

通过建立微生物存活率与脉冲电场强度的数学模型,电场强度从2.5 kV/cm到20 kV/cm,获得青霉的临界电场强度Ec=2.02kV/cm>大肠杆菌Ec=1.80kV/cm>酵母菌Ec=0.339 kV/cm;而且比较模型的回归系数k,青霉的k值是最小的,酵母菌的k值是最大的,说明酵母菌对电场最敏感,而青霉菌对电场耐受力最强。

某空调系统室内空气微生物湿处理特性及失活动力学模型

以空调系统运行前后室内空气微生物为研究对象,考察肺炎链球菌和青霉菌在不同相对湿度和湿处理时间条件下的存活状况。研究结果表明:空调系统对室内空气微生物污染会产生加重效应;降低相对湿度能够有效抑制肺炎链球菌和青霉菌的存活。通过Origin软件的数据拟合,建立空调系统微生物(肺炎链球菌和青霉菌)在一定相对湿度(50%)条件下的失活动力学模型,该模型为空调系统室内空气微生物污染研究提供重要的理论基础。

某空调系统积尘伴生微生物的热处理特性及失活动力学模型

以空调系统积尘伴生微生物为研究对象,考察了微生物在不同温度和热处理时间条件下的存活状况。研究结果表明,50℃以上10min的热处理能够显著降低空调积尘中微生物的含量。通过Origin软件的数据拟合,建立了空调系统微生物在不同温度条件下的失活动力学模型,该模型为空调系统微生物污染研究提供了理论基础。

微生物自修复混凝土裂缝自修复动力学模型

为了对自修复混凝土自修复过程的详细描述建立统一的数学模型,成型了对照组和试验组试件,通过渗水法和图像处理技术记录了混凝土自修复效果随龄期延长的变化,初步拟合结果显示面积修复率和抗水渗透修复率成正比。以一级动力学模型为基础推导出自修复混凝土裂缝自修复动力学模型,拟合结果显示,该模型对自修复混凝土自修复效果随龄期增长的变化具有较好的拟合效果。以该模型为基础的数据拟合结果显示,对照组的面积修复率小于抗水渗透修复率,二者差值先增大后趋于稳定,试验组面积修复率大于抗水渗透修复率,二者差值先增大后减小。将试验组和对照组作差后可得到修复剂作用动力学模型,进一步求导后可得到修复剂作用修复速率模型,经分析后发现微生物修复剂对裂缝自修复的作用时间为27~32 d。

微生物油藏反应动力学模型的构建

为更深入了解微生物提高原油采收率机理,建立起有实验支持的微生物油藏反应动力学数学模型,从蒙古林油田水样筛选得到的一株能以烃类为唯一碳源高产生物表面活性剂鼠李糖脂的烃降解菌wj-1(经鉴定为铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa),在模拟油藏环境条件下,以石油为唯一碳源对其进行反应动力学研究,基于Logistic方程、Luedeking-Piret方程和物质守恒方程建立了该采油微生物在油藏中的菌体生长、产物合成和营养基质消耗动力学模型,并通过Origin 8.0软件对模型进行非线性拟合,得出了模型参数,经验证,模型预测值与实验值拟合度较高,表明所建立的模型能较好的描述及预测采油微生物在油藏中的反应动力学过程。

油藏微生物驱反应动力学模型及数值模拟方法

结合油藏数值模拟技术,建立油藏微生物驱反应动力学模型以及反应动力学关键参数的计算方法,提出微生物驱过程中原油降黏、地层水增黏、改变油水界面张力等关键提高采收率机制的表征方法,基于胜利油田某试验区油藏数据,建立油藏微生物驱概念模型,开展微生物驱参数敏感性分析,并对微生物驱运移规律及驱油性能进行分析。结果表明:微生物降解原油的程度越大,微生物驱提高采收率的程度越大,呈正相关关系;生物聚合物增黏地层水的程度越大,微生物驱提高采收率的程度越大,但增大幅度逐渐放缓;油藏微生物初始质量分数存在临界值,当大于临界值时,微生物驱才能取得较好的提高采收率效果;微生物降低表面张力的程度存在最佳值,过高或过低均不利于发挥微生物驱油性能;建立的油藏微生物驱反应动力学模型及数值模拟方法能够合理描述和表征油藏微生物驱生长代谢过程和提高采收率关键机制,是一种实用的微生物驱数值模拟方法,可为微生物采油现场方案实施提供可靠的理论依据。

巴氏杀菌奶的微生物生长动力学模型研究

目的通过初级模型和二级模型来描述巴氏杀菌奶中微生物的生长动力学模型。方法样品放置在4、8、16、25、30、37、40和43℃条件下培养,使用IPMP 2013软件进行拟合,初级模型采用Huang模型和Baranyi模型分析不同温度下的生长动力学特征,二级模型采用Ratkowsky平方根模型、Huang平方根模型和Cardinal模型描述温度对其生长速率的影响。结果在所有温度下都能观测到微生物的生长,综合比较2种初级模型的均方根误差(root mean squared error,RMSE)、均方误差(mean squared errorMSE)、赤池信息量准则(Akaike information criterion, AIC)和生长速率,得到2种初级模型具有同等拟合效果;而3种二级模型得到的最低生长温度和最高生长温度分别是-3.191、0.56、-4.962和47.309、45.277、44.408℃。结论 Baranyi模型和Huang模型均适合描述巴氏杀菌奶中微生物菌群的生长,3种二级模型都能用于评价温度对其生长速率的影响,但Ratkowsky平方模型覆盖的温度范围更广,可能更适合描述温度对巴氏杀菌奶中微生物菌群生长的影响。