生化工程期末复习

1、生化工程期末复习1、生化工程的研究方法：a、经验方法；b -数学模型法一一用数学语言表达生化反应过程中各个变量之间的关系 机理模型：从过程机理出发推导得到。 经验模型：完全不了解或不考虑过程机理的情况下， 仅根据一定条件下 的试验数据进行的数学关联。 半经验模型：对过程机理有一定了解的基础上结合试验数据得到的模型 （最常用）。2、发酵动力学：是研究各种环境因素与微生物代谢活动之间的相互作用随时间 变化的规律的科学。3、菌体的比生长速率:每单位细胞浓度的生长速度倍增时间：t d即在=2X时所需时间4-无抑制的细胞生长动力学MonodtT 程:td=ln2/ = =0.693/SMonodtT程的

2、参数求解（双倒数法）：K工+Smax米氏方程:5、得率（或产率，转化率，Y）:是指被消耗的物质和所合成产物之间的量的关系。6、产物得率（Yp/s）:每消耗1g（或mo1）Jt质所合成的产物g数（或mol数）。Yp/s= A P/ A S7、生长得率（Yx/s）:每消耗1g（或mo1）S质（一般指碳源）所产生的菌体重（g）Yx/s= AXZ AS.8、生产率：是以单位体积发酵液单位时间产生的产物克数p _ X于-Xo（g/L h）表示的，是对发酵过程总成果的一种衡量。一 T9、连续培养：以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出 培养液，使发酵罐内的液量维持恒定，使培养物在近似恒定

3、状态下生长的培养方 法。10、分批培养动力学：底物一次装入罐内，在适宜条件下接种进行反应，经过一 定时间后将全部反应系取出。培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出， 除了空气的通入和排气。整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参 数都随时间变化。11、补料分批发酵（半连续发酵、半连续培养，流加发酵）：它是在分批培养过 程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的一种发酵方法。a、单一补料分批培养：只进不出，直到培养液到定额为止。b、重复补料分批培养：在一定间隔的时间内，在取出一定体积的发酵液的同时， 加入相同体积培养基。12、稀释速率（D）:补料速度与反应器体积的比值（h-1）产在稳定状态下

4、，细胞的比生长速率等于稀释速率.临界稀释率：Dc=p m （不能超过生长速率）13、补料分批培养和连续培养、分批培养的比较补料分批培养V.S.分批培养：解除底物抑制、代谢阻遏补料分批培养V.S.连续培养：不易染菌，菌种不易老化变异补料分批培养的优点： 可以避免底物、产物的抑制和阻遏效应； 维持适当的菌体浓度，使不致于加剧供氧的矛盾，提高有用产物转化率； 使细胞处于连续的过渡态阶段，便于进行理论研究； 便于进行培养过程的最优化和自动控制。连续培养的优点： 高效，缩短发酵周期和提高了设备的利用率； 优化控制，便于利用各种仪表进行自动控制；14、基因工程菌：微生物为操作对象，通过基因工程技术获得的表

5、达外源基因的 工程生物体。15、基因工程菌的种类：细菌（大肠杆菌）和酵母16、工程菌的防护问题：实验室DNA组实验的基本原则 生物安全?物理密封方法：将重组菌封闭于设备内，以防止传染给实验人员和向外界扩散。物理密封由密封设施、实验室设计和实验注意事项组成。P1、P2、P3和P4级。?生物密封方法：用只有在特殊培养条件下才能生存的宿主，同时用不能转移至其它活细胞的载体，B1、B2级?数字越大，密封水平越高。基因工程菌工业化培养的基本原则 ：LS-1 LS-2级LS-1标准要点:培养设备能够防止重组菌外漏，可以在密封的状态下，对设备进行灭菌。培养装置的尾气需要经过除菌或灭菌后方能够排除到大气中。泡

6、沫过多的培养过程，要求有专用的泡沫收集装置。发酵液的后处理，包括：菌体分离、破碎等工艺，须在密闭的设备内或者安 全柜内进行。17、基因工程菌的工业化应用：农业革命基因药物： 胰岛素（Insulin）、干扰素（IFN）、乙肝疫苗、生长激素（GF）和白细胞介素（IL）等。工业发酵产品：酶制剂、氨基酸、抗生素等。18、固定化酶：指被固定在某一有限空间内不再能自由流动而仍有催化活性的酶。19、固定化酶的优、缺点：a、优点：纯化简单，底物与产物容易分开可反复使用稳定性高 反应条件易控制，可以装塔连续反应；较水溶性酶更适合于多酶反应 增加产物的收得率，提高产物质量b、缺点：载体与试剂较贵酶固定化回收率低胞

7、内酶固定化还要增加分离成本；适用于水溶性小分子底物20、酶固定化的方法：（一）吸附法：a、物理吸附法：将酶通过分子间作用力固定到非水溶性载体上的方法选择吸附剂的原则：要有巨大的比表面积；要有活泼的表面； 要控制颗粒形状、大小，便于装柱进行连续反应。常用吸附剂：无机载体：氧化铝、活性碳、皂土、硅藻土、多孔玻璃、硅胶。有机载体：火棉胶膜、胶质膜、微孔玻璃载体。物理吸附法的特点：操作简便；费用较省；结合力弱，易解吸附；可供选择的载体类型多，有的可以再生；酶分子的构象很少或基本不发生变化。b、离子吸附法：通过离子键将酶结合到具有离子交换基团的非水溶性载体上的方法。固定化过氧化氢酶、固定化氨基酰化酶选择

8、吸附剂的原则：（1）对酶有高亲和力，不会引起酶失活；（2）吸附容量大， 不吸附反应产物和酶抑制剂。常用吸附剂：阴离子交换剂：二乙基氨基乙基纤维素、葡聚糖、琼脂糖阳离子交换剂：竣甲基纤维素、离子交换树脂离子结合法的特点：操作简便，处理条件温和，可以得到较多高活性的固定化酶。载体和酶的结合力不够牢固，易受缓冲液种类和pH的影响。（二）包埋法：a、网格型：将酶包裹在高分子凝胶的微小格子中（1-4nm）b、微胶囊型：将酶包裹在球形高分子半透膜中（300微米）包埋法的特点 网格型回收率大于微囊型不需要化学修饰氨基酸残基。反应条件温和，很少显著改变酶的结构。固相扩散阻力，只适用于小分子的底物和产物。对酶、

9、粗酶制剂和微生物都能进行固定。无E-1体之间的化学反应，只有载体凝固过程。（三）共价键结合法：将酶蛋白分子上的非必需官能团和聚合物载体上的反应基团通过共价键形成不可逆的连接的方法常用方法：重氮化法；烷基化法；芳基化法常用载体： 天然高分子。如纤维素，葡聚糖凝胶（Aephadex）,琼脂糖（Agarose, SepharosR , 卡那胶，淀粉及其衍生物。（利用-OH）人工合成的高聚物，如聚丙烯酰胺，聚苯乙烯，聚乙烯醇，氨基酸共聚物等。（利用-NH2）无机载体，如多孔玻璃，硅胶等。（要加上一个基团），苯胺基多孔玻璃共价法的特点：酶和载体的结合比较牢固，酶不易脱落。故使用的半衰期较长。制备条件复杂

10、，反应剧烈，易引起酶蛋白高级结构发生变化。载体经得起一定的pH,浓度的改变。（四）交联法：利用双功能或多功能试剂与酶之间发生分子交联把酶固定化的方 法交联法特点1）带有二个以上的功能基团。2）反应比较剧烈条件比较严格。3）操作方便，活力回收不高。21、固定化细胞：就是被限制自由移动的细胞，即细胞受到物理化学等因素约束 或限制在一定的空间界限内，但细胞仍保留催化活性并能反复或连续使用固定方法：包埋法：海藻酸钙，琼脂，角叉菜聚糖；吸附法：多孔玻璃陶瓷22、固定化细胞的优点：（1）免去了破碎细胞提取酶的手续 （2）酶在细胞内的 稳定性较高，完整细胞固定化后酶活性损失少（3）固定化细胞制备的成本比周定

11、化酶低（4）无需辅酶再生23、生化反应器：是为适应生化反应特点设计的反应设备。为以活细胞或酶为生 物催化剂进行的细胞增殖或生化反应提供适宜环境， 是生物反应过程中的关键设 备。24、生化反应器的分类（一） （二）按催化剂的种类分类 （三）按反应器的结构形式分类：管式；釜式；床式； 塔式（四）按反应器的输入机械 功率来源分类：.机械搅拌式生化反应器.鼓泡式生化反应器.环流式生化反应器按反应的相态分类：均相反应器和非均相反应器游离离间歇式酶反应器BioreactorEnzymeCe/植物? 固定化厚固定床、流化床微生物发酹罐|细胞培养装置机械搅拌式反应器:搅拌系统：搅拌浆、搅拌轴和轴封、挡板（防止

12、漩涡，增强湍流）温控系统：夹套传热、盘管传热通气系统：无菌空气制备系统、空气分布器（单管、环形管）（五）按反应器的运行方式和流动模型分类: 间歇式反应器 u |间歇搅拌反应器（bstrF| f活塞流反应器（PFR） 连续流动反应器n 连续流搅拌反应器（CSTR）%）BSTRPFRCSTR1投料一次加料（起始）连续加料（入口）连线加权入口）2年龄年龄相瞰某时）年龄相同（某处）斗龄不同3空混8004返原000025、微生物的临界氧浓度C临：指不影响菌体生长所允许的最低氧浓度，或微生 物对发酵液中溶解氧浓度的最低要求。26、双膜理论：假定条件：.气液界面存在着滞流薄膜，溶质气体只靠分子扩散在两界膜内

13、移动。.气相中氧分压Pi与液相中氧分压Ci平衡。.氧传质阻力仅存在于两层滞流膜中。.氧的传递是一个稳定的过程，传递途径上各点的氧浓度恒定。27、传氧速率方程：w =c） N、=如a（L - C）N:面积传氧速率（mol/m2 h）Nv:体积传氧速率（mol/m 3h）kL：液膜传质系数（m/h）kLa：体积溶氧系数（h-1）28、溶氧系数及其测定： 亚硫酸盐氧化法：剩余的SC32-与碘作用溶氧电极法一一稳态法溶氧电极法一一动态法(碘量法)SC32-+ I2+ H2O - SC2-+ 2+2H+反应原理：在Cu2+存在下，2SC32-+ C2 2SC42-M = kLa(GM - C)供氧r -

14、 qX =c出)需氧vNr供需平衡%进一 C 出). g-c)29、（1）单组涡轮不通气搅拌功率 P0的计算：Po= p n3Di5Np（2）通气搅拌功率Pg的计算，口 dn 。凸， in -3/n hQ工 x 0 39Pg Po （kW）. 一 一一、 Jn （r/min）Di (cm)Q (ml/min )搅拌功率计算步骤：计算 Re ( R=nDi2 p /仙)；由Np Re查Np；计算F0;计算Pg空气线速度 Vs= Q/S = 4Q/tt D2 Vs(cm/min) Q/Q2XD1/D2)3-6/Q1= (D2/D1)230、比拟放大：1.几何尺寸放大D反应器直径Di搅拌器直径V反应

15、器的装料容积Hl- 反应器内液面高度.通风量Q放大(Q/V ,Vs , kLa)按Q/V相等放大(Q/V)i=(Q/V)2 Q1/D13 = Q/D23a1/kLa2 = (D/D1)1/3Vs/Vs2=Di/D2； kLa1/kLa2 = (D/D2)2/3 按通风截面空气线速度Vs相等放大 VS1= VS24 Q1 / Tt D12 = 4 6 / 兀 D22 (Q/V)1/(Q/V)2= D/D1；按体积溶氧系数相等放大(kLa)2=(kLa)1 (Q/V)1D12/3 =(Q/V)2D22/3 Q/Q2 = (D1/D2)3 (Q/V)2/(Q/V )1= (D1/D2)2/3 ； V

16、s1/ Vs2 = Q1D22/ Q 2D12= (D1/D2V3.搅拌功率放大(Re ,P/V,兀 Din, kLa, F/V, Hp)按雷诺准数Re相等放大(Re=nDi2p/N)n2/n 1 =(DDi2)2 =Q/D2)2按单位体积液体消耗功率Po/V相等放大(Po= p n3Di5 Np)nn1 =(D1/Di2)2/3 =(Di/D2 )2/3按体积溶氧系数相等放大按搅拌器末端线速度冗nDi相等放大niDii = n2Di2 n2/n i=Di/D231、培养基灭菌：用化学的或物理的方法从培养基中杀灭或除掉物料或设备中所 有的有生命的有机体的技术或工艺过程。消毒：用物理或化学的方法

17、杀死物料、容器、器具内外的病源微生物，一般只能 杀死营养细胞而不能杀死芽抱。32、湿热灭菌法：借助于蒸汽释放的热能使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分 子内部的化学键，特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性，使微生物死亡。33、污染度N0 灭菌开始时，污染的培养基中杂菌个数灭菌度Ns 经过灭菌时间t后残存活菌个数，10-3一灭菌效果/灭菌准数，用V表示34、连续灭菌也叫连消，将培养基在罐外连续进行加热、维持和冷却的灭菌方法。35、连续灭菌：优点：（1）保留较多的营养质量；（2）容易放大；较易自动控制； （3）糖受蒸汽的影响较少；（4）缩短灭菌周期；（5）在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少；（6）发

18、酵罐利用率高；（7）蒸汽负荷均匀。缺点:设备比较复杂，投资较大。分批灭菌：优煜 （1）设备投资较少；（2）染菌的危险性较小；（3）人工操作较方便（4）对培养基中固体物质含量较多时更为适宜缺点:灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。1 Hirt A 白X-/jRJT36、对数残留定律：1nHm K = Ae37、常用的滤菌介质：深层过滤：烧结材料；活性炭；玻璃纤维；超细玻纤； 棉花。绝对过滤（微孔过滤）：微孔滤膜；硝酸纤维酯类；聚四氟乙烯类38、过滤效率：滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值， 衡量过滤器过滤能力的指标。.，.；，m. .日I：小里；斗=京-N/过速后空气中的微够里白穿透率P: Ns/No,过滤前后空气中的微粒含量比值。39、对数穿透定律：-dN/dL=KN积分得d：毋回也n = -KL 或 2.303史嘉=-红2.3031g - -KLo40、过滤常数K的计算 L 马111等 K .Vo计算滤床厚度L :、41、 滤床直径D的计算方D2 卜万v 操作状态下空气的体积流l量，m3/s由气态方程 Pi V1/T1 = P2V2/T2 导出：V2=P1T2V1/P2T1Pi ：大气压力P2 :操作压力，绝对压力 巳=/+表压（1atm=1.03kg/cm2）42、过滤除菌的机制：惯性碰撞滞留作用阻拦滞留作用布朗扩散作用重力沉降作