生物反应工程原理.docx

第一章 生物工程导论1.生化反应工程的概念以生物反应动力学为基础，利用化学工程方法研究生物反应过程的一门学科。2.生化反应工程研究对象研究生物反应动力学 反应器设计3.生化反应特点优点：反应条件温和 设备简单 同一设备进行多种反应 通过改良菌种提高产量缺点：产物浓度低，提取难度大 废水中的COD和BOD较高 前期准备工作量大 菌种易变异，容易染杂菌4.生化反应动力学本征动力学：又称微观动力学，生化反应所固有的速率没有物料传递等工程因素影响。反应器动力力学：宏观动力学，在反应器内所观察到的反应速率是总速率考虑。5.生化工程研究中的数学模型结构模型：由过程机理出发推导得出半结构模型：了解一定机理结合实验数据经验模型：对实验数据的一种关联第二章 生物反应工程的生物学与工程基础1.因次：导出单位，也称量纲。2.红制及基本单位密度比容气体密度压力第三章 微生物反应计量学 教材p53-641.反应计量学：对反应物组成及转化程度的数量化研究2.得率系数与维持因数：得率系数：细胞生成量与基质消耗量的比值维持因数：单位质量细胞进行维持代谢时所消耗的基质。3.细胞组成表达式及元素衡算方程细胞组成表达式CH1-8O0.5N0.2元素衡算方程CHmOn+aO2+bNH3=CCH2O3Nr+d H2O +e CO24.得率系数与计量系数关系当细胞反应是细胞外产物的简单反应时，得率系数与计量系数关系如下：5呼吸商：二氧化碳产生速率与氧气消耗速率之比6.实例计算第四章 均相酶反应动力学（教材P8-10,26-38）1酶活力表达方法及催化特性催化特性：酶具有很强的专一性较高的催化效率反应条件温和易失活，温热，氧化失活2.了解反应速率方程的几种形式零级反应：反应速率与底物浓度零次方成正比一级反应：反应速率与底物浓度一次方成正比二级反应：反应速率与浓度二次方成正比连锁酶促反应：3.米式方程快速平衡和拟稳态三点假设4.米式方程推导5.M-M方程与B-M方程比较6.酶反应一级动力学表达式及计算7.动力学常数Km与Vm的求取8.影响酶反应速率的因素：底物浓度酶浓度产物浓度PH值温度激活剂抑制剂9.竞争性、非竞争性、和反竞争性抑制的概念及动力学表达式竞争性：抑制剂为底物类似物，酶结合位点结合阻碍底物一般可逆非竞争性：抑制剂与酶活性位点以外结合，不影响底物的结合，最终可形成三联复合物反竞争性：抑制剂不与游离酶结合，但与复合物ES结合形成三联复合物10.酶失活动力学模型及测定方法第五章 固定化酶与固定化细胞（教材P15-17,39-46）1.固定化酶、细胞制备方法与特点固定化细胞：物理化学手段将细胞限制哎一定空间保持活性并连续使用2.固定化酶与游离酶区别3.评价固定化酶生物催化剂指标固定化酶活力偶联率及相对活力4.固定化酶促反应动力学本征速率及本征动力学代表酶的真实特性；固定化酶催化反应速率受扩散和传质影响；所测速率是宏观有效反应速率和游离酶不同。5.外扩散和内扩散过程重要准数意义第六章 发酵机制1.巴斯德效应：酵母菌在有氧条件下发酵酒精能力降低的现象，实质是糖代谢降低。2.酒精发酵机制及杂醇油产生条件3.酒精细菌发酵少数假单胞菌利用葡萄糖经过ED途径进入酒精发酵（酵母菌为EMP途径）4.乳酸发酵机制及类型同型发酵：只有乳酸一种产物异型发酵：有多种产物5.甘油发酵机制在发酵液中加入亚硫酸氢钠，使中间物乙醛生成不溶加成物6.如何使柠檬酸大量积累满足足量乙酰辅酶A和草酰乙酸，顺乌头酸酶活力要弱，培养基中提高按根离子浓度，缺乏锰离子和ATP，维持低PH和亚铁离子浓度，有利于柠檬酸合成。7.氨基酸发酵代谢调控控制发酵环境条件控制细胞膜渗透性控制旁路代谢减低反馈物质浓度8.抗生素调节机制第七章 发酵类型动力学（教材P76-99）1.根据微生物种类可以划分的发酵类型好氧发酵：黑曲霉柠檬酸发酵，棒杆菌谷氨酸发酵厌氧发酵：乳酸杆菌的乳酸发酵，梭状芽孢杆菌，丙酮丁醇发酵酵母菌是兼性厌氧菌，厌氧发酵积累酒精，好养性繁殖菌体2.按培养基状态划分固态发酵：含有一定水分的固体培养基，微生物生长在表面。特点：极资小、厂房面积大、劳动强度大、质量不稳定液态发酵：表层和深层两种，前者用托盘，后者为发酵罐，深层液体发酵最常用原因：液体悬浮是微生物最佳生长环境底物产物菌体易传递 特点：便于输送，易于自动化容易提取精制 缺点：动力成本高 设备复杂 投资大3.为什么深层液体培养基应用最广4.发酵操作种类及特点分批操作：间歇操作，一次性加料，发酵出料半分批操作：流加或补料分批 先加一定量底物发酵，然后将限制性底物连续加入反复分批：分批操作结束后，留下来部分料液做种子，反复进行反复半批：半分批结束后，留部分料液种子，加入无菌培养基反复进行连续发酵：连续加入底物并连续取出产物整个反应出于稳定状态，最初用分批法过滤，达到一定程度连续5.分批、流加、连续发酵特点6.微生物动力学模型7.细胞生长动力学有哪些8.Mond方程与米式方程区别9.掌握单罐双罐连续发酵特点10.多罐连续发酵中如何测定级数第八章 灭菌1.消毒灭菌灭菌：用物理方法或者化学方法杀死或者除去一切生命物质的过程消毒：用物理或者化学方法杀死病原微生物两者区别：灭菌能杀死休眠芽孢或孢子；消毒只能杀死营养细胞2.灭菌方法：湿热灭菌干热灭菌火焰灭菌射线灭菌化学药剂灭菌过滤灭菌3.热阻等概念：热阻：微生物在某一温度和加热方