生物参数检测与控制习题答案

1、发挥菌种最大生产潜力需要考虑哪些内容？

菌种本身的代谢特点生长速率、呼吸强度、营养要求（酶系统）、代谢速率

B、菌代谢与环境的相关性温度、pH、渗透压、离子强度、溶氧浓度、剪切力等

2、代谢参数按性质可分为哪三类？每类参数具体包括哪些？

代谢参数按性质分可分三类：

物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等

化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、产物浓度、、核酸量等

生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等3.何为直接参数？何为间接参数？并各举出三个以上参数的例子。

从检测手段分可分为：直接参数、间接参数

直接参数：通过仪器或其它分析手段可以测得的参数，如温度、pH、残糖等

间接参数：将直接参数经过计算得到的参数，如摄氧率、KLa等

直接参数又可分为: 在线检测参数和离线检测参数

在线检测参数指不经取样直接从发酵罐上安装的仪表上得到的参数，如温度、pH、搅拌转速；

离线检测参数指取出样后测定得到的参数，如残糖、NH2-N、菌体浓度。

直接参数：（环境条件参数）系统通过传感器或取样分析测定的参数，分物理参数和化学参数两大类。

间接参数；根据物理和化学参数，通过物料和质量衡算等由计算机或人工计算得出的参数。直接参数：密度、粘度、温度、罐压、细胞浓度、氧化还原电位、

间接参数：溶氧系数、好氧速率、生长速率、呼吸商、底物消耗速率、生产速

4如何采用杯碟法测定抗生素？

“杯”是放被测抗生素的不锈钢小管（为内径6mm，高10mm的圆筒形管子），管子的重量尽可能相等。碟是摊布培养基的玻璃培养皿。

操作方法是：将已灭菌的琼脂培养基加热到完全融化，倒在培养皿内，每碟15ml（下层），待其凝固。此外，将融化的培养基冷却到500C左右混入试验菌，将混有菌的培养基5 ml 加到已凝固的培养基上待凝固（上层）。在培养基表面垂直放上小杯，在杯中加入待检样品，加满后在370C培养16~18小时。在培养中,一方面试验菌开始生长，另一方面抗生素呈球面扩散，离杯越近，抗生素浓度越大，离杯越远抗生素浓度越小。随着抗生素浓度减小，有一条最低抑菌浓度带，在带范围内，菌不能生长，而呈透明的圆圈，这就叫“抑菌圈”。抗生素浓度越高，抑菌圈越大，

抗生素浓度与抑菌圈的半径成一定数学关系

logM=(1/90.21DT)r2+log(C×4πDTH

抗生素的总量的对数值与抑菌圈半径的平方呈正比。此外还受C、H、D、T的影响

但是C、H、D、T是无法测量的，在实际计算中要设法消去

5，用于在线检测的传感器必须符合哪些要求？

在线检测必须用专门的传感器（也叫电极或探头）放入发酵系统，将发酵的一些信息传递出来，为发酵控制提供依据。

●插入罐内的传感器必须能经受高压蒸汽灭菌（材料、数据）

●传感器结构不能存在灭菌不透的死角，以防染菌（密封性好）

●传感器对测量参数要敏感，且能转换成电信号。（响应快、灵敏）

●传感器性能要稳定，受气泡影响小。

6、PH电极的指示电极能测定PH值的原理是什么？

pH电极实际上是由参比电极与指示电极组成的一个自发电池，该电池的表达式可写为：

参比电极溶液X 指示电极

该电池的参比电极的输出电位恒定，指示电极的输出电位随被测体系中氢离子活度而变化。因此整个自发电池的电动势就是被测体系中氢离子活度的函数。

E[α]=E0- ln1/ =E0-2.303 pH

一般的参比电极是甘汞电极。电极的外壳是玻璃管，里面套一根小玻璃管，其顶部伸出电极引线，引线的下端浸没在汞中，汞的下端有糊状甘汞，汞和甘汞用棉花堵住，只有离子才能通过，而汞和甘汞不会漏失，小管和大管之间充满KCl溶液，末端用多孔陶瓷渗入到溶液中，实现电极引线与溶液间的电导通。

（2）指示电极；对指示电极的电位值随被测溶液氢离子活度的变化而变化。原则上讲，任何与氢离子可逆反应的电极都可用来测定溶液的pH。

（3）膜电位：膜电位是由于膜两侧离子活度的差异而产生，故可看作是一种浓差电位。玻璃电极在使用前必须先在水中浸泡一段时间，玻璃膜表面吸收水分溶解，并且其中的一价阳离子（如Na+离子）与水中H+离子发生离子交换反应。

4）玻璃电极的性能：

存在不对称电势：不对称电势产生于电极敏感玻璃膜部分，由于膜内外表面状态不完全一样引起的，它与温度、玻璃组成、敏感膜厚度及加工状况等因素有关。不对称电势可以用已知pH值的标准缓冲液来校正

●零电势或等电势点

电极电位为零时的溶液pH值称为零电势pH值，该值取决于内参比溶液的pH值。含有0.025mol/l的KCl和等摩尔浓度的磷酸混合缓冲液的等电势点为pH=7，在pH<7和pH>7时，玻璃电极的极性发生改变。

7、PH电极的测量范围有没有限制？使用时应注意哪些问题？

玻璃电极的测量范围：玻璃电极的实际转换系数并不是在整个pH范围都是常数，因而响应曲线会偏离直线，实际的pH响应曲线如图

在碱性范围内pH>10 k降低，测量值偏高

在酸性范围内pH<1 k升高，测量值偏低…

玻璃电极的使用限制

●对于蛋白质等粘度较大的测量体系，容易在玻璃电极敏感膜上产生沉积，应设法缩

短电极的沉浸时间或设法对电极表面进行清洗，工业测试中常用特制毛刷或超声波清洗电极表面。

●强碱或其它对膜材料有腐蚀性的溶液，如氢氟酸溶液会破坏电极

●脱水性介质，如无水乙醇、浓硫酸会破坏水合硅胶层

8、溶氧电极能够测定液体中溶氧浓度的原理是什么？

溶氧电极可分为极谱型和原电池型。

极谱型需极化电压及放大器，耗氧少，受气流影响小

极谱(Polargrafic)型电极需要外加0.6-0.8V的极化电压。一般由贵金属，如白金或金构成阴极；由银构成阳极。极谱型电极需外加一恒定的电压，电解质参与了反应，因此，在一定的时间间隔必须补充电解质。

阴极Ag+Cl- AgCl+e 阳极O2+2H2O+4e 4OH-

电极反应4Ag+4Cl- + O2+2H2O 4AgCl+4OH-

原电池型简单便宜，适于中小罐。耗氧较大，受气流和气泡影响大。

原电池型：一般由贵金属，如白金、金或银构成阴极；由铅构成阳极。在电解质如KCl或