齐齐哈尔大学生化工程试题

1、齐齐哈尔大学生化工程试题一 （答 案）一、判断正误（10分，每小题一分） 1、反混指不同物料间有混合的现象。（） 2、PFR反应器中，沿轴向的反应速度是常数。（） 3、动态法测量Kla不能用于有菌体繁殖的发酵液。（） 4、连续反应器中物料的平均停留时间用F/V来计算。（） 5、限制性底物指微生物的碳源。（） 6、间歇培养好氧微生物时，菌体的对数生长期到来时，菌体的摄氧率大幅度增加。（） 7、微生物营养细胞易于受热死灭，其比热死亡速率常数K值很高。（） 8、建立Kla与设备参数及操作变数之间关系式的重要性在于生物反应器的比拟放大。（） 9、单级连续培养中，如果调整成（比生长速率） D（稀释速率

2、），最终将发生“冲出”现象。（） 10、单级恒化器连续培养某种酵母达一稳态后，流出液中菌体浓度是培养时间的函数。（） 二、填空（20分，每空一分） 1、反应器的D/H越大，越接近 全混流 型反应器。 2、单纤维捕集效率中，重要的三个机制是 惯性冲撞 拦截 和 布朗扩散 。 3、评价好氧发酵罐最重要的两个指标是Kla 和 溶氧效率指标 。 4、酶或细胞的固定化方法有 吸附法 、 交联法 和 载体结合法 。 5、发酵产物的生成速率与菌体生长速率之间大致存在三种不同类型的关联，它们是 生长偶联型 、 混合生长偶联型 和非生长偶联型。 6、工程上广泛采用的培养基灭菌方法有 间歇灭菌 和连续灭菌。 7、

3、发酵罐比拟放大时需要确定的操作参数主要是空气流量、搅拌功率和搅拌转数，需要确定的罐几何尺寸主要是 直径 和 高度 。 8、生物反应器设计的主要目标是 产品成本底，质量高 。 三、解释概念（10分，每小题2.5分） 1、均衡生长：在细胞的生长过程中，细胞内各组分均以相同的比例增加时称为均衡生长。 2、氧的满足度：溶解氧浓度与临界溶氧浓度之比。 3、基质消耗比速率：单位时间内单位菌体对基质的消耗量。 4、流加培养：在间歇培养的基础上，流加一种或几种底物或前体物进行培养的过程。 四、回答下列问题（在6个小题中选择5个进行回答，每小题9分）（共45分） 1、固定化酶和固定化细胞在实际应用中的显著特点是

4、什么？ A：容易实现连续反应（2分）。 B：获得的产物纯度高（3分）。 C：酶或细胞可重复使用，减少了浪费（2分）。 D：易实现自控（2分）。 2、温快速杀菌的原因是什么？灭菌的控制参数是什么？ 培养基被加热灭菌时，要求即达到灭菌的目的，同时又不破坏或较少破坏培养基中有用成分。由动力学分析知，微生物受热死亡时的活化能一般要比营养成分热分解的活化能大得多，这意味着当温度升高时，微生物死亡速率的增加，要比营养成分破坏速率的增加大得多。所以要采用高温短时的灭菌方法。（7分） 灭菌的控制参数是温度和时间。（2分） 3、生物反应器设计和操作的限制因素有那些？ A：生物催化剂（酶、微生物）的浓度（2分）和

5、比活力（3分）。 B：反应器的传质和传热能力（4分）。 4、载体悬浮培养动物细胞的优点是什么？ A：微载体单位体积具有的表面积大，因此它的单位体积培养基的细胞产率高，相应的产物浓度也高。（3分） B：由于把悬浮培养和贴壁培养融合在一起，具有两种培养的优点，有利于培养环境的检测和控制，培养系统重现性好。（3分） C：放大容易。（3分） 5、YX/S、YC和YATP表示什么？它们的定义是什么？ YX/S是对基质的细胞得率，指生成细胞的质量与消耗基质质量之比。（3分） YC是对碳的细胞得率。 生成细胞量细胞含碳量 YC=消耗基质量基质含碳量（3分） YATP是对ATP生成的细胞得率。碳源对菌体得率

6、YATP=消耗1摩尔碳源由分解代谢产生ATP摩尔数 （3分）6、与单级连续培养相比，多级连续培养的优点是什么？ A：有利于解决不同生产阶段有不同生产要求的矛盾 ，如菌体生长和产物生成的温度不一至。（4分） B：有利于解决快速生长和营养物充分利用之间的矛盾。（5分） 五、说明动态法测量Kla的原理和方法（15分） 动态法测量Kla是利用溶氧电极进行的，测量的是真实发酵液的Kla值。 原理：利用非稳态时，溶氧浓度的变化速率等于溶入的氧浓度和耗氧浓度之差，即：dc/dt=Kla（C*-C）- QO2 X 重排列上式：C=- 1/ Kla（dc/dt + QO2 X）+ C 将非稳态时溶氧浓度C对（d

7、c/dt + QO2 X）作图，可得一直线，此直线的斜率值即为- 1/ Kla。（10分）采用的方法是： A：停止通气，使发酵罐中的溶氧浓度下降。 B：恢复通气（在溶氧浓度降到临界溶氧浓度之前恢复通气）。（5分）齐齐哈尔大学生化工程试题二（答案）一、判断正误（10分，答对一小题得1分，答错一小题扣一分）1、CSTR反应器中物料的返混程度最小。（）2、微生物的比生长速率是指单位时间内菌体的增量。（）3、限制性底物是指培养基中浓度最小的物质。（）4、控制好氧发酵的溶氧浓度一定小于微生物的临界溶氧值。（）5、单级连续培养中，如果调整成D（稀释速率）（比生长速率），最终将发生“冲出”现象。（）6、一定

8、温度下，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学。（）7、在活塞流反应器中进行恒温热灭菌，沿物料流动方向菌体热死灭速率逐渐下降。（）8、单级恒化器的稀释速率可以任意调整大小。（）9、任何微生物培养过程的YATP均等于10g/mol左右。（）10、连续培养反应器中物料的平均停留时间和稀释速率互为倒数。（）二、填空（20分，每空一分）1、微生物的比热死亡速率常数由微生物菌体的抗热性能和 灭菌温度 两个因素决定。2、传氧速率指标是指每溶解1kg溶氧消耗的电能。3、Monod模型的数学表达式为 =mS/（Ks+S） 。4、微生物细胞的比耗氧速率QO2（呼吸强度）是指单位重量的细胞在

9、单位时间内消耗氧的量，单位是molO2/kg干细胞，QO2与溶氧浓度的关系为QO2= （QO2 ）max C/（Ko+ C）。5、动物细胞培养的反应器主要有悬浮培养反应器 、 贴壁培养反应器 和 微载体悬浮培养反应器 。 6、经验和半经验的发酵罐比拟放大方法中，模型罐和生产罐一般以几何相似原则为前提。7、用CSTR反应器同时连续培养两种微生物A和B，已知AB，最后在反应器中存留的是微生物A。8、用载体结合法固定化细胞是指 把细胞通过共价键、离子键或吸附作用结合到水不溶性载体上的方法。9、固定化酶的半衰期是指 固定化酶活力降低一半的使用时间 。10、微生物代谢产物的生成速率与菌体生长速率之间存在

10、三种不同类型的关联，它们是 生长偶联型 、 混合生长偶联型 和非生长偶联型 。11、发酵罐比拟放大时，搅拌功率及转数放大常采用的三个原则是 Po/V相等、 Pg/V 相等和 Kla 相等。三、解释概念（10分，每题2.5分）1、结构模型：在考虑细胞组成变化基础上建立的微生物生长或相关的动力学模型。 2、细胞回流的单级恒化器：在反应器的出口处安装细胞分离器，分离出一部分细胞，进行浓缩后打回到反应器中的单级恒化器。3、联法固定化酶：使酶与具有两个以上功能团的试剂进行反应，应用化学键把酶固定的方法。4、补料培养法：在间歇培养的基础上，流加一种或几种底物或前体物进行培养的过程。四、回答下列问题（40分

11、，每小题5分）1、图示分析培养基间歇灭菌过程和连续灭菌过程的温度变化情况，写出间歇灭菌过程中各阶段对灭菌的贡献。回答要点：A：画出间歇灭菌和连续灭菌的温度变化曲线。（4分） B：主要贡献在保温阶段。（1分）2、生物反应器开发的趋势和方向。A：开发比活力高和选择性高的生物催化剂将继续占重要地位。（2分）B：改进生物反应器热量和质量传递的方法。（2分）C：生物反应器正向大型化和自动化方向发展。（1分）3、固定化酶和固定化细胞使用期间活性下降的主要原因是什么？A：酶变性，细胞自消化（自溶）。（1分） B：固定化酶或细胞吸附了抑制物。（1分）C：染菌。（1分） D：酶、细胞流失。（1分） E：载体崩解

12、。 （1分）4、与单级连续培养相比，多级连续培养的优点是什么？A：有利于解决不同生产阶段有不同生产要求的矛盾 ，如菌体生长和产物生成的温度不一至。（3分）B：有利于解决快速生长和营养物充分利用之间的矛盾。（2分）5、缩短微生物间歇培养延迟期常采用的方法是什么？A：接种的微生物应尽可能是高活力的（用对数期的微生物作种子）。（2分）B：用于种子培养的介质和条件应尽可能接近生产上使用的发酵液组成和培养条件。（2分）C：在一定范围内，采用大接种量。（1分）6、提高发酵液中氧传递速率的主要途径是什么？从提高Kla的角度可采用：A：增加搅拌转数N，以提高Pg。（1分）B：增大通气量Q，以提高空截面气速Vs

13、。（1分）C：N和Q同时增加。（1分）从提高传质推动力角度可采用：E：提高罐压（1分） F：通入纯氧（1分）7、反应器的重要操作参数有那些？分别说明。A：空间时间：表示反应物在连续操作反应器内停留（或平均停留）的时间。（1分）B：转化率：表示加入反应器中底物的转化率，用（So-St）/So来计算。（2分）C：生产率（生产能力）：指反应器单位体积单位时间内的产物生成量。（1分）D：选择率：指实际转化成目的产物量与全部底物可生成产物的理论量之比。（1分）8、微生物间歇培养过程各阶段的比生长速率如何变化？以图表示。A：迟缓期：=0。（1分） B：加速生长期：增加，2大于1。（1分）C：对数生长期：达

14、到最大值，为常数。（1分）D：减速生长期：减小，2小于1。（1分） E：平衡期：=0。（1分）五、当发酵液为非牛顿性流体时，说明发酵罐搅拌功率的计算方法。（15）A：确定发酵罐的几何尺寸和搅拌转数N。（2分）B：用（dw/dr）平均= KN 计算（dw/dr）平均。（2分）C：测定一定温度下，菌体生长最旺盛时的液体流变性特征曲线，查即定转数时的显示粘度。（2分）D：取小罐实验数据绘制NpRem曲线。（2分）E：对与小罐几何相似的大罐，按牛顿流体方法计算Po，再计算Pg。（1分）只要避开Rem=10300区间，可以用牛顿流体的NpRem曲线代替拟塑性流体的NpRem曲线。（1分）六、什么是好氧微

15、生物培养的临界溶氧浓度？如何测定？是否所有的好氧微生物培养过程都必需控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以上？举例说明。（10分） 微生物的比耗氧速率随溶氧浓度的增加而升高，当溶解氧增加到一定值时，比耗氧速率不再增加，这时的溶氧浓度称为临界溶氧浓度。（3分）测法：将供氧充分的微生物培养体系停止通风，检测培养系统的溶氧浓度变化情况，首先是溶氧浓度呈直线下降趋势，下降到一定程度后，开始呈缓慢下降趋势，溶氧浓度曲线拐点处的溶氧浓度值即为该微生物的临界溶氧浓度。（3分） 并非所有的好氧培养过程都需要控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以上，比如以丙酮酸为前体的苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸的发酵生产就应控制溶氧浓度在临界溶氧浓

16、度以下。（4分）齐齐哈尔大学生化工程试题三（答案）一、判断正误（10分，答对一小题得1分，答错一小题扣一分）1、间歇培养微生物的减速生长期，微生物的比生长速率小于零。（）2、亚硫酸盐氧化法可以用于测量真实发酵液的Kla。（）3、活塞流反应器中，沿径向的反应速度是常数。（）4、连续反应器中物料的稀释速率用F/V来计算。（）5、在微生物培养过程中有可能存在多种限制性底物。（）6、返混是指不同停留时间物料之间的混合。（）7、间歇培养好氧微生物时，菌体耗氧速率是常数。（）8、对培养基进行热灭菌必须以霉菌的孢子为杀灭对象。（）9、在一定温度下，各种不同微生物的比热死亡速率常数值相等。（）10、在有细胞回

17、流的单级恒化器中，总的出口处菌体浓度与恒化器中的菌体浓度完全相等。（）二、填空（20分，每空一分）1、发酵罐的比拟放大中，空气流量放大常采用的三个原则是 VVM 相等、 空截面气速Vs 相等和Kla 相等。2、深层过滤器的设计中，最重要的设计参数是 滤层厚度 。3、Monod方程中动力学常数的求算常采用 双倒数作图或线性回归方法。4、丝状菌培养用的发酵罐比拟放大后，常需校核 搅拌叶轮尖端线速度 指标。5、流加式操作特别适合于 有底物抑制 的培养过程。6、乳酸菌生长和乳酸生成之间的关系符合 混合生长偶联型。7、用CSTR反应器同时连续培养三种微生物A、B、C，已知AB c，最后在反应器中存留的是

18、微生物 C 。8、多级连续培养中，第二级反应器的菌体浓度和底物浓度分别 大于 和 小于 第一级反应器的菌体浓度和底物浓度。9、酶反应器的操作参数有 空间时间 、 转化率 和 生产率。10、发酵罐通气条件下的搅拌功率通常 小于 不通气条件下的搅拌功率。11、当发生底物抑制时，要获得同样的底物转化率，PFR的反应时间比CSTR的 长 。12、缩短混合时间的最有效方法是增加反应器不同部位的 进液点 。13、单纤维捕集效率中，重要的三个机制是 惯性冲撞 、 拦截 和 布朗扩散 。三、解释概念（10分，每题2.5分）1、包埋法固定化酶：将酶包在凝胶微小格子内，或是将酶包裹在半透性聚合物膜内的固定化方法。

19、 2、微生物的生长速率：单位时间内单位体积发酵液中菌体的增量。3、反复分批补料培养法：在间歇培养的基础上，流加一种或几种底物或前体物进行培养，培养结束时不取出全部的发酵液，留下一部分发酵液作为种子，然后开始下一个补料培养过程的发酵方法。4、氧的满足度：溶解氧浓度与临界溶氧浓度之比。四、回答下列问题（共35分，每小题5分，选择7个题回答即可）1、与通用式机械搅拌罐相比，塔式生物反应器的优点是什么？A：省去了轴封，从根本上排除了因轴封造成的污染。（1分） B：反应器结构简单。（2分）C：功率消耗小。（1分） D：减少了剪切作用对细胞的损害。（1分）2、动植物细胞培养与微生物细胞培养的主要区别是什么

20、？A：大多数动物细胞需附壁生长（1分）。B：动物细胞对培养基的营养要求相当苛刻，要求含有多种氨基酸、维生素、无机盐、血清等物质。（1分）C：因动物细胞没有细胞壁保护，对剪切力非常敏感。（1分）D：生长缓慢。（1分） E：易染菌。（1分）3、写出对培养基进行湿热灭菌时微生物营养细胞的热死灭动力学方程，说明方程中各符号的意义。 - dN/dt =KN （2分）N：培养基中任意时刻的活微生物浓度（个/升），（1分）t：灭菌时间，（1分）K：菌体的比热死亡速率常数，1/min，（1分）- dN/dt：菌体死亡速率。4、酶和细胞的固定化有哪几种方法，举出两个应用实例。 酶和细胞的固定化有载体结合法、交联

21、法和包埋法。（3分） DL-氨基酸的光学拆分是工业化应用固定化酶的成功例子。利用固定化的氨基酰化酶实现DL-氨基酸的不对称水解，利用D-型和L-型氨基酸的溶解度不同和外削旋化反应来生产L-氨基酸。（1分）酶电极是利用固定化酶的成功例子。酶电极主要由电化学传感器和固定化酶两部分组成。（1分）5、主要有哪几种测量Kla的方法，说明它们的适用场合。 主要有亚硫酸盐氧化法、溶氧电极法和氧的衡算法。（2分） 亚硫酸盐氧化法不能用于测定真实发酵液的Kla，但具有参比价值。（1分） 溶氧电极法用于测量真实发酵液的Kla，大、小反应器均可用该法测量Kla。（1分）氧的衡算法适合体积大的反应器Kla的测定。（1

22、分）6、图示分析培养基间歇灭菌过程和连续灭菌过程的温度变化情况，写出间歇灭菌过程中各阶段对灭菌的贡献。回答要点：A：画出间歇灭菌和连续灭菌的温度变化曲线。（3分）B：主要贡献在保温阶段。7、有细胞回流的单级连续培养是怎样的操作方式？与单级恒化器相比有什么优点？ 进行单级连续培养时，把从反应器流出的培养液进行分离，经浓缩的细胞悬浮液被送回反应器中，即成为细胞回流的连续培养。（3分）这种连续培养的优点是反应器可以在稀释速率大于最大比生长速率的情况下操作，反应器中的细胞浓度较高。（2分）8、双膜理论的基本论点是什么？什么是液膜控制？什么是气膜控制？A：在气液两个流体相间存在界面，在界面两侧各有一层稳定的薄膜，即气膜与液膜，这两层稳定的薄膜在任何流体力学条件下均呈滞流状态。（2分） B：界面上不存在传递阻力，两相的浓度总是相互平衡的。（2分） C：传递阻力都集中在气膜和液膜之中。（1分）9、微生物代谢产物的生成和菌体的生长之间通常有几种类型的关联，分别说明。共有三种类型的关联，分别是生长偶联型、混合生长偶联型和非生长偶联型。生长偶联型：伴随着菌体生长，代谢产物生成，菌体停止静生长，代谢产物的生成也停止。混合生长偶联型：伴随着菌体生长，代谢产物生成，菌体停止静生长，代谢产物仍然生成。非生长偶联型：菌体生长停止后，代谢产物开始生成。（1分）五