生物反应工程基础1
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： 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Sm C r K r r 111maxmax+=S C r 1~1QP B A +→+PE ES +←ES S E ⇔+P E ES +→0=dt dC ES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(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。
生物反应工程实验讲义1
实验一辣根过氧化物酶的活力测定及过氧化物酶的动力学参数测定一、目的1. 掌握辣根过氧化物酶的活力测定方法；2. 学会酶的动力学参数的测定方法；掌握Hanes作图法。
3. 学会可调微量进样器的结构及使用；4. 了解分光光度计仪器的使用。
二、原理过氧化物酶催化以下反应：2H2O2→O2+2H2O这一类酶以铁卟啉为辅基，所以属血红素蛋白质类(hemeproteins)。
过氧化物酶在生物界分布极广，在细胞代谢的氧化还原过程中起重要的作用。
辣根过氧化物酶(horse radish peroxidase，简称HRP，EC．1．11．1．７)是植物中研究得最深入的一种过氧化物酶，早在20世纪30年代就有人着手从辣根中分离此酶，以后又制备出结晶。
随着酶标技术的发展，作为标记酶，辣根过氧化物酶是目前使用最普遍的一种酶，它的标记物既能用于定位检测，也能用于定量测定。
因此研究辣根过氧化物酶的动力学性质很有实际意义。
是一种含亚铁血红素的蛋白质，M r在40 000左右，等电点7.2 溶于水，溶解度为5％(W／W)，溶液呈棕红色，透明。
HRP可溶于０.58饱和度以下的硫酸铵溶液，而0.62饱和度以上则不溶。
本实验以愈创木酚（邻甲氧基苯酚）和H2O2为底物，过氧化物酶H2O2放出新生态氧使无色的愈创木酚氧化成红棕色的四邻甲氧基连酚，反应式如下：过氧化物酶活力的大小在一定范围内与产物颜色的深浅呈线性关系，该产物在470nm处有最大的光吸收，故可通过测定A470的变化以测定过氧化物酶的活力。
一般以引起1min内0.001吸广度值的变化量为一个酶活力单位U。
酶促反应速率与各种因素有关，如底物浓度、酶浓度、温度等。
酶的底物与酶促反应速率的一般符合Michaelis-Menten方程，即][][max S m K S r r +∙=式中： r ——反应速率（μmol/L ·min -1）r max ——最大反应速率（μmol/L ·min -1）[S]——底物浓度（mol/L ） K m ——米氏常数（mol/L ）将Michaelis-Menten 方程的形式加以变换，可以得到多种方程。
生物反应工程试题答案解析
生物反应工程试题答案解析一、选择题1. 生物反应器中，通常用于好氧微生物培养的是哪种气体？A. 氧气B. 氮气C. 二氧化碳D. 氩气答案：A解析：在生物反应器中，好氧微生物需要氧气来进行呼吸作用，因此通常使用的气体是氧气。
氮气、二氧化碳和氩气在好氧微生物培养中不是必需的。
2. 下列哪种微生物代谢方式属于厌氧代谢？A. 硝化作用B. 反硝化作用C. 光合作用D. 有氧呼吸答案：B解析：反硝化作用是一种厌氧代谢过程，其中微生物将硝酸盐还原为氮气。
硝化作用是好氧微生物将氨转化为硝酸盐的过程。
光合作用是植物、藻类和某些细菌利用光能将二氧化碳转化为有机物的过程。
有氧呼吸是大多数生物在氧气存在的条件下进行的能量获取过程。
3. 在生物反应工程中，哪个参数是影响细胞生长和产物形成的关键因素？A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 所有以上选项答案：D解析：在生物反应工程中，温度、pH值和氧气供应都是影响细胞生长和产物形成的关键因素。
适宜的温度可以保证酶的活性和细胞的代谢活动，pH值影响酶的活性和微生物的生长环境，氧气供应对于好氧微生物的生长至关重要。
4. 以下哪种培养基成分不适合用于培养大肠杆菌？A. 蛋白胨B. 酵母提取物C. 氯化钠D. 葡萄糖答案：C解析：氯化钠通常用于培养基中以调节渗透压，但高浓度的氯化钠对大肠杆菌等许多微生物是有毒的，因此不适合用于培养大肠杆菌。
蛋白胨、酵母提取物和葡萄糖是常用的营养物质，可以提供碳源和氮源，促进大肠杆菌的生长。
二、填空题1. 在生物反应器的设计中，通常需要考虑的三个主要因素是________、________和________。
答案：温度、pH值、氧气供应解析：生物反应器的设计需要考虑多种因素，其中温度、pH值和氧气供应是影响微生物生长和产物形成的三个主要因素。
2. 微生物代谢可以分为________和________两种类型。
答案：好氧代谢、厌氧代谢解析：微生物代谢根据氧气的需求可以分为好氧代谢和厌氧代谢两种类型。
生物反应工程
《生物反应工程》课程笔记
《生物反应工程》课程笔记第一章绪论1.1 定义、形成与展望生物反应工程，简称BRE（Bioreaction Engineering），是一门应用化学工程原理和方法，研究生物反应过程和生物系统的科学。
它涉及到生物学、化学、物理学、数学等多个学科，是一门典型的多学科交叉领域。
生物反应工程的研究对象包括微生物、细胞、酶等生物催化剂，以及它们在生物反应器中的行为和相互作用。
生物反应工程的形成和发展与生物技术的快速崛起密切相关。
生物技术是指利用生物系统和生物体进行物质的生产、加工和转化的技术。
随着生物技术的不断发展，生物反应工程逐渐成为生物技术领域的一个重要分支，为生物制品的生产提供了重要的理论支持和实践指导。
展望未来，生物反应工程将继续在生物技术领域发挥重要作用。
随着科学技术的进步和生物产业的发展，生物反应工程将不断完善和发展，为人类的生产和生活带来更多的便利和福祉。
特别是随着合成生物学、系统生物学等新兴学科的发展，生物反应工程将面临新的机遇和挑战，有望在生物制造、生物医药、生物能源等领域取得更大的突破。
1.2 生物反应工程的主要内容生物反应工程的主要内容包括以下几个方面：（1）生物反应动力学：研究生物反应过程中反应速率、反应机理和反应物质量的变化规律。
包括酶促反应动力学、微生物反应动力学、细胞反应动力学等。
（2）生物反应器设计：根据生物反应的特性和要求，设计合适的生物反应器，使其能够高效、稳定地进行生物反应。
包括反应器类型的选择、反应器尺寸的确定、反应器内部构件的设计等。
（3）生物反应器操作：研究生物反应器中生物反应的运行规律，优化操作条件，提高生物反应的效果。
包括分批式操作、流加式操作、连续式操作等。
（4）生物反应器优化：通过对生物反应器的设计和操作进行优化，提高生物反应的产率和质量。
包括过程优化、参数优化、控制策略优化等。
（5）生物反应器控制：研究生物反应过程中的控制策略和方法，实现对生物反应过程的稳定控制。
生物反应工程试题及答案
生物反应工程试题及答案试题一：生物反应工程概述在生物反应工程中，我们利用生物体的代谢能力来合成化合物、转化物质或产生能量。
以下是对生物反应工程的一些基本概念的题目，请选择正确答案。
1. 生物反应工程是利用（）的能力实现生产和转化化合物的过程。
a) 生物体b) 化学物质c) 物理装置d) 电子设备2. 生物反应工程最主要的应用领域是（）。
a) 药物生产b) 石油化工c) 电子制造d) 金属冶炼3. 生物反应工程最重要的一项技术是（），通过它，可以以较低的能耗和环境影响生产大量化合物。
a) 化学合成b) 高压工艺c) 傅里叶变换d) 发酵4. 生物反应工程所处理的化工过程是（）。
a) 纯物理过程b) 纯化学反应c) 物理和化学相结合的过程d) 电子和光学相结合的过程5. 生物反应工程中，所使用的生物体通常是（）。
a) 细胞b) 分子c) 元素d) 蛋白质答案：1. a) 生物体2. a) 药物生产3. d) 发酵4. c) 物理和化学相结合的过程5. a) 细胞试题二：生物反应器设计生物反应器是生物反应工程中最关键的设备之一。
以下是关于生物反应器设计的问题，请回答问题并填写正确答案。
1. 生物反应器设计的目的是（）。
2. 生物反应器的主要组成部分包括（）3. 生物反应器的操作条件包括（）4. 生物反应器的分类方式有（）5. 生物反应器的性能评价指标有（）答案：1. 实现生物过程的控制和优化2. 反应器本体、搅拌装置、进料和排出装置、温度和pH控制装置等3. 温度、pH值、压力、氧气含量、营养物质浓度等4. 根据不同的特点和应用，可以分类为批式反应器、连续流动反应器、循环流化床反应器等5. 反应物转化率、产物收率、反应速率、混合程度等试题三：生物反应工程中的微生物应用微生物在生物反应工程中起着至关重要的作用。
请根据问题选择正确答案。
1. 微生物在生物反应中的作用是（）。
2. 哪种微生物常用于生物反应生产中的蛋白质？3. 哪种微生物常用于生物反应生产中的酒精？4. 哪种微生物常用于生物反应生产中的纤维素酶？5. 微生物工程常用的培养基包括（）。
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。
生物反应工程基本内容
生物反应工程基本内容生物反应工程是一门综合应用生物学、化学、工程学等多学科知识，对生物体进行利用和改造的学科。
它主要研究利用微生物、酶和细胞等生物体进行生物转化过程的优化和控制，以达到工业生产的需求。
生物反应工程的基本内容包括：1. 微生物培养与酶工程：生物反应工程的基础是对微生物的培养和酶的研究。
通过优化培养基的配方、培养条件的控制以及酶的筛选和改造等手段，提高微生物和酶的产量和活性，以满足工业生产的需要。
2. 反应器设计与工艺优化：生物反应器是进行生物反应的关键设备，其设计和优化对反应效果有着重要影响。
通过研究反应器的物质传递、能量转化和动力学等特性，确定最佳的反应器类型、参数和运行条件，以提高反应效率和产量。
3. 代谢工程与基因工程：代谢工程是通过改造生物体的代谢途径和调控基因表达，使其产生特定的化合物或物质。
基因工程则是通过改变生物体的基因组，引入新的基因或改变现有基因的表达，以增强其产物合成能力。
这些技术在生物反应工程中被广泛应用，用于提高产量、改善产物质量和调控代谢途径。
4. 应用于生物药物生产：生物反应工程在生物药物生产中有着广泛的应用。
通过选择合适的生产菌株，优化培养条件和生产工艺，可以实现大规模的生物药物的生产。
此外，生物反应工程还可以用于生物药物的质量控制和产物纯化等环节。
5. 生物过程监测与控制：生物反应工程中，对生物体内部代谢过程的监测和控制是至关重要的。
通过建立合适的传感器和监测系统，可以实时监测关键参数如温度、pH值、氧气浓度和代谢产物浓度等。
同时，通过建立反馈控制系统，实现对反应过程的自动调节和优化。
总之，生物反应工程是一门涉及多学科知识的学科，通过优化微生物、酶和细胞等生物体的利用和改造，以实现工业生产的需求。
它不仅在生物药物生产中有着重要的应用，还可以用于环境保护、农业生产和能源开发等领域。
随着科技的不断进步，生物反应工程的研究与应用前景将越来越广阔。
生物反应工程-化学反应工程
得率系数
研究细胞反应过程总物质和能量变化的规律， 常用得率系数对碳源等物质生成细胞或其他产物 的潜力进行定量评价。例如：
生成细胞的质量 X 细胞得率 Yx/c= 消耗基质的质量 S
生物反应器的设计、优化与放大
生物反应器是使生物技术转化为产品 生产力的关键设备，使用高效率生物反应 器的目的是提高产品生成速率，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。
2 反应工程的用途、作用
反应动力学
反应模式 速率方程 活化能
反应器的设计与分析
各因素（T, P, c）的变化规律 最佳工况
研究目的：
提供适宜的动力学方程，以描 述微生物（酶、动植物等）反应体 系，确定这些方程在设计方面的用 途，规划实验室的实验，决定动力 学方程所需的速率常数。
1.2生物反应工程的发展过程
21世纪高等院校 —生物工程类
生物反应工程
Bioreation Engineering
李敬
第一章 绪论
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 生物反应工程的研究目的 生物反应工程的发展过程 生物反应工程的主要内容 生物反应工程的研究方法 思考题
1.1生物反应工程的研究目的
生物技术产品生产过程
生物催化剂 - enzyme - microbioass - animal and plant cell
1979年，日本山根恒夫《生物反应工 程》，生物反应工程是一门以速率为基础， 研究酶反应、微生物反应及废水处理过程 的合理设计、操作和控制的工程学。 1985年，德国学者卡尔.许格尔提出生 物反应工程的研究应当包括两个方面，一 是宏观动力学，它涉及生物、化学、物理 之间的相互关系；二是生物反应器工程， 它主要涉及不同的反应器对生物化学和物 理过程的影响。
生物反应工程实验讲义
《生物反应工程》实验讲义及实验报告班级：学号：姓名：成绩：实验一 游离酶与固定化酶酶学性质比较实验目的：掌握测定酶动力学参数的实验方法，作图法计算酶动力学参数，掌握固定化酶的方法，以及固定化酶后动力学参数的变化。
实验原理：要建立一个完整的酶动力学方程，必须要通过动力学实验确定其动力学参数。
对M —M 方程，就是要确定r max 和K m 值。
但直接应用M —M 方程求取动力学参数所遇到的主要困难在于该方程为一非线性方程。
为此常将该方程加以线性化，通过作图法直接求取动力学参数。
通常有下述几种作图方法。
Lineweaver —Burk 法(简称L-B 法)。
将M —M 方程取其倒数得到下式：sr m sC K r r 111maxmax+=(1)以1／r s 对1／C s 作图可得一直线，该直线斜率为K m ／r max ，直线与纵轴交于1／r max ，与横轴交于一1／K m 。
此法又称双倒数图解法。
Hanes —Woo1f 法(简称H —W 法)。
将式(1)两边均乘以Cs 得到maxmaxr C r K r C s m ss += (2)以C s ／r s 对C s 作图，得一斜率为1／r max 的直线，直线与纵轴交点为K m ／r max ，与横轴交点为一K m 。
(3)Eadie —Hofstee 法(简称E-H 法)。
将M —M 方程重排为ss ms C r K r r -=max （3）以r s 对r s ／C s 作图，得一斜率为一K m 的直线，它与纵铀交点为r max ，与横轴交点为r max ／K m 。
固定化酶亦称固相酶或水不溶酶。
它是通过物理或化学的方法使溶液酶转变为在一定的空间内其运动受到完全约束、或受到局部约束的一种不溶于水，但仍具活性的酶。
它能以固相状态作用于底物进行催比反应。
固定化酶的主要优点是，在催化反应以后很容易从反应系统中分离出来，不仅固定化酶可以反复使用，而且产物不受污染容易精制，固定化后的酶大多数情况下其稳定性增加，仅有少数的稳定性下降，固定化酶有一定的形状和一定的机械强度，可以装填在反应器中长期使用，便于实现生产连续化和自动化。
生物反应工程第二版课后习题答案
生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科，它涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。
生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件，提高生物体的生产能力和产物质量，从而实现高效、可持续的生产。
在学习生物反应工程的过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要方式。
下面是《生物反应工程第二版》课后习题的答案，供大家参考。
第一章：生物反应工程概述1. 生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科。
2. 生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件，提高生物体的生产能力和产物质量。
3. 生物反应工程涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。
第二章：微生物生长动力学1. 微生物生长动力学是研究微生物生长和代谢的数量关系的学科。
2. 在生物反应工程中，通常使用生长速率方程来描述微生物生长的动力学过程。
3. 常见的生长速率方程有Monod方程、麦克斯韦方程等。
第三章：反应器设计与操作1. 反应器是进行生物反应工程的核心设备，其设计与操作对反应过程的效果有重要影响。
2. 常见的反应器类型有批式反应器、连续流动反应器、气液循环反应器等。
3. 反应器的设计应考虑反应物的输送、温度、pH值等因素。
第四章：质量传递与传质过程1. 质量传递是指物质在反应器中的传输过程，包括物质的输送和扩散。
2. 传质过程对反应的速率和效果有重要影响，需要进行合理的设计和优化。
3. 常见的传质方式有对流传质、扩散传质等。
第五章：反应动力学与反应机理1. 反应动力学是研究反应速率与反应物浓度之间关系的学科。
2. 反应机理是指反应过程中发生的化学反应步骤和反应物之间的转化关系。
3. 反应动力学和反应机理的研究对于反应过程的优化和控制具有重要意义。
总结起来，生物反应工程是一门综合性学科，涉及到生物体的生理学、微生物学和化学工程学等多个学科的知识。
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。
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。
生物反应工程夏杰习题答案
生物反应工程夏杰习题答案生物反应工程夏杰习题答案生物反应工程是一门研究利用生物体进行反应和转化的工程学科。
它涉及到生物体的生长、代谢、分离和纯化等多个方面，是现代生物技术的重要组成部分。
在学习生物反应工程的过程中，夏杰习题是一个非常重要的辅助材料，它可以帮助我们巩固和加深对生物反应工程的理解。
下面是对夏杰习题的一些解答和讨论。
1. 生物反应工程的基本概念和原理生物反应工程是将生物学和化学工程相结合的学科，它主要研究利用生物体进行反应和转化的过程。
生物反应工程的基本原理是通过调控生物体的生长和代谢过程来实现所需的反应和转化。
在生物反应工程中，生物体可以是微生物、植物细胞、动物细胞等，通过合适的培养条件和营养物质供给，可以使生物体在合适的环境中进行生长和代谢，从而实现所需的反应和转化。
2. 生物反应工程的应用领域生物反应工程在很多领域都有广泛的应用。
在制药工业中，生物反应工程可以用于生产药物和生物制剂。
通过利用微生物或细胞进行代谢和产物合成，可以大规模生产药物，并且具有较高的纯度和活性。
在食品工业中，生物反应工程可以用于食品添加剂和食品酶的生产。
在环境保护领域，生物反应工程可以用于废水处理和废气处理等环境治理工作。
通过利用微生物或酶的作用，可以将有害物质转化为无害物质，从而保护环境和人类健康。
3. 生物反应工程的关键技术生物反应工程涉及到很多关键技术，其中包括微生物培养、发酵工艺、代谢工程等。
微生物培养是生物反应工程的基础，它可以通过合适的培养条件和营养物质供给，使微生物在合适的环境中进行生长和代谢。
发酵工艺是生物反应工程的核心技术，它可以控制微生物的生长和代谢过程，实现所需的反应和转化。
代谢工程是生物反应工程的前沿技术，它可以通过基因工程和遗传工程的手段，改造微生物的代谢通路和代谢能力，从而实现更高效的反应和转化。
4. 夏杰习题的解答和讨论夏杰习题是生物反应工程学习的重要辅助材料，它可以帮助我们巩固和加深对生物反应工程的理解。
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9
1.生物技术的第一阶段－－从艺术到科学
o
16世纪中， Robert Hooke发明显微镜。 17世纪末， Antoine van Leeuwenhoek 对于 fungi, bacteria and protozoa 等进行了最 早的纪录和描述。 微生物真正的突破在19世纪： Louis Pasteur 纯种发酵
青霉素生产规模从1升到100M3以上，发酵液的浓度从 0.001g/L(1941)提高到50g/L以上，生产成本降低到 约100元/公斤。 带动了一大批通气发酵的产品生产，如抗生素、维 生素、酶制剂、有机酸等。
13
3. 生物技术的第三阶段－－三个浪潮
医药生物技术 农业生物技术 工业生物技术
70-120 高
>98% 副产物极少（少量 丙烯酸和丙烯醛）
99.9% 低 20-24 低（比铜催化节约 50%）
30
生物技术含盖的行业和产品
产 业 产 品 医药生物技术 重组蛋白，抗体、基因药物、疫苗（包括 基因疫苗）、生化药物、多肽药物、血液 类药物 农业生物技术
制品、诊断试剂、微生物药物、天然药物、 保健食品和抗生素。基因治疗、组织工程 生物杀虫剂、生物农药、生物微肥
利用微生物脱氢酶的作用，去除氢化可的松的 1，2位C上的氢，可得氢化泼尼松，反应式如 下，转化率90％以上： 经过改造，药效提高数倍，毒副作用降低
CH2OH C HO O OH
HO
1 2 1 2
CH2OH C O OH
O
O
氢化可的松
氢化泼尼松
28
丙烯酰胺生产化学法与生物法比较
铜系催化水合法 丙烯腈单耗 产品纯度 副产物、杂质 及废物 丙烯腈转化率 0.8 95% 产品中有较多催化 剂铜离子，基本无 三废 83-87% 生物催化法 0.75 >98% 副产物极少（少量 丙烯酸和丙烯醛） 99.9%
工业生物技术 生物材料（聚乳酸、蜘蛛丝蛋白“生物
钢”）、生物能源（生物柴油）、环境生 物技术（降低处理成本20％－50％）、提 升传统产业（生物催化）如化工，制药， 采矿、造纸、发酵。可使单耗、水耗、能 耗、污染排放下降30％
31
生物反应工程具体内容
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： 包括四个部分： 原材料的预处理; 生物催化剂的制备； 生化反应器及反应条件的选择与监控 ； 产物的分离纯化
6
生物技术产业简介
纯种发酵：溶剂、有机酸、酵母 深层发酵：抗生素、维生素、酶制剂 细胞工程和基因工程：
医药生物技术 单克隆抗体生产
生物（蛋白质）药物
农业生物技术 工业生物技术(环境生物技术)
7
生物加工制造技术产业的主要产品
C1 C2 C3 C4 C5
C6
甲烷、甲醇等
乙醇、乙酸、乙烯、乙二醇等
21
工业生物技术的依托
生物技术 （ 生物工程）
基因工程
细胞工程
酶工程
发酵工程
22
目前面临的三大危机
基础物质加工业
（含化工、医药、石化、
食品、材料和能源等） 化 学 化 学 催 化 剂 化石原料 不可再生 加 工 过 程 三废排放 污染环境 能源危机！ 环境危机！
化石燃料 不可再生
资源危机！
生存危机!!! 社会危机!!!!
14
医药生物技术发展
•特点： 采用现代生物技术,借助某些微生物、植 物、动物生产医药品。
•涉及的相关学科： 基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、 生化工程、蛋白质工程、抗体工程等。
15
•1982年基因重组胰岛素批准上市，生物技术产业崛起的标志， •医药技术产业占生物技术市场的70％，占药物市场的9％， •100多种重组蛋白药物批准上市，
一批纯种（厌氧）发酵的产品的生产开始： 乙醇, 乳酸, 丙酮，...
10
2. 生物技术的第二阶段－－工程化的过程
Alexander Fleming(1928)发现Staphylococcus培养 受到Penicillium notatum的抑制
Florey and Chain(1939)发现青霉素在对付感染是 有效的。
25
工业生物技术的关键
-催化剂
以催化作用为基础的化学合成品占今天化工产品的60％， 其技术渗入量占目前化工生产技术的90％ 酶是一种具有催化作用的蛋白质，能高效和高选择性的催 化生化反应
生物技术与医药、农业结合充分带动了这两个学科的发展， 也为生物技术与化学工业发展起到了示范作用
杜邦公司、道化学公司、BASF公司、孟山都等世界著名的 化学化工公司等都在积极从事生物技术的开发 当前的科学研究和工业实践证明选择工业生物催化剂是有 前途的选择
化学合成证明是困难的。
表面培养技术和高产菌株使得青霉素开始生产 （1941-43）
青霉素的价格比黄金高。
11Leabharlann Alexander Fleming (1881-1955)
12
工程化过程的发展
大规模生产技术的突破：深层培养、通气、放大技 术、过程的优化控制、培养基的优化和菌种的选育 和优化等。
23
发展生物技术是解决危机的有效途径
绿 色 工 艺 生 物 催
生 物 加 工 过 程
经济效益 无污染工 艺生产
科技贡献
化 剂 生物可再生资源
生 物 能 源
资源和能源，关 系到国家战略安 全问题。 农产品深加工，关 系到三农问题（小 康的关键）
社会效益
24
化学工业面临的挑战
石油资源枯竭 世界性的能源危机 我国石油每年1/3～1/2依赖进口 污染问题严重 以破坏环境为代价发展经济不是长远 之计(绿色GDP) 寻找新的经济生长点
产物的分离纯化： 用适当的方法和手段将一定含量的目的 产物从反应液中提取出来并加以精制以达到 规定的质量要求。 生物反应过程的分类
根据所采用生物催化剂的不同特性，生物反 应过程可分为：
33
整个生物反应过程以生物反应器为核心， 而分别把反应前与后称为上游加工和下游 加工。
生物反应工程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。
•500多种处于临床阶段，
•2010年生物技术药物和疫苗市场从2000年的600亿美元增长到 1500亿美元，占药物市场的25％。 •基因治疗、组织工程、基因诊断都将形成产业。
16
生物技术类药物种类
1）免疫性蛋白，如各种抗原和单克隆抗体； 2）细胞因子，如各种干扰素、白细胞介素、集落刺 激因子、表皮生长因子、凝血因子；
4
5
生物技术作为解决当今人类健康、能源、环境和 可持续发展的高新技术已是人们的共识。而从生 物技术理论到有价值的生物技术产品离不开工程 技术。 • 在传统的经验性酿造过程进入到对生物反应过程 进行定量解析或理论分析时代，离不开生物反应 工程方面的理论作为支撑。 • 并且，在分子生物学飞跃发展的今天,也越来越 显得重要。
九十年代病虫害造成棉花减产17-30%， 最严重的地区减产50% 长江和黄河流域造成的减产分别达到10 万吨和152万吨，造成的直接经济损失达 50亿元，间接经济损失达100亿元。
19
抗 病 毒 转 基 因 青 椒
CMV
抗 病 毒 转 基 因 番 茄
CMV
20
工业生物技术的发展
继医药和农业之后，工业生物催化已 经被广泛看作是“生物技术的第三次浪 潮”。
原材料的预处理 ： 包括原料的选择 ，必要的物理和化学方法加 工，培养基的配制和灭菌 生物催化剂的制备： 包括菌种的选择、扩大培养和接种，酶催化 反应中酶的纯化、酶的固定等。 生物反应器及反应条件的选择与监控： 生物反应器是进行生物反应的核心设备，它 应为细胞或酶提供适宜的反应环境以达到反应较 好进行的目的。因此，反应器的确结构、操作方 式和条件对反应原料的转化率、产品的质量和成 本检测和控制对反应的顺利进行也是十分重要的。
3）激素，如胰岛素、生长激素、心素纳；
4）酶类，如尿激酶、链激酶、葡激酶、组织型纤维
蛋白溶酶原激活剂、超氧化物歧化酶。
17
农业生物技术的发展
1983年转基因植物问世 ,1986年被批准进入田间试验 ,根据美 国农业部动植物检疫局 (APHIS)的数据 ,1997年 1月 31日 , 美国已批准的转基因植物田间试验达 2500多例。 转基因植物进入市场：如抗除草剂的大豆，抗病毒病的甜菜， 抗腐能力强、耐贮性高的番茄
生产成本
反应温度（℃）
高
70-120
低
20-24
能耗
高
低（比铜催化节约 50%）
29
丙烯酰胺生产化学法与生物法比较
铜系催化水合法 丙烯腈单耗 0.8 生物催化法 0.75
产品纯度
副产物、杂质 及废物 丙烯腈转化率 生产成本 反应温度（℃） 能耗
95% 产品中有较多催化 剂铜离子，基本无 三废 83-87% 高
生 物 质
乳酸、丙烯酸、丙二醇等
糖
丁二酸、富马酸、丁二醇等 衣康酸、木糖醇等
柠檬酸、山梨醇等 苯、苯酚等
能 源 、 高 分 子 材 料 产 品 和 化 学 品 8
生物加工制造技术产业的主要产品
分 类 典 型 产 品 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 溶 剂 酒类 啤酒、白酒、葡萄酒 溶剂 乙醇、丙醇、丁酮 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 有机酸 氨基酸 赖氨酸、谷氨酸 有机酸 柠檬酸、L-乳酸、长链二元酸 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 酶制剂 糖化酶、-淀粉酶、碱性蛋白酶 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 抗生素 青霉素、链霉素、头孢菌素，医药中间体 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 功能性食品添加剂 功能性蛋白质 -乳蛋白、-乳球蛋白、单细胞蛋白 功能性糖类 有保健功能的多种低聚糖、多糖等 功能性脂类 -亚麻酸、卵磷脂 其它复合物质 防腐剂、抗氧化剂、色素 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 生物材料 PHAs、聚L-乳酸、壳聚糖 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 生物化学品 丙烯酰胺、手性药物前体、1，3－丙二醇 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 能源类 乙醇、甲醇、丁醇、生物柴油（脂肪酸甲酯）、甲烷、氢气