生物反应工程贾士儒试卷1(word文档)

生物反响工程考试一试卷（2003年6月）班级姓名成绩一、名词解说(10分)流加式操作：能量生长非偶联型：返混：搅拌器轴功率：固定化酶：二、请列出以下物理量的数学表达式(10分)逗留时间：呼吸商：稀释率：Da准数：转变率：三、判断题(10分)1、单罐连续培育稳态下，D=μ。()2、流加培育达到拟稳态时，D=μ。()3、单罐连续培育，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。()4、Da准数是决定固定化酶外扩散效率的独一参数，Da准数越大，外扩散效率越高。()5．酶经固定化后，稳固性增添，活性增大。()四、图形题（15分）图1为酶促反响1/r~1/S曲线，指出曲线Ⅰ、Ⅱ中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无克制状况。图代表的流体种类。1/rⅠⅡ1/S图1曲线Ⅰ：曲线Ⅱ：

为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所1234d/d图2曲线1：曲线2：曲线3：曲线4：图3为连续培育的数学模型，请在图中标出临界稀释率Dcrit和最大生产强度下的稀释率Dm。图4为微生物生长模型，请图示说明怎样判断限制性基质？μXD，

XXDXD

S图

3

图

4五、简答题（25分）1、莫诺方程与米氏方程的差别是什么？2、CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反响器的性能。3、何谓恒化器，何谓恒浊器，两者有何差别？4、影响kLa的要素有哪些，怎样提升kLa或Nv？5、怎样进行流加培育的控制、优化？六、计算题（30分）1、乙醇为基质，通风培育酵母，呼吸商RQ=0.6。反响方程为：C2H5OH+aO2+bNH3c（CH1。75N0。15O0。5）+dCO2+eH2O求各系数a、b、c、d及菌体得率YX/S。2、推导非竞争性克制酶促反响动力学方程。3．某微生物的生长可用Monod方程来描绘，而且m=0.5/h，KS=2g/L。连续培育中，流加基质浓度So=48g/L，YX/S=0.45g/g，在稳固状态下，菌体的最大生产强度为多少？4、在必定的培育条件下培育大肠杆菌，测得实验数据以下表所示。求该条件下,大肠杆菌的最大比生长速率μm和半饱和常数KS。S(mg/L)613334064102122153170221210μ(h-1)0.060.120.240.310.430.530.600.660.690.700.735．以葡萄糖为独一碳源，在通风条件下连续培育Azotobactervinelandii，从实验数据中求出碳源保持常数m=0.910-3mol/g.h，碳源对菌体的理论得率YG=54g/mol，氧的保持常数mo=5.410-3mol/g.h，氧对菌体的理论得率YGO=14.5g/mol。计算与能量衡算相应的保持常数m/、mo/，YG/、YGO/。生物反响工程考试一试卷标准答案四、名词解说(10分)流加式操作：先将必定量基质加入反响器内，在适合条件下将微生物菌种接入反响器中，反响开始，反响过程中将特定的限制性基质依据必定要求加入反响器内，以控制限制性基质浓度保持必定，当反响停止时拿出反响物料的操作方式。能量生长偶联型：当有大批合成菌体资料存在时，微生物生长取决于ATP的供能，这类生长就是能量生长偶联型。返混：不一样逗留时间的物料的混淆，称为返混。搅拌器轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的转速展转时，用以战胜介质的阻力所需用的功率，简称轴功率。它不包含机械传动的摩擦所耗费的功率，所以它不是电动机的轴功率。酶的固定化技术：是指将水溶性酶分子经过必定的方式如静电吸附、共价键等与载体联合，制成固相酶的技术。五、请列出以下物理量的数学表达式(10分)V逗留时间：f呼吸商：RQQCO2/QO2F稀释率：DVDa准数：DarmNmS0St转变率：S0六、判断题(10分)1、单罐连续培育稳态下，D=μ。(√)2、流加培育达到拟稳态时，D=μ。(√)3、单罐连续培育，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。()4、Da准数是决定固定化酶外扩散效率的独一参数，Da准数越大，外扩散效率越高。()5．酶经固定化后，稳固性增添，活性增大。()四、图形题（15分）图1为酶促反响1/r~1/S曲线，指出曲线Ⅰ、Ⅱ中哪条代表竞争性克制，哪条代表无克制状况。图2为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所代表的流体种类。1/r1ⅠⅡ2341/Sd/d图1图2曲线1：宾汉流体曲线Ⅰ：竞争性克制曲线2：胀塑性流体曲线Ⅱ：无克制曲线3：牛顿型流体曲线4：拟塑性流体图3为连续培育的数学模型，请在图中标出临界稀释率Dcrit和最大生产强度下的稀释率Dm。图4为微生物生长模型，请图示说明怎样判断限制性基质？μXXμmD，XDX0.5μm图3DcritDmKS图4ScritSScrit以下图。若S<Scrit，此基质为限制性基质五、简答题（25分）1、莫诺方程与米氏方程的差别是什么？答：莫诺方程与米氏方程的差别以下表所示。莫诺方程：maxSrmaxSS米氏方程：rKSKmS描绘微生物生长描绘酶促反响经验方程理论推导的机理方程方程中各项含义：方程中各项含义：μ：生长比速(h-1)r：反响速率(mol/L.h)μ：最大生长比速-1)rmax：最大反响速率(mol/L.h)(hmaxS:单调限制性底物浓度(mol/L)S：底物浓度(mol/L)KS:半饱和常数(mol/L)Km：米氏常数(mol/L)合用于单调限制性底物、不存在克制的状况合用于单底物酶促反响不存在克制的状况2、CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反响器的性能。答：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较：1）达到同样转变率时，PFR型酶反响器所需逗留时间较短。2）在同样的逗留时间达到同样转变率时，CSTR型反响器所需酶量要大大高于PFR型反响器。所以一般来说，CSTR型反响器的成效比PFR型差，可是，将多个CSTR型反响器串连时，可战胜这类不利状况。3）与CSTR型酶反响器对比，PFR型酶反响器中底物浓度较高，而产物浓度较低，所以，发生底物克制时，PFR型酶反响器转变率的降低要比CSTR型强烈得多；而产物克制对CSTR型酶反响器影响更明显。3、何谓恒化器，何谓恒浊器，两者有何差别？答：恒化器、恒浊器指的是两种控制方法。恒化器是经过控制流量而达到相应的菌体浓度。恒浊器则是经过监测菌体密度来反应调理流量。前者经过计量泵、溢流管来保证恒定的流量；后者经过光电池监测细胞密度，以反应调理流量来保证细胞密度的恒定。恒化器便于控制，其应用更加宽泛。4、影响kLa的要素有哪些，怎样提升kLa或Nv？答：影响kLa的要素有：①设施参数如设施构造尺寸、搅拌器直径；②操作参数如搅拌转速、通风量；③发酵液性质，如流变学性质。提升kLa或Nv的举措有：①提升转速N，以提升Pg，进而提升kLa。②增大通风量Q。当Q不大时，增大Q可显然提升kLa；但当Q已较大时，持续提升Q，将降低Pg，其综合成效不会显然提升kLa，甚至可能降低，所以有些调理举措是将提升转速N和增大通风量Q两者联合。③为了提升NV，除了提升kLa以外，提升C*也是可行的方法之一。通入纯氧或在可行的条件下提升罐内操作压力，均可提升C*。④丝状菌的生长致使发酵液粘度的急剧上涨和kLa的急剧降落。过分提升转速和通肚量可能致使菌丝体的机械损坏和液泛。在此状况下可重复地放出一部散发酵液，增补新鲜灭菌的等体积培育基，这样可使kLa大幅度上涨。⑤向发酵液中增添少许氧载体，可提升kLa。5、怎样进行流加培育的控制、优化？答：流加培育的控制方法有反应控制和无反应控制，前者又包含直接反馈控制和间接反应控制。流加培育优化是指控制适合的稀释率或菌体生长比速，是生产强度和得率尽可能最大。大批的菌体时产生产物的前提，所以在菌体生长阶段，应控制较高的生长比速，使菌体量迅速增添。进入产物生成阶段后，应控制较低的菌体生长比速，以减少基质的耗费，并保证“壮龄”细胞在细胞群体中占绝大部分。进行流加培育优化时，还应试虑以下界限条件：1)最大比生长速率m。流加操作制定态要求Dm。2)临界比生长速率crit，应知足Dcrit，保证“壮龄”细胞在细胞集体中占绝大部分。3)发酵罐最大同意细胞浓度。4)细胞对底物的耐受力。六、计算题（30分）1、乙醇为基质，通风培育酵母，呼吸商RQ=0.6。反响方程为：2523c（CH1。750。15。5）+dCO22CHOH+aO+bNHNO0+eHO求各系数a、b、c、d及菌体得率YX/S。解：依据元素均衡式有：C：2=c+d(1)H:6+3b=1.75c+2e(2)O:1+2a=0.5c+2d+e(3)N:b=0.15c(4)已知RQ=0.6，即d=0.6a(5)以上5式联立求解，得a=2.394b=0.085c=0.564d=1.436e=2.634所以反响式为：C2H5OH+2.394O2+0.085NH30.564（CH1。75N0。15O0。5）+1.436CO2+2.634H2O菌体得率YX/S2、推导非竞争性克制酶促反响动力学方程。3．某微生物的生长可用Monod方程来描绘，而且m=0.5/h，KS=2g/L。连续培育中，流加基质浓度So=48g/L，YX/S=0.45g/g，在稳固状态下，菌体的最大生产强度为多少？解：Dmm1/2S01/2=[1-KS/(K]=0.4(1/h)+S)(DX)m=DY(S-S)=DmYX/S[S-KDm/(m-Dm)]=7.2(g/L.h)mX/S00S所以在稳固状态下菌体的最大生产强度为7.2g/L.h4、在必定的培育条件下培育大肠杆菌，测得实验数据以下表所示。求该条件下,大肠杆菌的最大比生长速率μm和半饱和常数KS。解：计算S/μ，列入数据表。S(mg/L)613334064102122153170221μ(h-1)0.060.120.240.310.430.530.600.660.690.70S/μ(mg.h/L)100108.3137.5129148.8192.5203.3231.8246.4315.7绘制S~S曲线。350300)250L/h.200gm(150μ/S100y=0.9338x+94.7295000100200300S（mg/L）由图中可知：直线截距为

C=95,斜率为

K=0.93,则m

1K

1.08(h

1),

KS

C

m

102mg/L

0.102g/L5．以葡萄糖为独一碳源，在通风条件下连续培育Azotobactervinelandii，从实验数据中求出碳源保持常数m=0.910-3mol/g.h，碳源对菌体的理论得率YG=54g/mol，氧的保持常数mo=5.410-3mol/g.h，氧对菌体的理论得率YGO=14.5g/mol。计