生物反应工程考试试卷标准答案

生物反应工程考试试卷标准答案

一、名词说明（10分）

流加式操作：先将肯定量基质加入反应器内，在相宜条件下将微生物菌种接入反应器中，

反应起先，反应过程中将特定的限制性基质依据肯定要求加入反应器内，以限制限制性

基质浓度保持肯定，当反应终止时取出反应物料的操作方式。

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。

返混：不同停留时间的物料的混合，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回转时，用以克服

介质的阻力所需用的功率，简称轴功率。它不包括机械传动的摩擦所消耗的功率，因此

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通过肯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。

二、请列出下列物理量的数学表达式（1（）分）

停留时间：T=J

呼吸商：RQ=QC0JQ（n

稀释率：。二/

Da准数：Da=%-

转化率：

三、推断题（10分）

1、单罐连续培育稳态下，D=uo（V）

2、流加培育达到拟稳态时，D=u。（V）

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准数是确定固定化酶外扩散效率的唯一参数,Da准数越大，外扩散效率越高式）

5.酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。（）

四、图形题（15分）

图1为酶促反应1/r〜1/S曲线，指出曲线I、I［中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑

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类型。

d/d

图2

曲线1：宾汉流体

曲线I：竞争性抑制

曲线2：胀塑性流体

曲线【I：无抑制

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De小和最大生产强度下的稀释率

Dm。图4为微生物生长模型，请图示说明如何推断限制性基质？

Scril如图所示。

若S<Sc「it,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区分是什么？

答：莫诺方程与米氏方程的区分如下表所示。

莫诺方程：4=4上rq

米氏方程：厂=3^

+SKm+S

描述微生物生长描述酶促反应

阅历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：

It：生长比速（仁）r：反应速率反。1速.h）

「max：最大反应速率（m反/Lh）

Umax：最大生长比速（h'）

底物浓度（mol/L）

S:单一限制性底物浓度（mol/L）

K„：米氏常数（mol/L）

Ks：半饱和常数（mol/L）

适用于单一限制性底物、不存在抑制的状况适用「单底物酣促反应不存在抑制的状况

2、CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。

答:CSTR代表连续全混流酶反应器。PFR代表连续活塞式酶反应器。

CSTR型和PFR型酶反应器的性能比较：

1）达到相同转化率力时，PFR型酶反应器所需停留时间较短。

2）在相同的停留时间达到相同转化率时，CSTR型反应器所需酶量要大大高于PFR型反

应器。因此一般来说，CSTR型反应器的效果比PFR型差，但是，将多个CSTR型反应

器串联时，可克服这种不利状况。

3）与CSTR型酶反应器相比，PFR型酶反应器中底物浓度较高，而产物浓度较低，因此,

发生底物抑制时，PFR型酶反应器转化率的降低要比CSTR型猛烈得多；而产物抑制对

CSTR型酶反应器影响更显著。

3、何谓恒化器，何谓恒浊器，二者有何区分？

答：恒化器、恒浊器指的是两种限制方法。恒化器是通过限制流量而达到相应的菌体浓度。

恒浊器则是通过监测菌体密度来反馈调整流量。前者通过计量泵、溢流管来保证恒定的流

量；后者通过光电池监测细胞密度，以反馈调整流量来保证细胞密度的恒定。恒化器便于

六、计算题(30分)

1、乙醇为基质，通风培育酵母，呼吸商RQ=().6。反应方程为：

C2H5OH+aCh+bNH3------->c(CHI.75NO,15OO5)+dCO2+eH2O

求各系数a、b、c、d及菌体得率Yx/s。

解：依据元素平衡式有：

C：2=c+d(1)

H:6+3b=1.75c+2e⑵

O:l+2a=0.5c+2d+e⑶

N:b=O.I5c(4)

已知RQ=0.6,即d=0.6a⑸

以上5式联立求解，得

a=2.394

b=O.O85

c=0.564

d=1.436

-2.634

因此反应式为：

C2H50H+2.39402+0.085NH3____>0.564(CHi.75NO.15OO5)+1.436CO2+2.634H2O

菌体得率Yx/s=0.56423.85/46=0.29

2、推导非竞争性抑制解促反应动力学方程。

3.某微生物的生长可用Monod方程来描述，并且m=0.5/h,Ks=2g/Lo连续培育中，流加

基质浓度S0=48g/L,Yx/s=0.45g/g,在稳定状态下，菌体的最大生产强度为多少？

解:Dm=m[l-Ks"2/(Ks+S。严]=0.4(1/h)

(DX)n尸DmYx/s(So-S户DmYx/s[So-KsDm/(m-Dm)]=7.2(g/L.h)

因此在稳定状态下菌体的最大生产强度为7.2g/L.h

4、在肯定的培育条件下培育大肠杆菌，测得试验数据如下表所示。求该条件下，大肠杆菌

的最大比生长速率W和半饱和常数Kso

解：计算S/内列入数据表。

S(mg/L)613334064102122153170221210

H(h')0.060.120.240.310.430.530.600.660.690.700.73

S/p(mg.h/L)100108.3137.5129148.8192.5203.3231.8246.4315.7287.7

绘制工〜S曲线。

4

由图中可知：直线截距为095,斜率为K=0.93,则

，

//n,=l=1.08(/r),Ks=C%=102mg/£=0.102g/L

K

5.以葡萄糖为唯一碳源，在通风条件下连续培育Azotobactervinelandii,从试验数据中求出

碳源维持常数m=0.910'3mol/g.h,碳源对菌体的理论得率YG=54g/mol,氧的维持常数

3

mo=5.4l()-mol/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维持

常数m\m(/,YG\YGO'O

解：依据物质能量平衡：

mo=mA=1.410-36=8.410'3(mol/gh)

—=-