生化反应工程原理

填空题1理想的酶反应器主要有两种：CPFR和CSTR2养的传递有串联模型和并联模型（不好这样说）3KLa中a大小取决于所设计的空气分布器，空气流动速率，反应器的体积和空气泡的直径等且空气泡的直径越小，越有利于传递4D二（Km+C）（1—C*）的物理意义是最大反应速率和最大传质速率之比。Da准数越小，固定化酶a C*表面浓度[S]s越是接近主题浓度⑸,辨明最大传质速率越是大于最大反应速率，为反应控制。Da准数越小，越好。内部扩散与催化反应是同时进行的，二者相互影响，外扩散通常是先于反应。影响固定化酶促反应的蛀牙因素是：分子构象的改变，位阻效应，微扰效应，分配效应和扩散效应7有效电子数：当1mol碳源完全氧化时，所需要氧的摩尔系数的4倍称为基质的有效电子数若碳源为葡萄糖，其完全燃烧是每摩尔葡萄糖需要6mol,所以有效电子数是24,氧化一个有效电子伴随着Y焓值变化109.0KJ.即Y二丁kJ109.08通过对细胞和环境之间能量的交换关系的研究，为培养基中（组分）的选择提供参考9影响酶催化反应的环境因素有（温度），（pH），浓度等。影响酶催化反应的浓度因素有（物浓度）和（效应物浓度）。影响酶催化反应的最基本的因素是（浓度）。10反应器放大的目的是使产品的（质优）和（成本低效益好）；必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境（相同）。若要消除外扩散限制效应，最常用的方法是（）；若是要消除内扩散限制效应，最常用的方法是（）。影响机械通气搅拌发酵过程中体系溶氧系数的因素有（操作变量），（培养液的理化性质），（反应器的结构）。13根据Garden模型，如果产物和细胞的速率■时间曲线的变化趋势同步，则该产物的生成模型是（）对米氏方程的讨论rr当CS«Km时，r=-^axC，属一级反应。当CS»Km时，r=r，属零级反应。当CS=Km时，r=^max。KS max 2mKm在数量上等于反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。Km是酶的特性常数：与pH、温度、离子强度、酶及底物种类有关，与酶浓度无关，可以鉴定酶O1/Km近似表示酶对底物的亲和力：1/Km越大、亲和力越大17抑制作用的分类不可逆抑制与可逆抑制。可逆抑制：竞争性抑制，非竞争性抑制，反竞争性抑制。18固定化对酶性质的影响底物专一性的改变，稳定性增强，最适pH值和最适温度变化，动力学参数的变化。rDa准数：Da=fl。当Da>>1时，CT0弭T0过程为外扩散控制。当Da<<1时，NSSoutmaxCTC弭T1过程为反应控制SSSoutDa准数是决定效率因子耳和比浓度C*的唯一参数，因而是表征传质过程对反应速率影响的基out本准数。21为提高固定化酶外扩散效率，应设法减小Da准数。减小Da准数的措施:降低固定化酶颗粒的粒径，增大比表面积，但由于粒径减小会伴随压降增加，因此应用中综合考虑，确定合适的粒径和使固定化酶表面流体处于湍流状态以增大。22为提高固定化酶内扩散效率，应设法减小机减小©的措施主要是适当降低固定化酶颗粒粒径。23能量生长偶联型与能量生长非偶联型：当构成菌体的材料充裕时，菌体的生长受制于ATP的供应，这种生长就是能量偶联型生长；反之，在ATP供应充分，而合成细胞的材料受限制时，这时的生长就是能量生长非偶联型，即与ATP供应无关，此时，大量的ATP在ATP酶的作用下被降解，以热能的形式释放出大量的热量形成发酵热异常升高。对能量偶联型生长，大约在10左右；非能量偶联型生长，

大大低于10；24mm值基本接近，是同一个数量级。Ks和mm值不仅随菌种而异，对不同的限制性基质也不同。Ks的意义:Ks越小，则S增加少许，m增加很大，所以Ks越小，m就越敏感。Ks可以表示菌体细胞与基质亲和力的关系。25单一限制性底物，临界底物浓度是指达到化的最低底物浓度Scr.To若S<Scrit，则为限制性底物，若S〉Scrit，则为非限制性底物。 m Cr，26发酵过程的操作方式：分批式操作，连续式操作，流加式操作。反复批式操作，反复半批式操作27连续式操作稳态操作的条件：稳态下，D=M，当时D ，STS，此时，XT0m0uS故定义临界稀释率D为：D= m~0，通常情况下，KS«Sn，故有：D—Rcrit critK+S Sn crit mS0可见，用单级恒化器连续培养菌体的稳态操作应有D<U，而当D>U时，反应器中菌体浓度终mm将全部被冲出（wash-out），称为冲出现象。28评价通风生化反应器的两个重要指标：kLa值和单位溶解氧的能耗（Np）。29提咼氧传递速率Na的两条途径：提咼氧传质推动力（C*-C），提咼kL值。La3n反应器中气泡流动方式分为两类：一类是气泡自由上升，如在鼓泡罐、塔式反应器、气升式反应器和工业中常用的搅拌罐等中；另一类呈咼湍流型，主要是实验室中使用的反应器及小型搅拌罐中。31体积传质系数的测定：亚硫酸盐法，动态法，稳态法，葡萄糖氧化法。32主动传递中，C2>C]‘△G>0,自由能增加；被动传递中，C2<C],AG<0,自由能减少。主动传递中，推动力是靠ATP水解释放的能量来进行的。促进传递是借助载体分子完成的。33理想的酶反应器：CPFR型酶反应器也称为活塞流式反应器或平推流式反应器.CSTR型酶反应器：continuousstirreactor.生物反应器放大的目：依据小的生物反应器的结构、操作条件和生物反应特征，来确定大型生物反应器的结构、操作条件，以使在大型生物反应器中进行的生物反应达到或超过在小的生物反应器中的成绩。须明确两点：反应是如何进行的，即所期望的生化反应是通过何种渠道完成的。生物化学反应中哪些反应的反应速度快、哪些反应的反应速度慢。生物反应器的放大方法可分为:（1）数学模拟放大；（2）因次分析法放大（3）经验法则放大（包括反复实验法、部分解析法放大等）。生物反应器设计的主要目标：使产品的产量咼质量咼、成本低生物团块反应器按催化剂运动状态划分又可分填充床、流化床、生物转盘等多种型式的生物反应器。填充床型反应器（PBR） 流化床型反应器（FBR）38生化反应的反应器：生物膜反应器（MBR）利用膜的分离功能，同时完成反应和分离过程的反应器39生物反应器的放大的目标：使大型生物反应器性能与小型反应器接近，从而使大型反应器生产效率与小型生产设备反应器相似。放大方法从目前情况来看，主要有经验放大法、因次分析法、时间常数法、数学模拟法等。公式题r1外扩散效率因子：耳=-^utoutr3错呼吸商5莫诺方程RQ—0CO生成速率 2 CO消耗速率2u [S]U maxK+[S]Sr2内扩散效率因子：耳=+inr0r[S]4米氏方程：r—呼K+[S]S6细胞得率（生长得率Yx/S）:Y—X/S X/SAS7某一瞬间细胞得率称为微分（瞬时）细胞得率：YX/SdX_r_dX/dt

dS]_-T_d[S]/dt

sd[p] dX8代谢产物生成速率：r二二Y =—YpdtP/Xdt1d[p]"[S]最后一步应为Yp/sP/Xdt9代谢产物比生成速率：Q=匸pXdX10生长速率：r= =卩XXdt_d[S]_sdt12基质消耗速率：—rdt二Y卩P/X=~Yp/x"最后一步有歧义11比生长速率：卩二答Xdtr—X-YX/S13基质比消耗速率：vX豊错了，是dSXdtAX YM_ _ ——SAATP YATP/S16固定化酶颗粒酶表面的扩散速率：N_ka([S]—[S])sL s14基于基质异化代谢产生ATP为基准生成细胞量的细胞得率：YA