生物反应器考题

1 生物反应器设计的要求必须满足以下要求：
生物因素：必须有很好的生物相容性，能较好地模拟细胞的体内生长环境。

化学因素：必须提供足够的时间，完成所需的反应程度，符合过程反应动力学的要求。

传质因素：对非均相反应，反应过程常被反应底物的扩散速率所制约，满足物质传递的要求。

传热因素：应有能力移除或加入过程的热量，无过热点存在。

安全因素：有害反应物和产物的隔离，有优良的防污染能力。

操作因素：便于操作和能力。

生物反应器的设计内容
a反应器选型: 根据反应的特点、生物催化剂的应用形式、生物反应学的动力学、催化剂的稳定性等因素，确定适宜的操作方式、结构类型等。

b. 结构设计与参数:确定反应器的内部结构及几何尺寸，径高比、搅拌器的型式、大小、转速等。

c. 工艺参数与控制方式: 温度、pH、通气量、压力和物料流量等
2. 酶的可逆性抑制作用可以分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种。

竞争性抑制的特点是酶催化反应的最大反应速度Vm不变，而米氏常数Km 增大。

非竞争性抑制的特点是酶催化反应的最大反应速度Vm变小，而米氏常数Km不变。

反竞争性抑制的特点是酶催化反应的最大反应速度Vm和米氏常数Km均变小，且变小的程度一样。

4. 固定化酶的优缺点：优，可多次使用，反复操作方式多样（分批、连续），提高了酶的稳定性，纯化简单、提高产物质量，反应过程可以严格控制，较游离酶更适合于多酶反应；
缺，降低酶活力，大分子底物较困难，首次投入成本高，多酶反应不及完整菌株。

5.流加操作是先将少量的培养液加入反应器，并以分批培养的模式进行细胞培养和生长，当细胞浓度达到一定数值后开始加入一种或多种限制性底物。

反应过程中由于加料，体积会不断增大。

反应结束后，培养液一次性排出。

流加操作可以调节细胞生长反应环境中营养物质的浓度。

一方面可以避免某种营养成分初始浓度过高而限制；另一方面，又能防止某种限制性营养成分在反应中被消耗而影响生长。

能延长细胞生长的稳定期。

6.米氏方程表示一个酶促反应的起始速度与底物浓度关系的速度方程。

意义：1米氏常数Km是酶促反应速度为最大酶促反应速度值一半时的底
物浓度。

2固定反应中的酶浓度，分析几种不同底物浓度下的起始速度，可获得Km和Vmax值。

3双倒数图为酶抑制研究提供了易于识别的图形。

7.分批式又称间歇式，反应物料一次加入一次排出，整个反应过程，无物料的交换；物料体积恒定，且具有相同的反应时间；反应器内的化学和物理状态随时间变化，反应过程处于非定态操作；适合于多品种、小批量的生产过程和反应速率较慢的细胞反应，不易染菌和变异，特点：投资小、易转产、生产灵活、周期短、菌种退化小。

反应物具有相同的反应时间，反应时间取决于反应动力学和所要求的反应程度，同时还需要进出物料和清洗等辅助操作的时间。

3 影响氧传递速率的因素
由
可以看出，决定气液相间氧传递速率大小的为传递推动力和体积传递系数。

凡是影响推动力和传递系数的因素都会影响氧的传递速率，进而影响到供氧。

A, 影响推动力的因素:（1）、温度. 氧传递的推动力随温度的升高而降低！氧在水中溶解度随温度的升高而降低。

（2）、溶质。

若为电解质，电解质溶液中发生盐析作用而使氧的饱和溶解度降低，传递推动力降低；若为非电解质，氧的饱和溶解度也随溶质浓度的增加而降低。

（3）、氧分压。

增加氧分压也能提高氧的溶解度，进而增加氧传递的推动力。

B, 影响KLa的因素:（1）、搅拌。

搅拌将空气分散成小气泡，增大接触面积；搅拌产生涡流延长气泡停留时间；搅拌产生湍流，减少液膜厚度，降低阻力。

随着搅拌速度提高，KLa值在增大，但搅拌过快，剪切作用大，且产生搅拌热，加重了反应器传热的负荷。

（2）、通气。

当通气量处于较低范围内时，随着通气量的增加，气体表观线速度增加，KLa值在增大。

（3）、细胞浓度和形态。

对细菌、酵母类的单细胞反应，细胞浓度的增加对氧的传递速率影响一般很小，KLa值基本可视为不变。

对青霉菌和黑曲霉菌等含有菌丝体和大的细胞团的菌类，随着细胞浓度的增大，KLa值会明显降低菌体形态的影响也较大，同样浓度的菌，球状的比丝状的KLa值会大两倍。

（4）、表面活性剂发酵过程中加入的消泡剂就是一类表面活性剂，对氧的传递有两个方面的影响。

一方面加入消泡剂，可以降低气泡的直径，增大比表面积a；另一方面，表
面活性剂吸附在气液界面，妨碍了界面附近液体的流动，增大了界面的阻力。

在低浓度表面活性剂时，KL的下降大于a的增大，KLa下降。

（5）、离子强度电解质溶液中生成的气泡比在水中的小得多，所以有较大的比表面积。

同样的条件下，电解质中的KLa 比水中的大。