生化工程自考试题及答案

试题试题试题试题总总总总 4 页第页第页第页第 1 页页页页 生化工程自考试题及答案 培养基中微生物受热死亡的速率与残存的微生物数量成正比，因此培养基 中微生物越多，达到灭菌要求所需时间越短。 （） 深层过滤除菌的设计要以总过滤效果的最高点为设计点。 （） 细胞的比耗氧速率随溶氧浓度的增加而升高，因此在培养过程中要使溶氧 浓度达到或者接近饱和溶氧浓度才能使细胞代谢正常进行。 （） 以空气直线流速相同原则进行空气流量放大时，放大后单位体积培养液在 单位时间内通入的空气量会增加。 （） 动物细胞固定化培养是将动物细胞与水不溶性载体结合起来进行培养， 只 能适用于贴壁依赖性细胞。 （） 发酵液随着离开搅拌器的距离增大粘度上升，则该发酵液是拟塑性流体。 （） 搅拌反应器中挡板的作用是防止湍流在搅拌反应器中出现。 （） 8. 莫诺方程描述的是微生物细胞数量与底物利用之间的关系。 （） 9. 同一搅拌器在相同的转速下，通气比不通气时输入液体的功率低。 （） 10. 细胞在分批培养过程中所处的环境时刻在变化，不能自始至终处于最优条 件，在此意义上分批培养不是好的操作方式。 （） 生物反应器空气流量一般有两种表示方法：1.以单位培养液在单位时间内通入 的空气量（标准状态）来表示, 2. 以操作状态下的空气直线速度 Vs 表示 。 对发酵罐进行比拟放大，已知 1 2 V V =64，D2=4D1，P2=2P1，用空气的截面 直线速度相等作为放大的基准，则放大前后(VVM)之比为 21 。 3. 增加流加物料的进液点是缩短大型反应器 混合时间 的有效方法。 4.以恒定的搅拌叶轮端线速度作为放大原则或者校正原则， 其目的是保护菌体 生长 。 5. 固定化酶使用时的半衰期是指 酶活力降低一半的使用时间。 7. 发酵产物的生成速率与菌体生长速率之间大致存在三种不同类型的关联， 它们是 生长偶联型 、 混合生长偶联型 和 非生长偶联型 。 9. 反应器的 D/H 越小， 越接近全混流 CSTR 型理想反应器， 反应器的 D/H 越大， 越接近 活塞流 PFR 型理想反应器。 10. 空气过滤器操作时，被认为捕集空气中杂菌和尘埃效率高的三个机制是 惯性冲撞 、 拦截 和 布朗扩散。 11. 连续培养时微生物在葡萄糖中的生长符合莫诺方程，m=0.5 h-1， Ks=0.1g/L，D=0.4h-1，则在稳态时微生物的比生长速率 为 0.4h-1 ，流出物中葡 萄糖的浓度为 0.4g/L 。 12发酵罐比拟放大时需要确定的操作参数主要是空气流量、 搅拌转速 和 搅拌功率，需要确定的几何尺寸主要是反应器的 直径和高度 。 生化工程 试题试题试题试题总总总总 4 页第第第第 2 页页页页 13. 连续发酵体系中，Kla=3S-1，氧气的饱和浓度 C*=5ppm，假设在发酵液中 溶解的氧气完全被利用，即发酵液中完全没有氧气，则氧气的传递速率是 15 mg/ls 。 14. Pg 的含义是 通气时发酵罐的搅拌轴功率 。 1.返混现象 反应器中停留时间不同的物料之间的混合称为返混。 2.PFR 模型 活塞流反应器，指反应器中物料的流动状况满足活塞流假设，通过反应器的物 料沿同一方向以相同的速度向前流动，在流动方向上没有物料返混，所有物料在反 应器中的停留时间都是相同的。 3.绝对过滤介质 过滤介质的空隙小于细菌和孢子，当空气通过时微生物被阻留在介质的一侧。 4. 冲出现象 连续培养过程中稀释率大于临界稀释率 Dc， 细胞的生长速率跟不上稀释速率， 反应器中的细胞浓度不断降低，最后细胞从反应器中被洗出。 5. 细胞系 由原代培养产生的，能进行无限次代培养的动植物细胞群称做细胞系。 1 高温短时灭菌的原因是什么？灭菌的两个最主要的控制参数是什么？ 培养基被加热灭菌时，要求即达到灭菌的目的，同时又不破坏或较少破坏培养 基中有用成分。由动力学分析知，微生物受热死亡时的活化能一般要比营养成分热 分解的活化能大得多，这意味着当温度升高时，微生物死亡速率的增加，要比营养 成分破坏速率的增加大得多。所以要采用高温短时的灭菌方法。 灭菌的控制参数是温度和时间。 2. 什么是半连续培养？半连续培养主要有哪两种不同的方式？并说明细胞浓度和 底物浓度的变化特点。 分批培养过程中，于对数生长期的中后期，出现营养物质限制或代谢副产物之 前，取出部分营养液。再补充新鲜的新鲜的培养液。这种反复将分批培养的培养液 部分取出，重新又加入等量的新鲜培养基，使反应器内培养液的总体积保持不变的 培养方式，叫做半连续培养 分为:主要有在取出部分培养液的同时同时取出部分细胞不取出细胞两种方 式。 特点：取出细胞的培养方式，细胞浓度和底物浓度呈上下反复变化特点。 （1 分） 不取出细胞的培养方式， 细胞浓度一直升高， 底物浓度呈上下反复变化特点。 3 说明动态法测量 Kla 的原理和方法 原理： 利用非稳态时，溶氧浓度的变化速率等于溶入的氧浓度和耗氧浓度之差，即： dc/dt=Kla（C*-C）- QO2 X 重排列上式：C=- 1/ Kla（dc/dt + QO2 X）+ C 生化工程 试题试题试题试题总总总总 4 页第第第第 3 页页页页 将非稳态时溶氧浓度 C 对（dc/dt + QO2 X）作图，可得一直线，此直线的斜率 值即为- 1/ Kla。 采用的方法是： A：停止通气，使发酵罐中的溶氧浓度下降。 B：恢复通气（在溶氧浓度降到临界溶氧浓度之前恢复通气） 。 4.双膜理论基本论点是什么？ 1）在气液两个流体间存在界面，在界面两侧各有一层稳定的薄膜，即气膜和 液膜，均呈滞留状态。 2）界面上不存在传递阻力，那么在两相界面上，两相浓度总是相互平衡的。 （2 分） 3）传递阻力都集中在气膜和液膜之中。 5.说明动物细胞连续培养和灌注培养的联系和区别。 联系： 连续培养和灌注培养都是连续向反应器中以一定的速度流加培养基， 并 以相同的流速排出旧的培养基，操作方式相同。 区别： 连续培养模式排出培养基的同时也排出和培养液相同浓度的细胞； 而灌 注培养在排出旧培养液的时候不排除细胞或者排出少量的细胞。 6.酶和细胞的固定化有哪些方法，分别说明这些方法？ 酶和细胞的固定化有载体结合法、交联法和包埋法。 载体结合法是指将酶或细胞通过共价键、离子键、物理吸附等键合力固定到水 不溶性载体上的方法。 交联法是使酶或细胞与具有两个以上官能团的试剂（如戊二醛）进行反应，应 用化学键把酶或细胞固定。 包埋法是将酶包裹在凝胶微小格子内， 或是将酶包裹在半透性聚合物膜内的固 定化方法。 7.生物反应器空气流量的放大原则有哪些？并说明这些放大原则的特点？ 以单位培养液体积中空气流量相同的原则；以空气直线流速相同的原则放大； 以传氧速率常数 KLa 相同的原则放大。 第一个原则特点：VVM 不变，Vs 增加。 第二个原则特点：Vs 不变，VVM 减小。 第三个原则特点：VVM 减小，但是减少倍数小于直线流速相同原则，Vs 增加， 但是增加倍数小于单位培养液体积中空气流量相同的原则。 五、在一连续操作的搅拌槽式反应器中，用乳糖培养大肠杆菌，反应器 的体积为 1L ，加入乳糖的初始浓度为 160mg/L，如果用不同的加料速度 时，结果如下： 流加速率 F(L/h) 底物浓度 S(mg/L) 细胞浓度 X(mg/L) 0.2 4 15.6 0.4 10 15 生化工程 试题试题试题试题总总总总 4 页第第第第 4 页页页页 0.8 40 12 1.0 100 6 求大肠杆菌最大比生长速率 m和 Ks。 解：根据莫诺方程： SK S s m + =，由 =D=F/V，求得一定稀释率下的 ，代入 莫诺方程，只要列出两组方程，解得 m =1.2h-1，Ks=20 mg/L。 六、举例论述溶氧浓度对细胞生长和产物生成影响的不一致性。 很多时候培养的目的是为了取得细胞而是为了获得代谢产物， 溶氧浓度对细胞 生长和产物的生成影响可能是不同的， 即对于细胞生长的最佳氧浓度和产物生成的 影响可能是不同的，不一定就是生成产物的最佳氧浓度。如对于谷氨酸和天冬氨酸 类氨基酸的生产，当溶氧浓度低于临界溶氧浓度时，氨基酸的生产量下降，但是对 于苯丙氨酸， 缬氨酸和亮氨酸的生产， 则在低于临界溶氧浓度时获得最大生产能力。 这是因为谷氨酸和天冬氨酸的生产是通过 TCA 循环进行的，而苯丙氨酸，缬氨酸 和亮氨酸则是通过酵解产物丙酮酸而得到的，供氧充足时，三羧酸循环中间产物丰 富，因此谷氨酸和天冬氨酸的产量就高，供氧不足时，通过三羧酸循环的糖代谢受 阻，因此有利于苯丙氨酸，缬氨酸和亮氨酸的生产。 七、论述生物反应器开发的趋势和未来方向。 1开发活力高和选择性高的生物催化剂将继续占主要地位。 主要途径是利用基因工程技术改变酶的初级结构，定向改造生物细胞，改进酶 和细胞的固定化技术，得到更多的酶活性回收，更长的使用寿命。 2改进生物反应器热量、质量传递的方法， 随生物催化剂比活力的提高，生物反应器的性能受传质传热的限制就急需解 决，必须改进生物反应器传质传热的方法和设施。 3. 生物反应器正向大型化和自动化方向发