生物反应工程期末总结

1、绪论原材料的预处理；生物催化剂的制备；生化反响器及其反响条件的选择和监控; 产物的别离纯化1. 生物技术产品的生产过程主要由哪四个局部组成？12342. 什么是生化反响工程，生化反响工程的研究的主要内容是什么 ？定义：以生化反响动力学为根底，运用传递过程原理及工程学原理与方法，进行生化反响 过程的工程技术分析、开发以及生化反响器的设计、放大、操作控制等综合边缘学科。 主要内容：生物反响动力学和生物反响器的设计，优化和放大3. 生物反响过程的主要特点是什么？1. 采用生物催化剂，反响过程在常温常压下进行，可用DNA重组及原生质体融合技术制备和改造2. 采用可再生资源3. 设备简单，能耗低4. 专

2、一性强，转化率高，制备酶本钱高，发酵过程本钱低，应用广，但反响机理复杂， 较难控制，反响液杂质较多，给提取纯化带来困难。4. 研究方法经验模型法、半经验模型法、数学模型法；多尺度关联分析模型法因次分析法和 计算流体力学研究法第1章1. 酶作为生物催化剂具有那些催化剂的共性和其独特的催化特性？谈谈酶反响专一性的 机制。催化共性：降低反响的活化能，加快生化反响的速率；反响前后状态不变催化特性:高效的催化活性；高度的专一性；酶反响需要辅因子的参与；酶的催化活性可被调控；酶易变性与失活。 机制：锁钥学说；诱导契合学说2. 什么叫抑制剂？某些物质，它们并不引起酶蛋白变性，但能与酶分子上的某些必需基团主要

3、是指活性中 心上的一些基团发生化学反响，因而引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反响速率降低, 能引起这种抑制作用的物质称为抑制剂。3. 简单酶催化反响动力学重点之重点4酶动力学参数的求取方法L-B法、E-H法、H-W法和积分法L-B 法：E-H 法： H-W法: 积分法： 抑制百分数：. 竞争性抑制：mf 非竞争性抑制：i =1- 反竞争性抑制： kd可称为衰变常数。一 kd的倒数称为时间1十 一+0CsCsC S * K m直 /=rS C5mI Cs 蘇乎Ki .(1 Cs) Ci+1/2K称为半衰期，间歇式的反响器中Ci(Cs得率系数对底物的细胞得率系数：消耗1g基质生成细胞的克数称为细胞

4、得率或称生长得率Yx/s非结构模型和结构模型非结构模型：把细胞视为单组分，不考虑细胞内部结构，那么环境变化对细胞组成的影 响可忽略，在此根底上建立的模型。结构模型：考虑细胞内部结构组成变化的根底上建立的模型。3. 细胞反响过程主要特征：细胞是反响过程的主体；本质是酶反响；细胞反响与酶催化有 着明显的不同：复杂反响，多种途径，难以描述。呼吸商RQ:在一定时间内放出的二氧化碳量和消耗的氧气量量为物质的量之比。 绝对速率和比速率绝对速率：指单位时间，单位反响体积某一组分的变化量。比速率:指以单位浓度细胞或单位质量为基准而表示的各个组分的速率。Gaden根据产物生成速率与细胞生长速率之间的关系，将产物

5、形成动力学分为那三种类型？并简述之。1相关模型2局部相关模型3非相关模型限制性底物：某种底物浓度的增加会影响生长速率，而其它营养组分浓度的变化对生长速 率没有影响作用，这种底物称限制性底物。无抑制的细胞生长动力学减速期，指数期monod方程：第3章影响固定化酶动力学的因素有：空间效应包括构象效应和位阻效应、分配效应包括亲水效应、疏水效应和静电效应和 扩散效应包括外扩散效应和内扩散效应。构象效应：在固定化过程中，由于存在着酶和载体的相互作用从而引起酶的活性部位发生 某种扭曲变形，改变了酶活性部位的三维结构，减弱了酶与底物的结合能力。分配效应微环境效应：当固定化酶处在反响体系的主体溶液中时，反响体

6、系成为固液 非均相体系。由于固定化酶的亲水性、疏水性及静电作用等引起固定化酶载体内部底物或 产物浓度与溶液主体浓度不同。影响内扩散有效因子的主要因素有： 颗粒粒度，颗粒活性，孔隙率、孔径以及反响 温度丹克莱尔数Da、梯勒模数 、Biot数： 表观梯勒模数：对零级反响动力学：k022Cs=Cso +莎r 第F4 章操作模型得到的主要结果e1什么叫BSTR CSTR，CPFR请根据物料衡算写出其操作模型方程，即反响时间与反响 速率的关系方程。一 Cs gCs|1分批操作的搅拌槽式反响器BSTR间歇操作反响器cs dc sCSTR连续操作的搅拌槽式CPVR连续操作管式反响器|_FBQ恒速流加与指数流

7、加的定义及主要特征，恒速流加：以恒定的速率流加限制性底物的一种最简单的流加操作方式。指数流加：使加料速率按指数规律增加，以使限制性底物浓度维持不变，故称为指数流加 指数流加可使生长比速率恒定。变速流加：以反响流加为主。理想流动的反响器的模型方程全混流反响器：平推流反响器：_ CSo -CS _ QXs-md:=0对单级CSTR稳态条件下，应存在 = 0可得 D这是单级CSTF进行细胞反响的的主要操作特性表示了恒化器的主要操作特性对于符合Monod模型的简单细胞反响，假设以单位时间单位体积的细胞产量细胞产率PX为优化目标函数，Px 二 J 二 jCx DCxKsD定义稀释率空速rsrs得 Px

8、=DYx/sC5 _丁： DCS=CS0寸DC时，CSTF出口物料中细胞浓度为0,此时反响器处于“洗出操 因此操作要控制D小于DC当PX为最大时，相应的稀释率称为最正确稀释率 DOPtD 反响器中细胞浓度为 稀释度的极限值：当 当稀释度到达极限值 作状态CS=CS0 。在一带循环的CSTF中进行下述细胞培养过程第5章1溶氧法的优点是只需测定溶氧浓度 Cl随时间变化曲线，非常方便地求出 kLa.2. 简述影响体积传质系数kLa的因素： 物系的性质粘度，扩散系数，外表张力； 操作条件温度，压力，通气量，搅拌转数；反响器的结构反响器的结构型式，搅拌器结构，搅拌方式。3. 写出三种测定体积传质系数的原

9、理，并分析这三种方法的优缺点。 亚硫酸氧化法，动态法，物料平衡法氧的传液速率(OTR) (Oxygen Transfer Rate)在稳态下OTR = kL a ( e OL _ eOL )ifOUR = OTR，即 dCOL =0,dtOTR&动态法测kLa 一体积传氧系数h体积传质系数某时刻停止通气：OUR氧气的消耗速率，OUR=Qo2Cx。qo2为氧气的比消耗速率，ex为细胞浓度 临界溶氧浓度：第6章1停留时间分布的定量描述有两种方法，分别是什么？并简述其概念和特点。1停留时间分布密度Et其中停留时间介于t和t+dt之间的流体粒子 t称为停留时间分布密度。定义：在同时进入系统的N个流体离

10、子中， 所占有的分率dMN定义为E tdt,那么Et 介于o到t的物料粒子所占的分数2停留时间分布函数Ft 定义：流过系统的物料粒子中停留时间小于2、停留时间分布的实验测定方法是什么？它又可以分为几种方法？并简述之。方法：示踪应答法(脉冲法，阶跃法和周期输入法)脉冲法：在设备内流体流动到达稳定后，在一极短的时间内，在系统入口处向流进系统的 流体参加一定量的示踪剂，同时在出口处检测流出物料中示踪剂浓度随时间的变化。阶跃法：将系统中做稳态流动的流体切换为流量相同的含有示踪剂的流体(升阶法)，或相反(降阶法)。3、宏观流体与微观流体宏观流体：微团尺度上完全不混微观流体：物料系统反响过程和微团尺度上完

11、全混合4、停留时间分布的统计特征值有那两个？并简述其特点。统计特征值：数学期望和方差5、常用的非理想流动模型有那些？如何求得模型参数？槽列模型(多级CSTR串联模型)；轴向扩散模型；组合模型6、多级串联模型参数N对于实际反响器，求取N的方法如下。1) 实验测定实际反响器的F(t)t或E(t)t ;2) 计算：3) 计算巧2瓦tE(t)计算：七逻E(t)4) 计算 N:、t2E(t) 2_2 0厂求出N后，即可按t N级串联全混流模型对实际反响器进行有关计算。t E(t)第7章1. 动物细胞培养过程同微生物相比的缺点(1) 必须用复杂且本钱高的培养基来培养(2) 生长速率慢，易被微生物污染。(3

12、) 代谢产物抑制(4) 对机械冲击的抵抗能力差。2. 理想的模型建立通常要考虑哪些方面？(1) 要明确建立模型的目的(2) 明确地给出建立模型的假定条件(3) 希望所含有的参数，能够通过实验逐个确定(4) 模型应尽可能简单。3. 生物反响器放大的方法有哪些？答：理论方法：计算流体力学法半理论半经验方法：根底模型法因次分析法缩小-放大法以及机理分析(时间常数分析法)经验放大法：P/Vl，Ka等4. 放大准那么：反响器的几何特征氧的体积传递系数kLa最大剪切力单位液体体积的功率输入(P/Vl)单位反响器有效体积的通气速率(Vg/VR或VVM通气表观线速度us混合时间 t m搅拌雷诺数 ReM动量因子5. 生物反响器放