高等生物反应工程2008试卷.doc

天津大学试卷专用纸学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 4页 第1 页20062007学年第 二 学期期末考试试卷高等生物反应工程试卷（A卷 共 4页）（考试时间：2008年 5月11日）题号一二三成绩核分人签字得分一名词解释（每题1分，共10分）1代谢工程：2系统生物学：3氧化磷酸化：4溢流代谢：5内源代谢：6底物维持系数ms：7通量控制系数：8弹性系数：9活塞流反应器：10体积传质系数：二简答题（共40分）1 （1）简要介绍细胞生长中的反应类型；（2）有氧呼吸、无氧呼吸与发酵的各自特点（或区别）。（4分）2 “有机酸的存在会使细胞消耗更多的能量（ATP）用于维持”，这种说法对吗，给出简要的解释。（4分）3 写出在黑箱计量学模型中利用元素平衡方程通过已测定速率向量qm求解未测定速率向量qc的表达式（正定系统和超定系统两种情况）。（3分）4 （1）分别解释三种ATP对生物量的得率系数：、和；（2）简述ATP维持系数mATP与维持能之间的关系。(4分)天津大学试卷专用纸5 简述（或用公式表示）正定系统和超定系统的代谢通量分析方法。(4分)6 （1）代谢控制系数的确定方法主要有哪几种？（2）写出通量控制系数和浓度控制系数的加和定理和连接定理的表达式。（5分）7 （1）简述理想生物反应器的特点。(2)简述气泡中的氧气传递到胞内反应位点的一般步骤。（6分）8 写出下列操作方式下的质量平衡方程：分批培养（Batch operation）, 连续续搅拌方式（CSTR）, 生物量循环（BR），活塞流反应器（ PFR）, 流加培养（Fed-Batch)。（6分）(9). 简述生产放大过程中的四种不同方法。（4分）三综合分析与计算题（共50分）1. 在厌氧条件下恒化培养酿酒酵母，培养液体积V=1L, 达到稳态时流加速度v=0.1 L/h。流加液中含23g/L的葡萄糖和1g/L的NH3，生物量的分子式为CH1.76O0.56N0.17。流出液中检测到的各种物质的浓度如下(g/L)：葡萄糖0.048，NH3 0.728，生物量2.36，乙醇8.85，甘油2.39。尾气气压1atm，温度30，流速为15 L/h，尾气含CO2 2.88% (体积比，进气中CO2 含量忽略不计)。（共12分）（1）上述稳态的黑箱计量学模型为：求上述模型中的各得率系数。（6分）（2）根据上述模型考察碳元素平衡方程是否成立，如果测定过程中遗漏了一种代谢物或者黑箱模型中某种代谢物的测定有较大误差，计算该代谢物对葡萄糖的得率系数。（3分）（3）根据还原度平衡计算（2）中代谢物的还原度，推测其为何种物质，并讨论误差的来源。（3分）学院 专业 班 年级 学号 姓名 共4 页 第2页天津大学试卷专用纸学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 4页 第 3页2由弹性系数计算控制系数：(12分)在下列含有三个反应的线型途径中，S是胞外底物，P是胞外产物，S1、S2是胞内代谢物，三种酶的动力学均符合米氏动力学方程： (1) 根据弹性系数的定义求S1对各反应的弹性系数e11、e12和e13，S2对各反应的弹性系数e21、e22和e23。（6分）(2) 根据弹性系数求出三个通量控制系数（C1J、C2J和C3J）和六个浓度控制系数（C11、C12、C21、C22、C31和C32）。（6分）3通过动力学方程模拟实验数据：(12分)描述酿酒酵母在有氧条件下代谢葡萄糖（S）进行生长的非结构生长模型包括下列两个反应：呼吸过程： （1）发酵过程： （2）其反应速率分别为：当 时当 时 已知 ， ， 其它参数在下表中列出：化学计量系数动力学参数 （1）根据模型预测开始产生乙醇(P)的临界稀释率Dcrit。（4分）（2）已知恒化培养时补料液中葡萄糖浓度Sf 28g/L，根据模型预测D=0.35h-1时的菌体浓度X和乙醇浓度Ce。（8分）天津大学试卷专用纸学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 4 页 第 4 页4. 在具有细胞循环的恒化器中，如右图所示，补料流速和培养体积分别是F=100 mL/h和V=1000 mL。体系受葡萄糖限制，得率系数0.5g细胞干重/g底物。补料中葡萄糖浓度是S0=10 g葡萄糖/L，微生物的生长动力学符合Monod方程，动力学常数是mmax=0.2 h-1，KS=1 g葡萄糖/L，C1.5，循环率是。体系处于稳定状态。(14分)（1）计算回流中底物的浓度（S）。（4分）（2）计算微生