生物反应工程考试试卷标准答案

1、生物反应工程考试试卷标准答案、名词解释（10分）流加式操作：先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中， 反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求加入反应器内，以控制限制性 基质浓度保持一定，当反应终止时取出反应物料的操作方式。能量生长偶联型：当有大量合成菌体材料存在时，微生物生长取决于 ATP的供能，这种 生长就是能量生长偶联型。返混：不同停留时间的物料的混合，称为返混。搅拌器轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的转速回转时，用以克服 介质的阻力所需用的功率，简称轴功率。它不包括机械传动的摩擦所消耗的功率，因此 它不是电动机的轴功率。酶的固定化技术

2、：是指将水溶性酶分子通过一定的方式如静电吸附、共价键等与载体结 合，制成固相酶的技术。、请列出下列物理量的数学表达式 （10分）停留时间：.呼吸商：RQ=Qco2/Qo2稀释率：D =匕V、，r-Da 准数：Da =4Nm转化率：;之二SSo三、判断题（10分）1、单罐连续培养稳态下，D= n。（，）2、流加培养达到拟稳态时，D=p。（ V ）3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。（尺）4、Da准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数，Da准数越大，外扩散效率越高。（父）5.酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。（父）四、图形题（15分）图1为酶促反应1/r 1/S曲线，指出曲

3、线I、II中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑 制情况。图2为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所代表的流体类型。曲线I :竞争性抑制曲线H:无抑制图2曲线1:宾汉流体曲线2:胀塑性流体曲线3:牛顿型流体曲线4:拟塑性流体图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率Dcrit和最大生产强度下的稀释率Scrit如图所小。Dm。图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？若S<Scrit,此基质为限制性基质五、简答题 (25分)1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么?答：莫诺方程匕米氏方程的区别如卜表所不0J S莫诺方程：J = maxSKs sr S米氏方程：r吧Km S描述微生物生长

4、描述酶促反应理论推导的机理方程国生长比速(h-1)r ：反应速率(mol/L.h)即ax：取大生长比速(h )rmax：最大反应速率(mol/L.h)S:单一限制性底物浓度(mol/L)S:底物浓度(mol/L)Ks：半饱和常数(mol/L)：米氏常数(mol/L)适用于单一限制性底物、不存在抑制的情况适用于单底物酶促反应不存在抑制的情况2、CSTR、PFR代表什么含义？比较 CSTR型和PFR型酶反应器的性能。答：CSTR代表连续全混流酶反应器。PFR代表连续活塞式酶反应器。CSTR型和PFR型酶反应器的性能比较：1)达到相同转化率，时，PFR型酶反应器所需停留时间较短。2)在相同的停留时间

5、达到相同转化率时，CSTR型反应器所需酶量要大大高于PFR型反 应器。因此一般来说，CSTR型反应器的效果比PFR型差，但是，将多个 CSTR型反应 器串联时，可克服这种不利情况。3)与CSTR型酶反应器相比，PFR型酶反应器中底物浓度较高，而产物浓度较低，因此， 发生底物抑制时，PFR型酶反应器转化率的降低要比 CSTR型剧烈得多；而产物抑制对 CSTR型酶反应器影响更显著。3、何谓恒化器，何谓恒浊器，二者有何区别？答：恒化器、恒浊器指的是两种控制方法。包化器是通过控制流量而达到相应的菌体浓度。恒浊器则是通过监测菌体密度来反馈调节流量。前者通过计量泵、溢流管来保证恒定的流 量；后者通过光电池

6、监测细胞密度，以反馈调节流量来保证细胞密度的恒定。包化器便于控制，其应用更为广泛4、影响kLa的因素有哪些，如何提高kLa或Nv?答：影响kLa的因素有：设备参数如设备结构尺寸、搅拌器直径；操作参数如搅拌转速、通风量；发酵液性质，如流变学性质。提高kLa或Nv的措施有：提高转速N,以提高Pg,从而提高kLa。 增大通风量Q。当Q不大时，增大Q可明显提高kLa；但当Q已较大时，继续提 高Q,将降低Pg,其综合效果不会明显提高 kLa,甚至可能降低，因此有些调节 措施是将提高转速N和增大通风量Q二者结合。 为了提高Nv,除了提高kLa之外，提高C也是可行的方法之一。通入纯氧或在可 . 、.一 .

7、. . 、.一 *行的条件下提高罐内操作压力，均可提高 C 0丝状菌的生长导致发酵液粘度的急剧上升和 kLa的急剧下降。过分提高转速和通 气量可能导致菌丝体的机械破坏和液泛。在此情况下可重复地放出一部分发酵液， 补充新鲜灭菌的等体积培养基，这样可使 kLa大幅度回升。 向发酵液中添加少量氧载体，可提高 kLa5、如何进行流加培养的控制、优化？答：流加培养的控制方法有反馈控制和无反馈控制，前者又包括直接反馈控制和间接反馈控制。流加培养优化是指控制适当的稀释率或菌体生长比速，是生产强度和得率尽可能最大。大量的菌体时产生产物的前提，因此在菌体生长阶段，应控制较高的生长比速，使菌体量快速 增长。进入产

8、物生成阶段后，应控制较低的菌体生长比速，以减少基质的消耗，并保证“壮 龄”细胞在细胞群体中占绝大多数。进行流加培养优化时，还应考虑以下边界条件：1）最大比生长速率，。流加操作拟定态要求D<m。2）临界比生长速率，应满足D ,保证“壮龄”细胞在细胞群体中占绝大多数。3）发酵罐最大允许细胞浓度。4）细胞对底物的耐受力。六、计算题（30分）1、乙醇为基质，通风培养酵母，呼吸商RQ=0.6o反应方程为：C2H5OH+aO2+bNH3c （CHi。75N0。15。0。5）+dCO2+ eH2O求各系数a、b、c、d及菌体得率Yx/s。解：根据元素平衡式有：C:2 = c + d(1)H:6+3b=

9、1.75c+2e(2)O:1+2a=0.5c+2d+eN:b=0.15c(4)已知 RQ=0.6,即 d=0.6a(5)以上5式联立求解，得a=2.394b=0.085c=0.564d=1.436e=2.634因此反应式为：C2H5OH+2.394O2+0.085NH3 0.564 (CHi。75N。15。0。5) +1.436CO2+ 2.634H2O菌体得率 Yx/s=0.564 23.85/46=0.292、推导非竞争性抑制酶促反应动力学方程。3.某微生物的生长可用 Monod方程来描述，并且Nm=0.5/h, Ks=2g/L。连续培养中，流加基 质浓度So=48g/L, Yx/s=0.

10、45g/g,在稳定状态下，菌体的最大生产强度为多少？解：Dm=m1-Ks1/2/(Ks+So)1/2=0.4(1/h)(DX)m=DmYx/s(So-S)= DmYX/SS0-KSDm/(m-Dm)=7.2(g/L.h)因此在稳定状态下菌体的最大生产强度为7.2g/L.h4、在一定的培养条件下培养大肠杆菌，测得实验数据如下表所示。求该条件下，大肠杆菌的最大比生长速率 即和半饱和常数Kso解：计算S/%列入数据表。S(mg/L)613334064102122153170221210即-1)0.060.120.240.310.430.530.600.660.690.700.73S/ Mmg.h/L

11、)100108.3137.5129148.8192.5203.3231.8246.4315.7287.7绘制Ss曲线由图中可知：直线截距为 C=95,斜率为K=0.93，则m=1.08(h"), Ks =Cm =102mg/L = 0.102g/L K5.以葡萄糖为唯一碳源，在通风条件下连续培养Azotobacter vinelandii ,从实验数据中求出碳源维持常数 m=0.910-3mol/g.h,碳源对菌体的理论得率YG=54g/mol,氧的维持常数mo=5.410-3mol/g.h,氧对菌体的理论得率数 m/> mo/, Yg，、Ygo/。解：根据物质能量平衡：m0=mA=1.4 103 6=8.4 10-3(mol/g.h)1Yg1 _1-a(B+),则 YgoAYgoYg6