生物反应工程复习资料
生物反应工程第1章
1.生物反应工程：将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程，常称为生化反应工程。
实质是利用生物催化剂从事生物技术产品的生产过程。
主要有四个部分组成：①原材料的预处理；②生物催化剂的制备；③生化反应器及其反应条件的选择和监控；④产物的分离纯化。
2.生物反应工程的分类：①酶促反应过程；②细胞反应过程（单一或多种微生物细胞培养，动植物细胞培养等）；③废水的生物处理过程3.生物反应过程各分类的特征：4.一般生物工程示意图：5.生物工程与化学工程的比较：.6.生物反应动力学:生物反应动力学研究相关因素对反应速率的影响及其规律。
具体包括如下内容：①酶促反应动力学特点、均相和多相系统酶促反应动力学酶的失活动力学；②微生物反应过程的质量与物量衡算发酵动力学微生物培养操作技术；③影响动植物细胞培养的因素动植物细胞反应及其反应动力学7.生物反应器：地位：生物技术转化为产业、生产力的关键设备，在生物反应过程中居于中心地位。
使用高效率的生物反应器目的：提高产品的生成率，减少有关辅助设备，降低生产成本，获得尽可能大的经济效益。
注：由于生物反应的复杂性，加上外界的影响以及相关理论的不完善，目前生物反应器的形式还不能适应生物反应过程多样性的需要8.酶分为六类：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶、连接（或合成酶）催化共性：①降低反应活化能。
②加快反应速率。
③反应的平衡常数不改变，只能加快反应到达平衡的速度。
反应中酶的立体结构和离子价态可能发生变化，但在反应结束时，酶本身一般不消耗，恢复到原来状态生物催化特性：①酶具有很强的专一性：底物专一性、反应专一性、立体专一性②催化效率高③酶易失活，反应条件是常温、常压等温④酶的催化活力与辅酶、辅基及金属子有关；⑤酶活性受到浓度参数、激素的量、反馈抑制等因素的调节和控制9.酶的调节功能：①酶不仅是生物催化剂，而且具有调节功能。
酶活力的控制是代谢调节作用的主要方式。
生物反应工程复习资料
生物反应工程原理复习资料生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。
生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。
酶和酶的反应特征酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。
酶的来源：动物、植物和微生物酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。
2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等固定化酶的性质固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。
与游离酶的区别：游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用）固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性）固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化单底物均相酶反应动力学米氏方程快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以破坏这个平衡稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑这个可逆反应（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，即P E ES S E k k k +→+⇔-211P E ES +←ES S E ⇔+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES双倒数法（Linewear Burk ）： 对米氏方程两侧取倒数得 以 作图 得一直线，直线斜率为 ，截距为根据直线斜率和截距可计算出Km 和rmax抑制剂对酶反应的影响：失活作用（不可逆抑制） 抑制作用（可逆抑制 ）：竞争抑制 、反竞争抑制 、非竞争抑制 、 混合型抑制 竞争抑制反应机理：非竞争抑制反应机理：Sm C r K r r 111max max +=S C r 1~1max r K m max1r PE ES S E k k k +→+⇔-211EI I E I K ⇔+P E ES S E k k k +→+⇔-211EII E IK ⇔+ESI I ES IK ⇔+可逆抑制各自的特点：P37多底物均相酶反应动力学 (这里讨论：双底物双产物情况 )强制有序机制 顺序机制 西-钱氏机制 双底物双产物反应机制： 随即有序机制乒乓机制注意在工业级反应中， 反应速度一般是由改变所用酶浓度和（或）反应时间，而不是改变底物浓度来控制的，并且要测定的最重要参数是可测的转化率，而不是反应速度酶失活的因素有哪些？酶会由于种种因素发生失活。
生物反应工程重点
⽣物反应⼯程重点⽣物反应⼯程重点1.⽣物反应研究的内容？A. ⽣物反应动⼒学动⼒学——研究⼯业⽣产中⽣物反应速率问题；影响⽣物反应速率的各种因素以及如何获得最优的反应结果。
本征动⼒学（微观动⼒学）反应器动⼒学（宏观动⼒系学）B. ⽣物反应器传递特性——传质、传热和动量传递设计与放⼤——选型、操作⽅式、计算优化与控制——优化操作与优化设计、反应参数测定与控制2.均相酶促反应动⼒学见打印（均相酶促反应动⼒学）ppt3. 固定化酶催化反应过程动⼒学A.本征动⼒学概念：本征动⼒学：⼜称微观动⼒学，它是指没有传递等⼯程因素影响时，⽣物反应固有的速率。
该速率除反应本⾝的特性外，只与反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关，⽽与传递因素⽆关。
B.外扩散因⼦、内扩散因⼦见打印（外扩散因⼦、内扩散因⼦）pptC.分⼦扩散、努森扩散分⼦扩散：⽓体在多孔固体中扩散，当固体的孔径较⼤时，分⼦的扩散阻⼒主要是由于分⼦间的碰撞所致，这种扩散就是通常所说的分⼦扩散或容积扩散。
努森扩散：⽓体在多孔固体中扩散时，如果孔径⼩于⽓体分⼦的平均⾃由程（约0.1um），则⽓体分⼦对孔壁的碰撞，较之⽓体分⼦间的碰撞要频繁得多，这种扩散，称为Knudsen扩散。
D.曲节因⼦没找到4.细胞反应动⼒学A.细胞的⽣长曲线见书86页B.各种⽐速率见书81页C.细胞⽣长速率及各种⽐速率Monod⽅程与⽶⽒⽅程的区别是什么？答：monod⽅程与⽶⽒⽅程的区别如下表所⽰。
Monod⽅程：⽶⽒⽅程：描述微⽣物⽣长描述酶促反应经验⽅程理论推导的机理⽅程⽅程中各项含义：µ：⽣长⽐速(h-1)µmax：最⼤⽣长⽐速(h-1)S: 单⼀限制性底物浓度(mol/L)K S:半饱和常数(mol/L)⽅程中各项含义：r：反应速率(mol/L.h)r max：最⼤反应速率(mol/L.h)S：底物浓度(mol/L)K m：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应不存在抑制的情况D.得率系数菌体得率常数：F.呼吸商呼吸商：G.产物⽣成与细胞⽣长的相关模型相关模型：产物的⽣成与细胞的⽣长相关，产物是细胞能量代谢的结果，产物的⽣成和细胞⽣长同步。
生物反应工程原理总复习
（5-89) （5-90)
KS D PX = DYX / S (CS0 − ) µ max − D
当PX为最大时，相应的稀释率称为最佳稀释率DOPt：
DOPt
⎡ KS = µ max ⎢1 − K S + CS0 ⎢ ⎣
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
（5-92)
反应器中细胞浓度为
C X ,OPt = YX / Y CS0 + K S − K S (CS0 + K S )
1 dnp rp = v dt
rp = k + 2 ⋅ C[ES]
rp , max = k +2 ⋅ CE 0
Km = k
− 1
+ k
+ 1
+ 2
k
k = Ks + k
+ 2 + 1
2.3 有抑制的酶催化反应动力学
不可逆抑制：如果抑制剂与酶的基团成共价结合，则 此时不能用物理方法去掉抑制剂。此类抑制可使酶永 久性地失活。例如：重金属离子对酶的抑制作用。 可逆抑制： 可用诸如透析等物理方法把抑制剂去掉而 恢复酶的活性，此时酶与抑制剂的结合存在着解离平 衡的关系。包括：竞争性抑制，非竞争性抑制，反竞 争性抑制，混合型抑制，底物抑制和产物抑制。
τ
P
=
∫
C
s
s0
C
dC S rs
5.4.4 CPFR与CSTR的性能比较
本章中所讨论的生化反应器的浓度·时间(c－t)、 浓度—空间(C—z)分布曲线如图5—26所示。
（1）酶催化反应过程 （2）细胞反应过程
1/rs
τm
CX0 CX1
τp
Cx，opt
CX2
生物反应工程
⽣物反应⼯程第⼀章1、⽣物反应⼯程定义：⽣物反应⼯程是⼀门以研究⽣物反应过程中带有共性的⼯程技术问题的学科2、⽣物反应⼯程研究的内容：它以⽣物反应动⼒学为基础，将传递过程原理、设备⼯程学、过程动态学及最优化原理等化学⼯程学⽅法与⽣物反应过程的反应特性⽅⾯的知识相结合，进⾏⽣物反应过程分析与开发，以及⽣物反应器的设计、操作和控制等。
⽣物反应⼯程主要研究⽣物反应过程中带有共性的⼯程技术问题。
第⼆章：1、根据酶所催化的反应类型可以将酶分为六⼤类2、酶的不同形式：单体酶(monomeric enzyme) 寡聚酶(oligomeric enzyme) 多酶体系(multienzyme system) 多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)3、辅酶 (coenzyme):与酶蛋⽩结合疏松，可⽤透析或超滤的⽅法除去。
辅基(prosthetic group):与酶蛋⽩结合紧密，不能⽤透析或超滤的⽅法除去。
4、酶的活性中⼼：或称活性部位(active site)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。
5、酶促反应的特异性相对和绝对酶的特异性：⼀种酶仅作⽤于⼀种或⼀类化合物，或⼀定的化学键，催化⼀定的化学反应并⽣成⼀定的产物。
酶的这种选择性称为酶的特异性或专⼀性。
绝对：酶只作⽤于特定结构的底物，进⾏⼀种专⼀的反应，⽣成⼀种特定结构的产物相对：酶作⽤于⼀类化合物或⼀种化学键。
6、酶促反应的机理，两个学说（⼀）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进⽽相互结合。
（⼆）锁钥学说：特指对酶反应机制的⼀种描述。
底物与酶结合形成复合体，酶上的结合部位(即活性部位)在结构上与底物互补以致底物与酶吻合，正如钥匙和锁吻合⼀样。
7、⽶⽒⽅程及意义：⽅程：v=Vmax×[S]/（Km+[S])，当 = 1/2 Vm，Km = [S]意义：Km 可以近似地代表E与S的亲和⼒Km越⼩，代表E与S亲和⼒越⼤8、抑制的类型概念：抑制剂与酶活性中⼼必需基团共价结合，不能⽤透析、超滤等物理⽅法将其除去分类：可逆性抑制（竞争性抑制作⽤、⾮竞争性抑制作⽤、反竞争性抑制作⽤）不可逆抑制（专⼀性抑制[巯基酶抑制剂，丝氨酸酶抑制剂]、⾮专⼀性抑制剂）9、动⼒学特点第三章：1、酶在⾷品⽅⾯的应⽤级举例⽣物技术在⾷品⼯业中应⽤的代表就是酶的应⽤，⽬前已经有⼏⼗种酶成功⽤于⾷品⼯业。
生物反应工程(知识点参考)
名词解释1，返混:不同停留时间的物料的混合。
2，双膜理论:作为界面传质动力学的理论，该理论较好地解释了液体吸收剂对气体吸收质吸收的过程。
一种关于两个流体相在界面传质动力学的理论3，构象改变:在分子生物学里，一个蛋白质可能为了执行新的功能而改变去形状；每一种可能的形状被称为构象，而在其之间的转变即称为构象改变。
4，分配效应:分配的马太效应（Matthew Effect），是指好的愈好，坏的愈坏，多的愈多，少的愈少的一种现象。
5，酶的固定化技术:酶固定化技术是通过物理或化学的方法将酶连接在一定的固相载体上成为固定化酶，从而发挥催化作用。
固定化后的酶在保持原有催化活性的同时，又可以同一般催化剂一样能回收和反复使用，可在生产工艺上实现连续化和自动化，更适应工业化生产的需要。
6，结构模型:就是应用有向连接图来描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型.7，固定化酶:水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水的但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。
在催化反应中以固相状态作用于底物。
8，停留时间:又称寄宿时间，是指在稳定态时，某个元素或某种物质从进入某物到离开该物所度过的平均时间。
9，恒化器：一种微生物连续培养器。
它以恒定的速度流出培养液，使容器中的微生物生长繁殖始终低于最快生长速度。
这种容器反映的是培养基的化学环境恒定。
而恒浊器反映的是细胞浊度（浓度）的恒定。
10，恒浊器：一种连续培养微生物的装置。
可以根据培养液中的微生物的浓度，通过光电系统观控制培养液的流速，从而使微生物高密度的以恒定的速度生长。
11，生物反应工程：一个由生物反应动力学与化学反应工程结合的交叉分支学科。
着重解决不同性质的生物反应在不同型式的生物反应器中以不同的操作方式操作时的优化条件12，连续灭菌：就是将配制好的培养基在通入发酵罐时进行加热,保温，降温的灭菌过程，也称连消。
13，间歇灭菌：在100℃条件下，灭菌30分钟，间隔24小时再重复操作三次。
生物反应工程原理复习题答案
生物反应工程原理复习题答案一、选择题1. 生物反应器的基本类型包括：A. 搅拌槽式B. 填充床式C. 流化床式D. 所有以上选项2. 微生物生长的四个阶段包括：A. 滞后期B. 对数生长期C. 稳定期D. 衰减期E. 所有以上选项3. 以下哪个不是生物反应器操作模式？A. 批式操作B. 连续操作C. 半连续操作D. 周期性操作二、填空题1. 生物反应器的设计通常需要考虑_________、_________和_________三个主要因素。
2. 在生物反应器中，_________是用来描述微生物生长速率的参数。
3. 微生物的代谢途径可以分为_________代谢和_________代谢。
三、简答题1. 简述批式操作和连续操作的区别。
2. 描述生物反应器中氧气传递的重要性及其影响因素。
四、计算题1. 假设一个生物反应器的体积为1000升，其中微生物的浓度为5克/升。
如果微生物的比生长速率为0.2/小时，计算1小时内生物量的增长量。
2. 给定一个流化床生物反应器，其气体流量为1000升/分钟，气体中氧气的体积分数为21%。
如果反应器的体积为5立方米，计算在30分钟内氧气的总传递量。
五、论述题1. 论述生物反应器中混合和传质的重要性，并举例说明如何优化这些过程。
2. 分析在工业生产中，为什么需要对生物反应器进行规模放大，并讨论规模放大过程中可能遇到的挑战。
六、案例分析题1. 某制药公司使用生物反应器生产抗生素。
在生产过程中，他们发现微生物的生长速率突然下降。
请分析可能的原因，并提出解决方案。
2. 一个废水处理厂使用活性污泥法处理工业废水。
请根据活性污泥法的原理，分析废水处理过程中可能出现的问题，并提出改进措施。
七、实验设计题1. 设计一个实验来评估不同搅拌速度对微生物生长速率的影响。
2. 设计一个实验来测定生物反应器中氧气的溶解度。
八、结束语通过本复习题的练习，希望能够帮助学生更好地理解和掌握生物反应工程的原理，为进一步的学习和研究打下坚实的基础。
生物反应工程原理总复习
扩散效应 传质机理仅为
常数 扩散系数视为
5、底物分配系数是1。
6、固定化酶颗粒处于稳态之下。
7、底物和产物的浓度仅沿r方向而变化。 数学模型简化
第四章 细胞反应过程动力学
4.1 细胞反应的主要特征
1. 细胞是反应的主体。 2. 细胞反应过程的本质是复杂的酶催化反应体系。 3. 细胞反应与酶催化反应也有着明显的不同。
生物反应工程的研究方法
用数学模型方法进行研究： 机理模型：或称结构模型，从过程机理出发推导得到的。 半经验模型：对过程机理有一定了解基础上结合经验数据 得到 经验模型：在完全不了解或不考虑过程机理的情况下，仅 根据一定条件下的实验数据进行的数学关联。
2.1.1 酶的催化共性
它能降低反应的活化能，加快生化反应的速率；但它不能 改变反应的平衡常数，而只能加快反应达到平衡的速率。 酶在反应过程中，其立体结构和离子价态可以发生某种变 化，但在反应结束时，一般酶本身不消耗，并恢复到原来状 态。
2.2 简单的酶催化反应动力学
1、什么是简单的酶催化反应动力学 2、活性中间复合物学说 3、简单的酶催化反应机理 4、推导方程的假设条件 5、“平衡”假设、“拟稳态”假设 6、米氏方程的参数及其物理意义
k +1 + E+S ⎯2 ES ⎯ k⎯→ E + P k −1
1 dns rs = − v dt
4.3.2 分批培养时细胞生长动力学
1、生长历程 2、Monod方程
目前，常使用确定论的 非结构模型是 Monod 方程 µ max ⋅C S µ＝ ( 3 − 34 ) K S + CS
第五章 生化反应器的设计与分析
间歇操作搅拌槽式反应器 Batch Stir Tank Reactor (BSTR) 连续操作的搅拌槽式反应器 Continuous Stir Tank Reactor (CSTR) 连续操作的管式反应器 continuous plug Flow Reactor (CPFR)
《生物反应》复习资料
绪论生物技术是指应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂的作用将物料加工以提供产品成为社会服务的技术。
将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程称为生物反应过程。
典型的生物反应过程：(1)原材料的预处理。
(2)生物催化剂的制备。
(3)生化反应器及反应条件的选择与监控。
(4)产物的分离纯化整个生物反应过程以生物反应器为核心。
生物反应工程(BioreactionEngineering)：是生物反应过程的一个部分，主要围绕生物反应器进行研究，研究生物反应过程中有关反应器设计放大等具有共性的工程技术问题，以达到在工业规模的反应器中给生物反应提供一个最佳的反应环境。
生物反应工程的研究内容：1.生物反应动力学2.生物反应器生物反应器的研究内容(1)生物反应器中的传递特性。
(2)生物反应器的设计与放大。
(3)生物反应器的优化与控制。
第一章酶催化反应动力学酶的催化反应特性1.高效的的催化活性2.高度的专一性3.辅因子的参与4.酶的催化活性可被调控5.酶易变性和失活1.优点⏹在常温、常压、中性范围条件下进行；⏹由于酶促反应的专一性，副产物较少；⏹与微生物相反应相比，体系简单，易控制最适条件2.不足⏹酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应，与微生物体系相比，在经济上有时并不理想；⏹ 酶促反应条件温和，但一般周期较长，有发生染菌可能；⏹ 固定化酶反应体系有许多有利于酶反应体系的优点，但并非是最佳的生物催化剂。
1.米氏方程[快速平衡说]P E ES S E k k k k +−−←−→−−−←−→−+-+-+2211 4点假设：1. 在反应过程中，酶的浓度保持恒定，即[E]tot =[E]free + [ES]2. 与底物浓度[S]相比，酶的浓度是很小的，因而可以忽略由于生成中间复合物而消耗的底物。
3. 产物的浓度是很低的，因而产物的抑制作用可以忽略，即不必考虑逆反应的存在。
换言之，据此假设所确定的方程仅适用于反应初始状态。
生物反应工程复习重点(无习题)
1.生物反应工程的定义:一生物反应动力学为基础,将传质过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学方法生物过程方面的知识相结合，进行生物反应过程分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制。
2.生物反应动力学：主要研究生物反应速率和各种因素对反应速率的影响。
生物反应器的研究内容：（1）生物反应器中的传递特质即传质、传热及动量；（2）生物器的设计与放大；（3）生物反应器的优化与控制，包括优化操作与优化设计。
3.生物反应器的研究内容（1-34）(1)生物反应器中的传递特性。
(2)生物反应器的设计与放大。
(3)生物反应器的优化与控制。
3.酶促反应中竞争性抑制动力学方程4.酶促反应中非竞争性抑制动力学方程5.酶促反应中反竞争性抑制动力学方程6.判断酶促反应中竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制曲线竞争型非竞争型反竞争型7.比较酶促反应中竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制Km、rmax的变化8.双底物酶催化反应的机理有哪些？随机机制：两个底物S1和S2随机地与酶相结合，产物P1和P2也随机地释放出来。
许多激酶类的催化机制属于此种。
顺序机制：两个底物S1和S2与酶结合形成复合物是有顺序的，酶先与底物S1结合形成ES1复合物，然后ES1再与S2结合形成具有催化活性的ES1S2。
乒乓机制：最主要的特点是底物S1和S2始终不同时与酶结合，其机理式。
转氨酶9.固定化酶的优点：(1) 可连续稳定地生产产物；(2) 反应产物地纯度高、质量好；(3) 生产的副产物少；(4) 反应的动力学常数、反应的最佳pH和反应温度可能按意愿经固定化调整；(5) 固定化酶、细胞在使用时可以再生或回收，可反复使用；(6) 容易实现连续自动控制，节约劳动力；(7) 可大大提高酶、细胞的比生产能力10.酶固定化的方法：（1）载体结合法：将酶或细胞利用共价键或离子键、物理吸附等方法结合于水不溶性载体上的一种固定化方法。
水不溶性载体：纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等。
生物反应工程知识点总结
生物反应工程知识点总结生物反应工程是一门交叉学科，结合了生物学、化学工程和生物化学等多个学科的知识，旨在利用微生物、酶和其他生物体系进行生产、治疗和环境保护等方面的工程应用。
生物反应工程在农业、食品工业、医药、环保等领域具有广泛的应用价值。
本文将围绕生物反应工程的基本概念、发展历程、相关技术和应用领域等方面进行总结。
一、基本概念1.生物反应生物反应是生物体在特定条件下对外界刺激产生的一系列生化反应的总称。
生物反应包括呼吸、发酵、光合作用等，这些反应都是生物体为了维持生命活动而进行的基本生化过程。
2.生物反应工程生物反应工程是利用生物体系进行生产、治疗和环境保护等方面的工程应用的学科。
它主要研究生物反应的基本原理、工程方法和技术手段，旨在发展出高效、经济、环保的生化工艺和技术。
3.微生物微生物是一类单细胞生物，包括细菌、真菌、藻类等。
它们在生物反应工程中扮演着重要的角色，可以用于生产酶、抗生素、酒精等化学品，也可以用于处理废水、废气和固体废弃物。
4.酶酶是生物反应中的一种催化剂，可以促进生化反应的进行，具有高效、特异性和温和的特点。
在生物反应工程中，酶的应用范围非常广泛，如制糖、酿酒、生物柴油生产等方面都有重要应用。
二、发展历程生物反应工程作为一个新兴的交叉学科，其发展经历了以下几个阶段：1.早期阶段生物反应工程的萌芽可以追溯到19世纪末20世纪初。
当时，人们开始意识到微生物在发酵过程中的重要作用，并开始尝试利用微生物制备酒精、乳酸和醋等产品。
2.发展阶段20世纪50年代后，随着生物技术的发展，生物反应工程逐渐形成了自己的理论体系和技术手段。
在这一阶段，人们开发了大量的酶工程和发酵工程技术，并将其应用于制药、食品、农业等领域。
3.成熟阶段近年来，随着基因工程、蛋白工程等技术的不断进步，生物反应工程进入了一个快速发展的阶段。
人们可以通过改变微生物菌种的遗传信息，使其具有更高的产酶性能，从而实现高效生产。
生物反应工程 第二章
2.2 均相酶促反应动力学 2.2.1 酶促反应动力学基础 可采用化学反应动力学方法建立酶促反应动力学方程。 对酶促反应 ，有：
式中， k：酶促反应速率常数； r：酶促反应速率； rA：以底物A的消耗速率表示的酶促反应速率； rP：以产物P的生成速率表示的酶促反应速率。
对连锁的酶促反应，
2.2.2 单底物酶促反应动力学 2.2.2.1 米氏方程 根据酶－底物中间复合物假说，对 单底物酶促反应 ，其反应机制可 表示为：
根据以上假设，可建立如下方程组
解之，得
令 则
米氏方程 r
rmax
rmax/2
Km
CS
图2－1 酶浓度一定时底物浓度对反应速率的影响
对米氏方程的讨论： • 当CS<<Km时， ，属一级反应。
• 当CS>>Km时，
，属零级反应。
• 当CS＝Km时， 。Km在数量上 等于反应速度达到最大反应速度一 半时的底物浓度。
解之,得
式中:
稳态法推导动力学方程:
解之,得
式中:
可见,产物抵制属于竞争性抵制
底物抑制：对于某些酶促反应，当底物浓 度较高时，反应速率呈下降趋势，称为底 物抑制。 r
CS
CS
底物抑制反应机理：
快速平衡法推导动学方程：
解之,得
式中:
双倒数法(Linewear Burk): 对米氏方程两侧取倒数，得
,以 作图，得一直线， 直线斜率为 ，截距为 ,根据直线 斜率和截距可计算出Km和rmax。
1／r
1／rmax
斜率－Km/rmax
－1／Km
1／CS
图2－2 双倒数法求解Km和rmax
2.2.2.2 抑制剂对酶促反应速率的影响 失活作用 抑制作用 竞争性抑制 非竞争性抑制
生物反应工程 重点
生物反应工程重点1.生物反应研究的内容？A. 生物反应动力学动力学——研究工业生产中生物反应速率问题；影响生物反应速率的各种因素以及如何获得最优的反应结果。
本征动力学（微观动力学）反应器动力学（宏观动力系学）B. 生物反应器传递特性——传质、传热和动量传递设计与放大——选型、操作方式、计算优化与控制——优化操作与优化设计、反应参数测定与控制2.均相酶促反应动力学见打印（均相酶促反应动力学）ppt3. 固定化酶催化反应过程动力学A.本征动力学概念：本征动力学：又称微观动力学，它是指没有传递等工程因素影响时，生物反应固有的速率。
该速率除反应本身的特性外，只与反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关，而与传递因素无关。
B.外扩散因子、内扩散因子见打印（外扩散因子、内扩散因子）pptC.分子扩散、努森扩散分子扩散：气体在多孔固体中扩散，当固体的孔径较大时，分子的扩散阻力主要是由于分子间的碰撞所致，这种扩散就是通常所说的分子扩散或容积扩散。
努森扩散：气体在多孔固体中扩散时，如果孔径小于气体分子的平均自由程（约0.1um），则气体分子对孔壁的碰撞，较之气体分子间的碰撞要频繁得多，这种扩散，称为Knudsen扩散。
D.曲节因子没找到4.细胞反应动力学A.细胞的生长曲线见书86页B.各种比速率见书81页C.细胞生长速率及各种比速率Monod方程与米氏方程的区别是什么？答：monod方程与米氏方程的区别如下表所示。
Monod方程：米氏方程：描述微生物生长描述酶促反应经验方程理论推导的机理方程方程中各项含义：μ：生长比速(h-1)μmax：最大生长比速(h-1)S: 单一限制性底物浓度(mol/L)K S:半饱和常数(mol/L)方程中各项含义：r：反应速率(mol/L.h)r max：最大反应速率(mol/L.h)S：底物浓度(mol/L)K m：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应不存在抑制的情况D.得率系数菌体得率常数：F.呼吸商呼吸商：G.产物生成与细胞生长的相关模型相关模型：产物的生成与细胞的生长相关，产物是细胞能量代谢的结果，产物的生成和细胞生长同步。
生化反应工程原理知识点
生物反应工程原理复习资料1 生物反应工程：生物反应工程是一门以研究生物反应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基础的交叉学科。
2 生物反应过程：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。
4 生物反应器：是指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备或者场所。
5 生物反应过程的缩小：根据生产实际，在实验室中使用小型反应器来模拟生产过程，以进行深入研究。
6 转化率：某反应物的转化浓度与该反应物起始比值的百分比7 收率：指按反应物进行量计算，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8 流加操作：是指先将一定量基质加入反应器内，在适宜的条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求加入到反应器中，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应结束时取出反应物料的操作方式。
9 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。
10 非结构模型：在确定论模型的基础上，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。
13Da准数：最大反应速率和最大传质速率之比。
14 分批发酵：是指将新鲜的培养基一次性加入发酵罐中，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。
15 连续培养发酵连续式操作(continuousoperation)：是指以一定的速率不断向发酵罐中供给新鲜的培养基，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。
16 稀释率：培养液流入速度和反应器内培养液的体积之比，他表示连续反应器中物料的更新快慢程度。
17 得率系数;是对碳元素等物质生成细胞或是其他产物的潜力进行定量评价的重要参数。
18 细胞得率：消耗1克基质生成细胞的克数称为细胞得率或是生长得率。
生物反应工程复习
31. 微生物的比热死亡速率常数由微生物菌体 的 和 两个因素决定。 32. 单纤维捕集效率中，重要的三个机制 是 、 和 。 33. 发酵罐通气条件下的搅拌功率通常 不通气条 件下的搅拌功率。 34. Monod方程中动力学常数的求算常采 用 或 。 35. 酶和活细胞的固定化方法有——、—— 、 和 。
氧的供需
空气除菌
微生物发酵动力学
ห้องสมุดไป่ตู้
比拟放大
一、判断题
1. 2. 3. 4. 5. 在对数生长期，细胞浓度与培养时间成直线函数关系。 米氏方程为理论方程，monod方程为经验方程。 酶固定化后活力大都提高，稳定性一般都下降。 L90为过滤除菌效率为90%时过滤介质的厚度。 灭菌计算中，常取灭菌度Ns=10-3，其含义为灭菌后每罐 培养基中残留的活菌数为 1/1000个。 比拟放大就是按比例放大。 单位菌体浓度的耗氧速率为呼吸强度。 微生物细胞的固定化以包埋法为主。 在单级连续培养中，有菌体循环比无菌体循环的发酵效 率高。 单级恒化器是具有恒定化学环境的反应器。
41. 42. 43. 44. 45. 46.
47. 48. 49. 50.
分批培养的优点是发酵周期短，菌种退化几率小。 连续培养的缺点是易染菌，菌种易退化。 酶固定化后活力大都提高，稳定性一般都下降。 L90越大，说明介质过滤性能越好。 有些酶反应在底物浓度升高时反应速率反而下降，表 现为高底物浓度抑制。 生化工程初步形成于青霉素由小规模实验生产到大规 模工业化生产的过程中。 对同一种微生物，其营养细胞和芽孢的比热死速率常 数k值有差别,因此有不同的死亡曲线。 一种酶有几种底物就有几种Km值。 酶的pH值~酶活性曲线均为钟罩形。 稳态学说中所谓的稳态是指中间复合物ES的生成速率 与分解速率相等，达到动态平衡
第二章 生物反应工程的工程学基础
= Di
• 平均剪切速率
=
• 湍流旋涡长度
3
=
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.25
2.3物料与热量衡算
• 1.物料衡算
• 依据质量守恒定律，对于选定的衡算系统，进入与离开这一过程系统的
目的物料的质量支差，等于该过程系统中目的物料的消耗量和累积量之
和。
输入量-输出量=目的物料的消耗量+目的物料的累积量
• 例题：以淀粉为唯一碳源生产乙醇，试计算生产1000kg无水乙醇
时淀粉的理论消耗量
• （C6 H10 O5 ）n + nH2O
nC6 H10 O6
162
18
180
• C6 H10 O6
2C2H5OH + 2H2O
180
2*46
2*44
• 生产无水乙醇时淀粉的理论消耗量为：
1000*162/92=1760.9（kg）
• 如果在2h完成生物反应器中70m3的装液量，请计算物料输入管道
的管径。如果要求50min将反应液排空，请计算物料输出管的管
径。
2.2流体的物理性质
• 7.黏度
dy
du
（a）
流体在管道中流动速度的分布
（b）
（a）理想的活塞流（b）实际的流动
du
F A
(N )
dy
•
式中 μ—黏性系数(动力黏度)，Pa·s；
生物细胞多大的压力，在发酵液表面呢？
2.2流体的物理性质
• 6.流量和流速
• 流量：单位时间内流过管道任一横截面的流体量。
• 体积流量：Vs，m3/s
• 质量流量：ms，kg/s
生物反应工程总复习
cX cS 0 YX / S cX cX K S cS 0 YX / S
表2-7 分批培养时细胞各生长阶段的特征
生长阶段 延迟期 加速期 减速期 静止期 死亡期 主要特征 适应新环境，rx≈0 细胞开始生长，rx>0 cS降低，有害P产生， rx减缓 细胞停止生长，rx＝0 细胞丧失活性并自溶 ≈0 < μmax μ
max
KS
cS
rX
max
KS
cS cX
当cS>>KS时，零级反应动力学
max
rX max cX
rX与cX的关系
当cX值较低时，rX 随着cX增加而增加 当cX值较高时，rX 随着cX增加而减小
rX存在一极限值， 此时对应的cX为最 佳细胞浓度
rX max
2.ES在反应开始后与E
B-H方程
k1 k2 ES E P S E k1
2.ES的生成速率与解离速率
假设
相近，浓度不随时间变化 dcES k1cS cE k1cES dt k1cS cE k1cES k2cES 0 3.底物浓度远大于酶浓度 c c
第2章 细胞反应动力学 C = 4
H=1 N = -3 O = -2 2.2 细胞反应计量学 ∴ CO2、H2O 、 CHmOn+aO2+bNH3 NH3的还原度为0 cCHαOβNδ + dCHxOyNz + eH2O + fCO2 某一化合物中 每一个碳原子的有 效电子当量数。数 值上等于该化合物 的化合价
1 cd f m 3b c dx 2e n 2a c dy e 2 f b c dz e CO2释放速率 RQ O2消耗速率 a 4a c d S b P
生物反应工程复习重点无习题
1.生物反应工程的定义:一生物反应动力学为基础,将传质过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学方法生物过程方面的知识相结合，进行生物反应过程分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制。
2.生物反应动力学：主要研究生物反应速率和各种因素对反应速率的影响。
生物反应器的研究内容：（1）生物反应器中的传递特质即传质、传热及动量；（2）生物器的设计与放大；（3）生物反应器的优化与控制，包括优化操作与优化设计。
3.生物反应器的研究内容（1-34）(1)生物反应器中的传递特性。
(2)生物反应器的设计与放大。
(3)生物反应器的优化与控制。
3.酶促反应中竞争性抑制动力学方程4.酶促反应中非竞争性抑制动力学方程5.酶促反应中反竞争性抑制动力学方程6.判断酶促反应中竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制曲线竞争型非竞争型反竞争型7.比较酶促反应中竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制Km、rmax的变化8.双底物酶催化反应的机理有哪些？随机机制：两个底物S1和S2随机地与酶相结合，产物P1和P2也随机地释放出来。
许多激酶类的催化机制属于此种。
顺序机制：两个底物S1和S2与酶结合形成复合物是有顺序的，酶先与底物S1结合形成ES1复合物，然后ES1再与S2结合形成具有催化活性的ES1S2。
乒乓机制：最主要的特点是底物S1和S2始终不同时与酶结合，其机理式。
转氨酶9.固定化酶的优点：(1) 可连续稳定地生产产物；(2) 反应产物地纯度高、质量好；(3) 生产的副产物少；(4) 反应的动力学常数、反应的最佳pH和反应温度可能按意愿经固定化调整；(5) 固定化酶、细胞在使用时可以再生或回收，可反复使用；(6) 容易实现连续自动控制，节约劳动力；(7) 可大大提高酶、细胞的比生产能力10.酶固定化的方法：（1）载体结合法：将酶或细胞利用共价键或离子键、物理吸附等方法结合于水不溶性载体上的一种固定化方法。
水不溶性载体：纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等。
生化工程知识点
生物反应工程知识点第一章绪论*生物反应过程：将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程。
技术产品的生产过程。
生物反应过程最重要特征：有生物催化剂的参与*由四部分组成：原材料的预处理---生物催化剂的制备---生物反应器及反应条件的选择与监控---产品的分离纯化。
整个生物反应过程以生物反应器为核心把反应前与后称为上游加工和下游加工。
重点内容：1）建立生物反应过程动力学，以确定包括传质因素影响在内的生物反应过程的宏观速率；2）建立与设计生物反应器，以保证为生物反应过程提供适宜的物理和化学环境，实现反应过程的优化。
反应过程的特点：1）采用可再生资源为主要原料，来源丰富，价格低廉，原料成分难以控制。
2）反应条件温和。
3）生物催化剂易失活，难以长期使用。
4）生产设备较简单、能耗较低。
5）反应基质与产物浓度不能太高，生产效率较低。
6）反应机理复杂，较难检测与控制。
7）反应液杂质多，分离提纯困难1.2.2.1生物反应动力学①本征动力学：（微观动力学）它是指没有传递等工程因素影响时，生物反应固有的速率。
该速率除反应本身的特性外，只与反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关，而与传递因素无关。
②宏观动力学：（反应器动力学）它是指在一反应器内所观测得到的总反应速率及其影响因素，这些影响因素包括反应器的形式和结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传热等。
研究方法（细胞反应动力学模型--数学模型方法）：机理模型（结构模型）、半经验模型、经验模型生物技术的最终目的：建立工业生产过程，并且又以生化反应过程为核心。
第二章均相酶催化反应动力学酶催化作用的特点：高效的催化活性；高度的专一性；催化作用条件温和；酶活性的不稳定性（易变性失活）；常需要辅因子的参与（金属离子、辅酶、辅底物）；酶活性的可调节性（酶浓度调节、共价修饰调节、抑制调节、反馈调节、神经体液调节、别构调节）酶催化反应类型：氧化还原酶类；转移酶类；水解酶类；裂合酶类；异构酶类；合成酶类（连接酶类）酶的转化数Kcat:每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数，是酶催化效率的一个指标催化周期T=1/KcatKm 是酶的特征常数之一，一般只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关，可用于鉴定酶。
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生物反应工程原理复习资料生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。
生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。
酶和酶的反应特征酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。
酶的来源：动物、植物和微生物酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。
2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等固定化酶的性质固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。
与游离酶的区别：游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用）固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性）固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化单底物均相酶反应动力学米氏方程快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以破坏这个平衡稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑这个可逆反应（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，即P E ES S E k k k +→+⇔-211P E ES +←ES S E ⇔+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES双倒数法（Linewear Burk ）： 对米氏方程两侧取倒数得 以 作图得一直线，直线斜率为 ，截距为根据直线斜率和截距可计算出Km 和rmax抑制剂对酶反应的影响：失活作用（不可逆抑制） 抑制作用（可逆抑制 ）：竞争抑制 、反竞争抑制 、非竞争抑制 、 混合型抑制 竞争抑制反应机理：非竞争抑制反应机理：S m C r K r r 111max max +=S C r 1~1max r K m max1r PE ES S E k k k +→+⇔-211EI I E I K ⇔+P E ES S E k k k +→+⇔-211EII E IK ⇔+ESI I ES IK ⇔+可逆抑制各自的特点：P37多底物均相酶反应动力学 (这里讨论：双底物双产物情况 )强制有序机制 顺序机制 西-钱氏机制 双底物双产物反应机制： 随即有序机制乒乓机制注意在工业级反应中， 反应速度一般是由改变所用酶浓度和（或）反应时间，而不是改变底物浓度来控制的，并且要测定的最重要参数是可测的转化率，而不是反应速度酶失活的因素有哪些？酶会由于种种因素发生失活。
其中热失活最重要。
酶的热失活随温度升高而失活程度加剧。
物理因素有：加热、冷却、机械力 化学因素有：酸、碱、盐、溶剂、表面活性剂、重金属、蛋白酶。
酶失活过程的动力学未反应时的失活动力学 表征方法（数学模型）：一级失活模型 注: E --具有活性的酶 D --失活的酶 kd --衰变常数模型中：Q P B A +→+D E d k →0<δ<1时，底物对酶有部分保护作用δ>1时，底物加速酶的失活因此，称δ为底物对酶稳定性影响系数影响固定化酶促反应的主要因素:子构象的改变、位阻效应、微扰效应、分配效应（可用Kp 定量描述）、扩散效应（可定量描述）评价酶反应器指标：转化率、产率、选择性、停留时间均相酶反应器的分类：批式反应器（间歇反应器）按操作方式连续反应器半间歇反应器批式反应器将底物一次加入反应器内，在反应的过程中无底物和产物的输入和输出，底物和产物的浓度随反应时间变化连续反应器底物等连续输入反应器，产物连续从反应器输出，反应器的任何部位的各组分均不随反应时间变化（稳定态）半连续反应器在一次反应的过程中，底物分次补入批式全混型反应器（间歇式搅拌罐反应器）（batch stirred-tank reactor，BSTR）连续全混型反应器（连续式搅拌罐反应器）（continuous stirred-tank reactor，CSTR ）活塞流反应器（plug flow reactor，PFR）全混流——流入的液体在装置内瞬间完全混合。
也就是说，各组分的浓度及粒子的分散无论在什么地方都完全相同。
活塞流——反应器内反应液象活塞样的流动。
通过装置的液体在垂直于从入口到出口的流向的方向上的速率完全相同，在流动方向上既没有混合也没有扩散。
非均相酶反应器用于由固定化酶催化的非均相反应的反应器非均相酶反应器的类型及结构设计要考虑：固定化酶更换操作难易底物性质反应体系粘度PH值范围控制等因素非均相酶反应器有：搅拌罐反应器可以是：批式的BSTR（一般只适用于实验室研究，如用于工业生产，则每批反应结束都要进行固液分离）缺点：对固定化酶颗粒的强度要求高；液相的连续流动致温度和PH 控制难。
优点：连续操作、负载力大、效率高、生产能力大等操作：液相的流速和Re 数都采用较小值、延长停留时间将有利于达到一定的转化率 流化床反应器 流化流速范围窄，不易工业应用。
缺点：流化态要求流体流速必须提高到一定程度致停留时间不足、转化率不能足够高（克服办法：部分反应液回补再循环）优点：1液相和固相的微环境较易控制2传热、传质性能好3不会堵塞4 能处理微小粉末状底物 5固定化酶颗粒可以做得足够小（ 可以足够高）细胞反应工程细胞的基本特征：菌体成分：由80%左右的水分，以及蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素和无机物等构成。
物理性质：密度：单细胞微生物的密度会因培养条件而异；菌体絮凝物及菌丝团的湿密度近似于水（流化速率低）；低浓度单细胞菌体悬浮液为牛顿流体；一般，含菌丝的培养液显示非牛顿流体特性；分泌了大量高分子化合物的菌体悬浮液为非牛顿流体（非牛顿流体的搅拌和通气效果很差） 微生物反应的特征：特点：常温常压不爆炸、主要原料碳源价廉源广、反应过程受生物的自控 、产高分子和特异反应易进行、细胞本身也是产品、遗传改变可大幅度改良性能或获得新性能但是 ：1底物相当多地用于繁殖；2副产物较多、反应条件影响产品品质；3容易发生遗传变异，有利于维持性能稳定的固定化技术不成熟细胞反应的计量得率系数细胞（菌体）得率：YX/S=生成菌体的干重 / 消耗底物的质量=微生物生长速率 / 底物消耗速率 产物得率：YP/S=代谢产物的生成量 / 底物消耗量 碳得率（碳转化率）：YC=生成物含碳量/消耗的碳量=生成的菌体量×菌体含碳量/消耗的碳源量×碳源的含碳量 细胞反应的化学平衡通式对忽略产物生成的细胞生长过程的计量关系可表示为C m H n O l +a O2+b NH3 c C αH βO δN γ+d CO2+e H2O 底物碳源 氮源 细胞对C 元素： （1） 对H 元素： （2） 对O 元素： （3） 对N 元素： （4）上述4个细胞反应的计量方程，不足以计算a 、b 、c 、d 、e 等5个未知量，因而再寻找1个方程 如在好氧型培养时，可定义呼吸商（仪器测定）作为第5个方程； （5） 或采用还原度平衡的方法（C=4，H=1，N=-3，O=-2，P=5，S=6）联立1～5式，有解得细胞反应方程的a 、b 、c 、d 、e 等5个系数例：某以葡萄糖为底物的微生物细胞培养过程，有2/3的碳转化为细胞。
其细胞培养的反应方程为 d c m +⋅=αec b n 23+⋅=⋅+βed c a l ++⋅=+22δc b ⋅=γa d RQ /=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----0001000010120220300100l n m e d c b a RQ γδβα（1）试确定计量系数a 、b 、c 、d 、e ； （2）试计算其细胞对底物的得率YX / S ； （3）试计算呼吸商RQ 。
解：（1）细胞反应的方程式系数的计算1mol 葡萄糖所含有的C 元素为72g ，根据题意1mol 葡萄糖转化为微生物细胞的C 元素为： g 则有：转化为CO2的C 元素为： g则： ，对N 元素平衡，有：对H 元素平衡，有：对O 元素平衡，有： ，所以：a = 0.782，b =1.473，c=0.909，d =3.855，e =2即：C6H12O6+0.782NH3+1.473O2=0.909C4.4H7.3O1.2N0.86+3.855H2O+2CO2 （2）细胞对底物的得率YX / S 的计算（3） 呼吸商RQ 的计算呼吸商的计算比消耗速率比生成速率微生物反应动力学模型的分类：有，按是否对细胞的生长进行平衡生长化假设，分的类型：结构模型、非结构模型（非平衡生长时，采用结构()483/272=⨯909.0124.448=⨯=c 244872=-e 1224=2=e 782.086.0==c a d c a 23.7312+=+855.32909.03.7782.031223.7312=⨯-⨯+=-+=ca d e d cb 22.126++=⨯+473.12622855.3909.02.12622.1=-⨯++⨯=-++=e d c b 葡萄糖细胞葡萄糖细胞)(g /g 461.0180028.83/mol g 028.83134.91909.011486.0162.113.7124.4909.0/===⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=S X Y 358.1473.12O CO 22====b e RQ 的消耗速率的生成速率104个/ml 以下时，需足够重视个体的影响，采用随机性模型如，灭菌动力学；发酵过程中，细胞浓度经常在107~1010个/ml 范围内，可忽略个体的影响，采用确定性模型） 平衡生长条件下微生物细胞的生长速率rx 的定义式为 式中X 为微生物的浓度，μ为微生物的比生长速率，其除受细胞自身遗传信息支配外，还受环境因素所影响。
由上式可知，μ与倍增时间(doubling time) td 的关系为：定义，比生长速率 （1/h ）： 为细胞的生长速率（g.DCW/L.h ）； 为细胞的质量浓度（g.DCW/L ）Monod 方程注： --------比生长速率（h-1）--------最大比生长速率（h-1） --------饱和常数（g/L ） --------限制性底物浓度（g/L ）代谢产物的生成动力学根据产物生成速率与细胞生成速率之间的关系，将其分成三种类型。