海大生物反应工程原理大全

1、均相酶促反响动力学；是以研究酶促反响机制为目的,解释了酶促反响机制和过程，还应对影响其反响速率的因素进行定量的分析，建立可信赖的反响速率方程，并以此为根底进行反响器的合理设计和确定反响过程的最正确条件。均相酶催化反响：酶与反响物系同处液相的酶催化反响。单底物酶促反响：一种反响物参与的不可逆反响。返混：不同停留时间的物料的混合，称为返混。酶的固定化技术：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。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。有效电子转移：是指物质在氧化过程中伴随着能量释放所进行的电子转

2、移。生物反响工程：生物反响工程是一门以研究生物反响过程中带有共性的工程技术问题的学科。是以生物学、化学、工程学、计算机与信息技术等多学科为根底的交叉学科。生物反响器：是使生物技术转化为产品和生产力的关键设备。酶：是生物体为其自身代谢活动而产生的生物催化剂.生物反响过程：是指将实验室的成果经放大而成为可供工业化生产的工艺过程，包括实现工业化生产过程的高效率运转，或者说提高生产过程效率。生物反响器：是指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反响提供适宜环境的设备或者场所。生物反响过程的缩小：根据生产实际，在实验室中使用小型反响器来模拟生产过程，以进行深入研究。转化率：某反响物的转化浓度与该反响

3、物起始比值的百分比收率：指按反响物进行量计算，生成目的产物的百分数。用质量百分数或者体积百分数表示 系统生物学：用生物遗传物理的方法，对生物学进行扰动，从而通过生物系统产生的影响进而研究，进而所得的数据进行挖掘和综合构建描述系统结构及相应于上述各种扰动的数学模型。 生长得率:消耗1g基质生成干细胞的克数分批式操作 是指基质一次性参加反响器内，在适宜条件下将微生物菌种接入，反响完成后将全部反响物料取出的操作方式。 反复分批式操作 是指分批操作完成后，不全部取出反响物料，剩余局部重新参加一定量的基质，再按照分批式操作方式，反复进行。半分批式操作 是指先将一定量基质参加反响器内，在适宜条件下将微生物

4、菌种接入反响器中，反响开始，反响过程中将特定的限制性基质按照一定要求参加到反响器内，以控制限制性基质保持一定，当反响终止时取出反响物料的操作方式。反复半分批式操作 指流加操作完成后，不全部取出反响物料，剩余局部重新参加一定量的基质，再按照流加操作方式进行，反复进行。 连续式操作 指在分批式操作进行到一定阶段，一方面将基质连续不断地参加反响器内，另一方面又把反响物料连续不断的取出，使反响条件如反响液体积等不随时间变化的操作方式。活性污泥法处理废水、固定化微生物反响等多采用连续式操作。指数流加操作：通过采用随时间呈指数变化的方式流加基质，维持微生物细胞对数生长的操作方式。非结构模型：在确定论模型的

5、根底上，不考虑细胞内部结构的不同，即认为细胞为单一组分，在这种理想状态下建立起来的动力学模型。外扩散效率因子out：是指有外扩散影响是的实际反响速率和无外扩散的固定化酶外外表处的反响速率之比。Da 准数：最大反响速率和最大传质速率之比。分批发酵 ：是指将新鲜的培养基一次性参加发酵罐中，在适宜的条件下接种后开始培养，培养结束后，将全部发酵液取出的培养方法。连续培养发酵连续式操作：是指以一定的速率不断向发酵罐中供应新鲜的培养基，同时等量地排出发酵液，维持发酵罐中液量一定的培养方法.稀释率：培养液流入速度和反响器内培养液的体积之比，他表示连续反响器中物料的更新快慢程度得率系数;是对碳元素等物质生成细

6、胞或是其他产物的潜力进行定量评价的重要参数 细胞得率：消耗1克基质生成细胞的克数成为细胞得率或是生长得率。动植物细胞培养：是一项将动植物的组织、器官或细胞在适当的培养基上进行无菌培养的技术。悬浮培养：通过震荡或是转动装置使细胞始终处于分散悬浮于培养液内的培养方法。停留时间：停留时间是指反响物料进入反响器时算起，至离开反响器时为止所经历的时间。 22填充床型反响器(PBR)：把催化剂填充在固定床填充床中的反响器叫做填充床固定床型反响器。流化床型反响器(FBR)：装有较小颗粒的垂直塔式反响器。底物以一定流速从下向上流过，使固定化酶颗粒在流体中维持悬浮状态进行反响。生物膜反响器MBR：利用膜的别离功

7、能，同时完成反响和别离过程的反响器。 酶反响器：酶作为催化剂进行生物反响的场所。微生物的生长速率：在单位时间内微生物细胞浓度的变化量。微生物的比生长速率：单位重量菌体的瞬时增量固定化酶：是通过物理或化学方法使溶液酶转变为在一定的空间内运动受到完全或局部约束的一种不溶于水，但仍具有活性的酶。酶活力测定：通过测定初始短时间内底物的消耗量或产物的生成量进行酶活力初速度的测定。 速率rate：指变化快慢程度，包含反响速率和传质速率。 反响速率reaction rate：单位时间、单位反响体积生成的产物量。 传质速率transfer rate：单位面积上

8、单位时间的传递量。 失活作用：指物理或化学因素局部或全部破坏了酶的三维结构，引起酶的变性，导致酶局部或全部丧失活性。抑制作用：指酶在不变性条件下，由于活性中心化学性质的改变而引起酶活性的降低或丧失。影响酶促反响的主要因素有哪些？主要因素：浓度酶、底物。外因：压力、pH、温度、溶液的介电常数与离子强度等。内因：底物、效应物浓度、酶结构等固定化酶的特性？1底物专一性的改变 由于立体障碍，使的底物特异性发生改变。例如，胰蛋白酶既作用于高分子的蛋白质，又作用于低分子的肽或多肽。采用羧甲基纤维素对胰蛋白酶进行固定化后，胰蛋白酶对二肽或多肽的作用不变，但对酪蛋白的作用仅为游离酶的3左右。 2稳定

9、性增强 一般固定化酶比游离酶稳定性好，表现在热稳定性，保存和使用稳定性的增加，及对蛋白酶的抵抗性和耐受性增强。3最适pH值和最适温度变化 酶固定化载体为多聚阳离子性质时，固定化酶的最适pH值向酸性一侧移动；酶固定化载体为多聚阴离子性质时，固定化酶的最适pH值向碱性一侧移动；产物为酸性时，固定化酶最适pH值向酶性一侧移动；产物为中性时，最适pH值一般无变化。4动力学参数的变化 酶经固定化后，表观米氏常数发生变化。影响固定化酶促反响的主要因素？1分子构象的改变指固定化过程中酶与载体的相互作用引起酶的活性中心或调节中心的构象发生了变化，导致酶与底物的结合力下降。2位阻效应由于载体的遮蔽作用或固定化方

10、法不当，给酶的活性中心或调节中心造成空间障碍 ，使底物和酶无法与酶接触。3微扰效应由于载体的亲水性、疏水性、介电常数等性质，使酶所处的微环境与宏观环境不同，从而改变了酶的催化能力或酶对效应物的调节能力的效应。4分配效应 由于载体与底物之间疏水性、亲水性或静电作用引起微环境和宏观环境之间物质的不等分配，从而影响酶促反响速率的一种效应(5) 扩散效应由于底物、产物或其他效应物的迁移和传递速度所受到的限制，当物质扩散系数很低，酶活性较高时，在固定化周围形成浓度梯度，造成微观环境和宏观环境间底物、产物浓度产生差异。快速平衡法：几点假设：1S>>初始酶浓度e，中间复合物ES的形成不会降低S。

11、2不考虑E+PES这个可逆反响。3ESE+P为整个反响的限速阶段，此ES分解成产物缺乏以破坏这个平衡。稳态法：几点假设：12与快速平衡法相同3中间复合物ES一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES浓度保持衡定。影响Kla的因素，如何影响？操作变量：温度、压力、通风量、转速。 Kla培养液的理化性质：黏度、外表张力、氧的溶解度、培养液组成、培养液流动状态、发酵类型。 黏度、外表张力、氧的溶解度 Cpro C酯醇酮 Kla反响器的结构：反响器的类型、各局部尺寸的比例、空气分布器的型式。有挡板或冷却管、高径比 Kla 搅拌器的组成与间距要根据培养液的特性决定外扩散过程与内扩散过程的比拟

12、外扩散过程内扩散过程Da准数是决定外扩散效率因子的唯一参数准数是决定内扩散效率因子的主要参数Da准数定义：西勒准数定义：外扩散效率因子定义：内扩散效率因子定义：Da<1，过程为反响控制，Da准数越小，越接近1；Da>1，过程为外扩散控制，Da准数越大，越趋近于零。<0.3时，1，过程为反响控制。>0.3时，<1，过程为内扩散控制。举例简要说明何为微生物反响的结构模型？答：由于细胞的组成是复结的，当微生物细胞内部所含有的蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸、维生素等的含量随环境条件的变化而变化时，建立起的动力学模型称为结构模型。Monod方程建立的几点假设是什么？Mono

13、d方程与米氏方程主要区别是什么？答：Monod方程建立的根本假设：微生物生长中，生长培养基中只有一种物质的浓度会影响其生长速率，这种物质被称为限制性基质，并且认为微生物为均衡生长且为简单的单一反响。 莫诺方程：米氏方程：描述微生物生长描述酶促反响经验方程理论推导的机理方程方程中各项含义：生长比速(h-1)max：最大生长比速(h-1)S: 单一限制性底物浓度(mol/L)KS:半饱和常数(mol/L)方程中各项含义：r：反响速率(mol/L.h)rmax：最大反响速率(mol/L.h)S：底物浓度(mol/L)Km：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

14、响不存在抑制的情况简要答复微生物反响与酶促反响的最主要区别？答：微生物反响与酶促反响的最主要区别在于，微生物反响是自催化反响，而酶促反响不是。此外，二者还有以下区别：1酶促反响由于其专一性，没有或少有副产物，有利于提取操作，对于微生物反响而言，基质不可能全部转化为目的产物，副产物的产生不可防止，给后期的提取和精制带来困难，这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。2对于微生物反响，除产生产物外，菌体自身也可是一种产物，如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时，可用于提取这些物质。3与微生物反响相比，酶促反响体系较简单，反响过程的最适条件易于控制。微生物反响是利用活的生物体进行目的产物的生产

15、，因此，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞因素的影响，并且微生物会发生遗传变异，因此，实际控制有一定难度。4酶促反响多限于一步或几步较简单的生化反响过程，与微生物反响相比，在经济上有时并不理想。举例说明连续培养的应用。 由于连续培养存在杂菌污染问题、菌种变异问题、本钱问题，使其在生产中的应用受到限制，目前主要用于面包酵母的生产、及污水处理。连续培养在科研领域有着重要的应用，主要表现在以下几个方面： (1) 利用恒化器测定微生物反响动力学参数。例如m、Ks的测定。 (2) 确定最正确培养条件。例如面包酵母生产中最正确葡萄糖浓度确实定。 (3) 利用冲出现象进行菌种的筛选。CSTR、PFR代表

16、什么含义？比拟CSTR型和PFR型酶反响器的性能。CSTR代表连续全混流酶反响器。PFR代表连续活塞式酶反响器。CSTR型和PFR型酶反响器的性能比拟：1到达相同转化率时，PFR型酶反响器所需停留时间较短。2在相同的停留时间到达相同转化率时，CSTR型反响器所需酶量要大大高于PFR型反响器。因此一般来说，CSTR型反响器的效果比PFR型差，但是，将多个CSTR型反响器串联时，可克服这种不利情况。3与CSTR型酶反响器相比，PFR型酶反响器中底物浓度较高，而产物浓度较低，因此，发生底物抑制时，PFR型酶反响器转化率的降低要比CSTR型剧烈得多；而产物抑制对CSTR型酶反响器影响更显著。在啤酒酵母

17、的生长试验中，消耗了0.2kg葡萄糖和0.0672kgO2，生成0.0746kg酵母菌和0.121kgCO2，请写出该反响的质量平衡式，计算酵母得率YX/S 和呼吸商RQ。解：假设反响的质量平衡式为：那么： 根据元素平衡式，有C： H： O： 联立求解，得 所以，可确定该反响的质量量平衡式为：微生物物繁殖过程中分裂一次生成两个子细胞，也有4分裂或8分裂的，试证明当n分裂时，有如下式子：，式中：为倍增时间，为世代时间。 证： 边界条件： 积分，得葡萄糖为碳源进行酿酒酵母培养，呼吸商为1.04，氨为氮源。消耗100mol葡萄糖和48mol氨，生成菌体48mol、二氧化碳312mol和水432mol

18、。求氧的消耗量和酵母菌体的化学组成。解：根据题意，可假定反响的质量平衡式为：，解得，即氧的消耗量为300mol。根据元素平衡，有C： H：N：O：联立方程求解，得 酵母菌体的化学组成为。分别采用含有蛋白胨和牛肉膏的复合培养基、含有20余种氨基酸的合成培养基和根本培养基进行运动发酵单胞菌厌氧培养，碳源为葡萄糖，获得如下表所示结果。菌体的含碳量以碳源/细胞计为0.45g/g，求采用不同培养基时的YKJ。培养基YX/Sg/mol以细胞/葡萄糖计YP/Smol/mol以乙醇/葡萄糖计YP/Smol/mol以乳酸/葡萄糖计菌体中由葡萄糖所来碳元素的量根本4.11.50.21.0合成5.01.50.20.

19、62复合8.01.60.20.48解：由化工手册可知，1采用根本培养基时，k=1.0。 2采用合成培养基时，k=0.62。 3采用复合培养基时，k=0.48。一个新发现的微生物在每一次细胞分裂时，可产生3个新细胞，由以下生长数据求：1此微生物理学的比生长速率；2此微生物细胞的平均世代时间。时间 / h00.51.01.52.0细胞干重g/L0.100.150.230.340.51解：1 16-1边界条件：对16-1式积分，得 16-2 以作图，将得一条直线，直线斜率为。 根据数据，计算，列入表中，并绘制曲线。t / h00.51.01.52.0Xg/L0.100.150.230.340.51ln (X/X0)00.4050.8331.221.63ln (X/X0)t / h