生化反应工程原理
生化反应工程原理习题答案
生化反应工程原理习题答案生化反应工程原理习题答案生化反应工程是一门研究生物化学反应在工业生产中应用的学科，它涉及到生物反应的原理、工艺、设备等方面。
在学习生化反应工程的过程中，习题是不可或缺的一部分。
下面将为大家提供一些生化反应工程原理习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是生化反应工程？答：生化反应工程是将生物化学反应应用于工业生产中的一门学科。
它研究的是如何利用生物体内的酶、微生物等生物催化剂，通过控制反应条件和优化工艺流程，实现高效、可持续的生物化学反应。
2. 生化反应工程的应用领域有哪些？答：生化反应工程广泛应用于食品、制药、化工等领域。
例如，生化反应工程可以用于生产食品添加剂、药物、酶制剂等。
此外，生化反应工程还可以应用于环境保护领域，例如利用微生物降解有机废水、废弃物等。
3. 生化反应工程中常用的反应器有哪些？答：生化反应工程中常用的反应器有批式反应器、连续流动反应器和固定床反应器等。
批式反应器适用于小规模实验室研究，连续流动反应器适用于大规模工业生产，固定床反应器适用于催化剂固定在固定床上的反应。
4. 生化反应工程中的反应条件有哪些因素？答：生化反应工程中的反应条件包括温度、pH值、反应物浓度、反应时间等。
这些因素会影响反应速率、产物选择性和产量等。
5. 什么是生化反应工程中的产物选择性？答：生化反应工程中的产物选择性是指在反应过程中产生的不同产物之间的选择性。
通过调节反应条件和优化催化剂等，可以控制产物的选择性，从而实现高效、经济的生化反应。
6. 生化反应工程中的酶催化反应有什么特点？答：生化反应工程中的酶催化反应具有高效、特异性和温和的特点。
酶作为生物催化剂，能够在相对较低的温度和中性条件下催化反应，具有较高的选择性和活性。
7. 生化反应工程中的微生物反应有什么特点？答：生化反应工程中的微生物反应具有较高的底物适应性和底物转化能力。
微生物通过代谢途径将底物转化为产物，具有较高的效率和产物选择性。
生化反应工程原理简答题
1补料分批培养主要应用在哪些情况中？①生长非偶联型产物的生产②高密度培养③产物合成受代谢物阻遏控制④利用营养缺陷型菌株合成产物⑤补料分批培养还适用于底物对微生物具有抑制作用等情况。
⑥此外，如果产物黏度过高或水分蒸发过大使传质受到影响时，可以补加水分降低发酵液黏度或浓度。
2比较理想酶反应器CSTR型与CPFR型的性能？A停留时间的比较：在相同的工艺条件下进行同一反应，达到相同转化率时，两者所需的停留时间不同，CSTR型的比CPFR型反应器的要长，也就是前者所需的反应器体积比后者大。
另外，以对两反应器的体积比作图可知，随反应级数的增加，反应器的体积比急剧增加。
B酶需求量的比较：对一级动力学：转化率越高，CSTR中所需酶的相对量也就越大。
另外，比值还依赖于反应级数，一级反应时其比值最大，0级反应时其比值最小。
C酶的稳定性：0级反应时，CSTR与CPFR内酶活力的衰退没有什么区别。
但如果反应从0级增至一级，那么，两种反应器转化率下降的差别就变得明显。
CPFR产量的下降要比CSTR快得多，因而CPFR中酶的失活比CSTR中更为敏感。
但是，如上所述，在某些场合，操作条件相同，要得到同样的转化率，CSTR所需酶的数量远大于CPFR所需的量。
D反应器中的浓度分布：CSTR与CPFR中的底物浓度分布。
由图可知，在CPFR中，虽然出口端浓度较低，但在进口端，底物浓度较高；CSTR中底物总处于低浓度范围。
如果酶促反应速率与底物的浓度成正比，那么对于CSTR而言，由于整个反应器处于低反应速率条件下，所以其生产能力也低。
3试着分析目前连续式操作难以大规模应用的原因？连续培养的工业生产应用的受限原因(连续培养的应用主要集中在研究领域)。
⑴杂菌污染问题。
因连续培养以长期、稳定连续运转为前提，在整个培养过程中，必需不断地供给无菌的新鲜培养基，好氧发酵时，必需同时供给大量的无菌空气，这两种供给的过程中极易带来杂菌的污染，长期保持连续培养的无菌状态非常困难。
生化反应工程原理
填空题1理想的酶反应器主要有两种：CPFR和CSTR2养的传递有串联模型和并联模型（不好这样说）3KLa中a大小取决于所设计的空气分布器，空气流动速率，反应器的体积和空气泡的直径等且空气泡的直径越小，越有利于传递4的物理意义是最大反应速率和最大传质速率之比。
Da准数越小，固定化酶表面浓度[S]s越是接近主题浓度[S],辨明最大传质速率越是大于最大反应速率，为反应控制。
Da准数越小，越好。
5内部扩散与催化反应是同时进行的，二者相互影响，外扩散通常是先于反应。
6影响固定化酶促反应的蛀牙因素是：分子构象的改变，位阻效应，微扰效应，分配效应和扩散效应7有效电子数：当1mol碳源完全氧化时，所需要氧的摩尔系数的4倍称为基质的有效电子数若碳源为葡萄糖，其完全燃烧是每摩尔葡萄糖需要6mol，所以有效电子数是24，氧化一个有效电子伴随着焓值变化109.0KJ.即8通过对细胞和环境之间能量的交换关系的研究，为培养基中（组分）的选择提供参考9影响酶催化反应的环境因素有（温度），（pH），浓度等。
影响酶催化反应的浓度因素有（底物浓度）和（效应物浓度）。
影响酶催化反应的最基本的因素是（浓度）。
10反应器放大的目的是使产品的（质优）和（成本低效益好）；必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境（相同）。
11若要消除外扩散限制效应，最常用的方法是（）；若是要消除内扩散限制效应，最常用的方法是（）。
12影响机械通气搅拌发酵过程中体系溶氧系数的因素有（操作变量），（培养液的理化性质），（反应器的结构）。
13根据Garden模型，如果产物和细胞的速率-时间曲线的变化趋势同步，则该产物的生成模型是（）。
15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。
16K m值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。
生化反应工程
生化反应工程1.生物技术产品的生产过程主要由哪四个部分组成？答：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。
2.什么是生化反应工程,生化反应工程的研究的主要内容是什么?定义：以生化反应动力学为基础，运用传递过程原理及工程学原理与方法，进行生化反应过程的工程技术分析、开发以及生化反应器的设计、放大、操作控制等综合边缘学科。
主要内容：建立生物反应过程动力学和生物反应器的设计，优化和放大。
3. 生化反应工程研究方法.经验模型法、半经验模型法、数学模型法；多尺度关联分析模型法（因次分析法）和计算流体力学研究法。
.在建立生物反应过程数学模型时，常按下述几个步骤进行： （1）反应过程的适当简化；（2）定量化研究； （3）过程分离原理；4）数学模型的建立。
理想的模型建立通常要考虑的因素1.要明确建立模型的目的2.明确地给出建立模型的假定条件3.希望所含有的参数，能够通过实验逐个确定4.模型应尽可能简单。
第1章 酶催化反应动力学1.有高效的催化活性2.有高度的专一性3.酶反应常需要辅因子的参与4.具有温和的反应条件5.酶的催化活性可被调控6.酶易变性与失活酶反应专一性机制：锁钥学说，诱导契合学说，过渡态学说。
什么叫抑制剂？任何能直接作用于酶并降低酶催化反应速率的物质称为酶的抑制剂1.M-M 方程的建立： E + S 11k k - [E 2k −−→E + P （1）快速平衡假设：2[],p ES r k C =11[],E S ES k C C kC -=[],EO E ES C C C =+得2m axE O S SP S SS S k C C rC r K C K C ==++（2）拟稳态假设：11[]2[]0E S ES ES k C C kC k C ---=得2m axEO S SP m Sm S k C C rC r K C K C ==++2. M-M 方程参数的确定：m ax20E rk C =，mK（1）微分法：* L-B 法 ：m axm ax111m SSK r rC r =+* E-H 法：m axss mSr r rK C =- H-W 法：m axm axSm S sC K C r rr=+E-C-B 法：m ax1m sSrK r C =+（2）积分作图法：m ax0m()lnSO S S S C r t C C KC =-+一级反应时，m axmlnSOSC rt K C = 零级反应时，max 0()S S r t C C =-3.有抑制的酶催化反应动力学----由方程推机理，抑制方式（1）竞争性抑制：E + S 11k k - [ES 2k −−→E + PE + I 33k k -−−−→←−−−[EI] 得m ax *SSI Smr C r KC =+，I *m IC 1+)K K mK=（（2）非竞争性抑制：E + S 11k k - [E2k −−→E + P ，E + I 33k k -−−−→←−−−[EI]， [ES] + I 4-4k k −−−→←−−−[SEI] , [EI] + S 5-5k k −−→←−− [SEI] 得 *max s m I SSr C r K C =+，I *m ax m ax I C /1+)K r r =（ （3）反竞争性抑制：E + S 11k k - [E2k −−→E + P ，[ES] + I 33k k -−−−→←−−−[SEI] 得m axI m IC 1+)K SSI S rC r K C =+（（4）底物抑制：E + S 11k k - [ES2k −−→E + P ，[ES] + S 33k k - [SES]得m axm 1+)SSS s S SIrC r C K C K =+（，,m axS C =4.双底物酶催化反应（了解）：S 1 + S 2 P 1 +P 2(1)随机机制：E + S 1 11k k - [ES 1]， E + S 2 2-2k k −−−→←−−−[ES 2]， [ES 1] +S 2 12k [ES 1S 2], [ES 2] +S 1 21k [ES 1S 2],[ES 1S 2]K−−→E +P 1+P 2 (2)乒乓机制: E + S 1 11k k - [ES 1]−−→ P 1 +E’,E’ + S 2 2-2k k −−−→←−−−[E’2] −−→ E +P 2(3)顺序机制：E + S 1 11k k - [ES 1]，[ES 1] +S 2 2k −−−→←−−−[ES 1S 2]，[ES 1S 2]3k −−→ E +P 1+P 2 5.酶的失活动力学：E adrk k −−→←−−E i()[]d r E O k k E a r d d rC tC k k ek k -+=++， 若为不可逆失活，Kr=0，0dK Ea E tC C e-=,K d =1/t d =ln2/t 1/2，K d 为衰变常数，t 1/2为半衰期第2章 细胞反应过程计量学1. 呼吸商：在一定时间内放出的二氧化碳量和消耗的氧气量的比 。
生物反应工程原理
第一章生物工程导论1.生化反应工程的概念以生物反应动力学为基础，利用化学工程方法研究生物反应过程的一门学科。
2.生化反应工程研究对象研究生物反应动力学反应器设计3.生化反应特点优点：反应条件温和设备简单同一设备进行多种反应通过改良菌种提高产量缺点：产物浓度低，提取难度大废水中的COD和BOD较高前期准备工作量大菌种易变异，容易染杂菌4.生化反应动力学本征动力学：又称微观动力学，生化反应所固有的速率没有物料传递等工程因素影响。
反应器动力力学：宏观动力学，在反应器内所观察到的反应速率是总速率考虑。
5.生化工程研究中的数学模型结构模型：由过程机理出发推导得出半结构模型：了解一定机理结合实验数据经验模型：对实验数据的一种关联第二章生物反应工程的生物学与工程基础1.因次：导出单位，也称量纲。
2.红制及基本单位密度比容气体密度压力第三章微生物反应计量学教材p53-641.反应计量学：对反应物组成及转化程度的数量化研究2.得率系数与维持因数：得率系数：细胞生成量与基质消耗量的比值维持因数：单位质量细胞进行维持代谢时所消耗的基质。
3.细胞组成表达式及元素衡算方程细胞组成表达式CH1-8O0.5N0.2元素衡算方程CHmOn+aO2+bNH3=CCH2O3Nr+d H2O +e CO24.得率系数与计量系数关系当细胞反应是细胞外产物的简单反应时，得率系数与计量系数关系如下：5．呼吸商：二氧化碳产生速率与氧气消耗速率之比6.实例计算第四章均相酶反应动力学（教材P8-10,26-38）1．酶活力表达方法及催化特性催化特性：酶具有很强的专一性较高的催化效率反应条件温和易失活，温热，氧化失活2.了解反应速率方程的几种形式零级反应：反应速率与底物浓度零次方成正比一级反应：反应速率与底物浓度一次方成正比二级反应：反应速率与浓度二次方成正比连锁酶促反应：3.米式方程快速平衡和拟稳态三点假设4.米式方程推导5.M-M方程与B-M方程比较6.酶反应一级动力学表达式及计算7.动力学常数Km与Vm的求取8.影响酶反应速率的因素：底物浓度酶浓度产物浓度PH值温度激活剂抑制剂9.竞争性、非竞争性、和反竞争性抑制的概念及动力学表达式竞争性：抑制剂为底物类似物，酶结合位点结合阻碍底物一般可逆非竞争性：抑制剂与酶活性位点以外结合，不影响底物的结合，最终可形成三联复合物反竞争性：抑制剂不与游离酶结合，但与复合物ES结合形成三联复合物10.酶失活动力学模型及测定方法第五章固定化酶与固定化细胞（教材P15-17,39-46）1.固定化酶、细胞制备方法与特点固定化细胞：物理化学手段将细胞限制哎一定空间保持活性并连续使用2.固定化酶与游离酶区别3.评价固定化酶生物催化剂指标固定化酶活力偶联率及相对活力4.固定化酶促反应动力学本征速率及本征动力学代表酶的真实特性；固定化酶催化反应速率受扩散和传质影响；所测速率是宏观有效反应速率和游离酶不同。
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)
化学工程中的生化反应工程
化学工程中的生化反应工程化学工程是一门综合性的学科，它以化学反应为基础，涉及到物理学、数学、工程学等多个学科的知识。
其中，生化反应工程是化学工程的一个分支，也是现代工业中不可或缺的一部分。
本文将介绍生化反应工程的相关知识。
一、生化反应工程的定义生化反应是指生物体内对某些物质进行化学转化的过程。
而生化反应工程则是利用化学反应原理进行生物体外的工程生产，包括发酵、纯化、分离等过程。
生物化学工程是生化反应工程的重要组成部分，是指利用化学反应的方式研究生物体内的化学转化及其机制，参与化学反应的大部分为生物大分子，如蛋白质、多糖、核酸等。
二、生化反应工程的应用领域生化反应工程的应用领域非常广泛，主要涉及到以下几个方面：1、生物制药生物制药是生化反应工程最为重要的应用领域之一。
利用生物体内的化学反应原理和技术，可以生产出一系列的生物制品，如酶、抗体、疫苗等。
其中酶是生物制药中的核心产品之一，如著名的碱性磷酸酶和葡萄糖氧化酶等。
生物制药的生产过程较为复杂，需严格控制各个环节的操作，一旦出现失误，将会导致产品失去活性，浪费大量的时间和人力成本。
2、食品工业生化反应工程在食品工业中也拥有广泛的应用，可用于生产具有高营养价值、美味可口的食品，如乳制品、酿造类食品等。
其中，酿酒是最早应用生物反应工程技术的食品行业之一，其主要利用发酵反应原理进行酒的酿造。
随着食品科学和生物技术的不断发展，生化反应工程在食品工业中的应用将更加广泛。
3、环境保护生化反应工程在环境保护领域中也有很大的应用，如处理废水、煤气、固体废料等。
其中最常见的应用是生物法处理废水。
生物法利用生物反应器中的微生物菌群将有害废水中的有机物分解为CO2、水和其他无害的化合物，从而达到净化废水的目的。
三、生化反应工程的工艺流程生化反应工程的工艺流程大致分为三个步骤：发酵、分离和纯化。
1、发酵发酵是生化反应工程的第一步，主要包括物料筛选、微生物菌种筛选、场地规划以及发酵条件的调节等环节。
生化反应工程原理的应用
生化反应工程原理的应用1. 生化反应工程概述生化反应工程是将生物体内的生物化学反应原理与工程原理相结合，通过控制操作条件、提高反应效率和产量，实现工业化生物化学反应的一门学科。
在化工、制药、食品、环保等领域有广泛的应用。
2. 生化反应工程的基本原理生化反应工程的基本原理是通过控制反应的底物浓度、反应温度、pH 值、搅拌速率等因素来改变反应速率和产物生成率。
基于酶促或微生物催化反应原理，通过工程设计和优化，实现高效、高产和可控的反应过程。
3. 生化反应工程的应用领域生化反应工程的应用非常广泛，以下是一些典型的应用领域：3.1 制药工业生化反应工程在制药工业中扮演着非常重要的角色。
通过搭建高效的反应系统和优化操作条件，可以提高药物合成的效率和产量，缩短合成周期。
同时，生化反应工程还可以用于生产酶制剂、抗生素等生物制品。
3.2 食品工业在食品工业中，生化反应工程被广泛应用于酿造、植物提取物制备、食品添加剂生产等过程。
通过优化反应条件，可以提高食品的品质、口感和营养价值。
3.3 环境保护生化反应工程在环境保护领域也有重要应用。
比如利用生物膜反应器、生物滤池等生化反应设备，对水体和废水中的污染物进行处理和降解。
生物反应能够高效地去除有机物和重金属等污染物，同时具有低成本和环保的优势。
4. 生化反应工程的关键技术生化反应工程的应用离不开一些关键技术的支持，以下是一些关键技术的介绍：4.1 酶工程酶工程是通过对酶进行改造和优化，以提高酶的反应活性、热稳定性和耐受性等性能。
酶工程的发展使得生化反应工程可以更好地利用酶来催化反应，提高反应效率。
4.2 微生物筛选与改造对于一些微生物催化的反应，通过对微生物菌种的筛选和改造，可以获得更高效的生物催化剂。
同时，通过对微生物代谢途径的优化，可以提高目标产物的生成率和选择性。
4.3 反应器设计与建模反应器设计与建模是生化反应工程中的重要环节，通过对反应器的结构和操作条件进行设计和优化，可以实现反应过程的高效、可控和稳定。
生化反应工程原理名词解释
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系统生物学：用生物遗传物理的方法，对生物学进行扰动，从而通过生物系统产生的影响进而研究，进而所得的数据进行挖掘和综合构建描述系统结构及相应于上述各种扰动的数学模型。
9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。
10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。
11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。
12外扩散效率因子ηout：是指有外扩散影响是的实际反应速率和无外扩散的固定化酶外表面处的反应速率之比。
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(continuous operation)：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成为细胞得率或是生长得率。
化学反应工程原理
化学反应工程原理化学反应工程是化学工程领域的一个重要分支，它研究的是化学反应在工程领域中的原理和应用。
化学反应工程原理是化学工程师必须要掌握的基础知识之一，它涉及到反应动力学、热力学、传质和传热等多个方面的知识，对于理解和设计化工过程具有重要意义。
在化学反应工程中，反应动力学是一个重要的概念。
它研究的是化学反应速率与反应物浓度之间的关系，以及影响反应速率的因素。
在实际工程中，我们需要通过实验数据来确定反应的速率方程，从而进行反应器的设计和操作。
另外，反应热力学也是化学反应工程中不可忽视的一部分，它研究的是化学反应的热效应，包括反应热、热平衡、热传导等内容。
在设计反应器时，我们需要考虑到反应的放热或吸热特性，以便合理地控制反应温度，保证反应的顺利进行。
除了反应动力学和热力学外，传质和传热也是化学反应工程中的重要内容。
传质研究的是反应物在反应器中的传输过程，包括物质的扩散、对流等。
传热则是指反应过程中产生的热量的传递过程，包括传热系数、传热表面积等参数的计算。
在反应器的设计和操作中，我们需要考虑到传质和传热的影响，以保证反应物质和能量的充分利用。
化学反应工程原理的研究不仅仅是为了理解化学反应的基本规律，更重要的是为了指导工程实践。
在化工生产中，我们需要根据反应物性质、反应条件等因素，选择合适的反应器类型和操作参数，以提高反应的效率和产率。
同时，对于一些复杂的反应体系，如多相反应、催化反应等，我们还需要结合反应工程原理，设计和优化反应器结构，以实现工程化的应用。
总之，化学反应工程原理是化学工程师必须要掌握的基础知识之一，它涉及到反应动力学、热力学、传质和传热等多个方面的知识。
通过对化学反应原理的深入理解，我们可以更好地指导工程实践，提高化工生产的效率和质量，为实现可持续发展做出贡献。
生化反应工程知识点总结
生化反应工程知识点总结在生化反应工程的研究和应用中涉及到很多的基本理论和关键技术，下面我将对生化反应工程中的一些重要知识点进行总结和归纳。
一、生物反应器的基本类型和特点生化反应工程中，生物反应器是进行生化反应的主要装置。
根据不同的反应过程和要求，生物反应器可以分为多种类型，主要包括批式反应器、连续流动反应器、循环反应器、固定床反应器等。
不同类型的生物反应器具有不同的特点和适用范围，选择合适的反应器对于生化反应的控制和优化具有至关重要的意义。
1.批式反应器批式反应器是将反应物一次性加入反应器中，允许反应物在反应过程中发生变化，反应结束后，将产物从反应器中分离。
批式反应器的优点是操作简单，易于控制，适用于小规模的试验和研究。
但是其生产效率比较低，不适用于大规模工业生产。
2.连续流动反应器连续流动反应器是在反应过程中不间断地加入新的反应物，产物和反应物同时流出反应器。
连续流动反应器可以保持反应物的浓度和温度等参数稳定，有利于提高生产效率，适用于大规模的工业生产。
3.循环反应器循环反应器是在反应过程中将反应液不断地循环通过反应器，通过控制循环速度和时间来控制反应过程。
循环反应器可以有效地提高反应效率，适用于某些需要密闭反应环境的反应。
4.固定床反应器固定床反应器是将固定在反应器中的生物体用于反应，可以有效地控制生物体的生长和代谢过程。
固定床反应器适用于某些需要生物体来完成反应的场合。
以上几种生物反应器的类型具有各自的特点和适用范围，在实际的生化反应工程中，需要根据具体的反应过程和要求来选择合适的反应器类型。
二、微生物的选择和改良在生化反应工程中，微生物是一种重要的生物反应体，用于完成生化反应过程。
根据反应的要求，选择合适的微生物对于反应的效率和产品的质量有着重要的影响。
1.微生物的选择在选择微生物时，需要考虑到微生物的代谢活性、生长速度、产物生成能力和对环境的适应能力等方面的因素。
在不同的反应条件下，不同的微生物可能会表现出不同的特性，需要根据具体的反应过程来选择合适的微生物。
实验室生化反应原理及应用
实验室生化反应原理及应用生化反应是指在生物体内发生的化学反应。
生物体内的所有化学反应都需要通过生化反应来完成。
生化反应主要包括合成代谢和分解代谢两个过程。
生物体内的合成代谢是指生物体通过生化反应合成新物质，如合成蛋白质、核酸、糖类等。
合成代谢可以分为两种：同化和异化。
同化是指生物体通过化学反应将小分子物质合成为大分子物质，如合成蛋白质的转录和翻译过程。
异化是指生物体通过化学反应将大分子物质分解为小分子物质，如葡萄糖分解。
生物体内的分解代谢是指生物体通过生化反应分解有机物质释放能量，如蛋白质、糖类和脂类的分解。
在分解代谢中，有机物质经过一系列生化反应逐步分解为二氧化碳和水，并释放出能量。
这个过程称为细胞呼吸。
生化反应在生物体内有着广泛的应用。
其中一个应用是DNA分析。
DNA是生物体内含有遗传信息的分子，在DNA分析中可以通过生化反应来扩增特定的DNA片段，以便进行遗传基因的研究和细胞诊断。
DNA分析被广泛应用于法医学、人类遗传学和动植物遗传改良等领域。
另一个应用是生物传感器。
生物传感器是一种使用生化反应转化生物体内信息的装置。
通过生化反应，生物传感器能够检测到包括酸碱度、温度、气体、离子浓度等多种生物参数。
生物传感器在医疗、环境监测和食品安全等领域有着广泛的应用。
此外，生化反应在生物制药中也有重要应用。
生物制药是指利用生物体制造药物的过程。
通过对生化反应的研究，科学家们可以生产出各种重要的药物，如抗生素、激素、酶类药物等。
生物制药在医疗领域有着重要的意义，可以有效治疗多种疾病。
总之，生化反应是生物体内化学反应的总称，包括合成代谢和分解代谢两个过程。
生化反应在DNA分析、生物传感器和生物制药等领域有着广泛的应用。
通过对生化反应原理的研究，我们可以更好地理解生物体内的化学反应，并将其应用于解决实际问题。
第6章 生化反应器的传递过程
对于三角瓶OTR＝kLαC *＝0.02*60* 4.2*0.001g /(L ⋅ h)＝0.005g /(L ⋅ h)，
此时的细胞最大浓度为C
＝
X
0.005 0.27
g
/
L＝0.0187g
/
L
同样，对于CSTR，OTR＝kLαC *＝0.025g /(L ⋅ h)，
f= 1 3
(D / d )(HL / d ) = 1.17
P∗ = fP = 2.57 ×109W
6.5 与上题相同条件下，若在发酵罐中通入空气量为 6m3/min（操作状态下），试 求通气时所需搅拌功率。 解：由题意可得
由于反应器中通人气体，需要引入通气准数Na
=
QG n d3
=6 150 × 0.73
2、氧从气相主体传递到细胞内部需要八步，其中重要的步骤在于气－液两相间 的液膜阻力。通过双膜理论模型，可推导氧的气液传质速率方程为
OTR = kLα (C * −C) 。
3、当细胞培养处于稳态、符合 Monod 方程时，细胞对氧的消耗速率与传质速率
相等，即 qO2 ,max
C KO2 + C
CX
= kLα (C * −C) 。
4、从氧的传质速率方程可以看出影响的因素有：氧在培养基中的溶解度；氧的 体积传质系数。前者可以通过通入富氧或增加反应器压力的方式实现，后者可以 通过改变培养基物性（粘度、表面张力等）、操作条件（搅拌、通气量等）、反应 器结构等方面来改变。
5、由于氧体积传质系数在反应器设计中具有重要的影响，因此对于获得准确的 传质系数 kLα 必须通过实验来测定。主要的测定方法有：亚硫酸钠氧化法、葡萄 糖氧化酶法、动态法和稳态法等多种。
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。
生化反应和反应动力学的基本原理
生化反应和反应动力学的基本原理生化反应是指生命体系中的化学反应，是生命现象的基础。
在人工合成生物产物和治疗方面，生化反应在现代生命科学中发挥着至关重要的作用。
反应动力学是指研究反应速率如何受影响的科学，对于理解生化反应非常重要。
本文将介绍生化反应和反应动力学的基本原理。
一、化学反应和生化反应所有的生命现象都涉及化学反应。
化学反应是指发生化学变化时，原子的排列方式会发生变化，同时会涉及到能量的转移。
生化反应是在生物体内发生的化学反应，在特定条件下，才能得以进行。
一个生化反应通常包括产物和反应物。
反应物是指被反应的物质，而产物则是在反应中被产生出来的化学物质。
在生化反应中，反应涉及到蛋白质、碳水化合物和脂质等生物分子的合成和分解。
酶是催化生物化学反应的生物催化剂，它们可以加速反应速率，是生化反应得以进行的必要条件。
二、反应速率和反应物反应速率是指反应产物每秒钟生成的数量。
这个速率与反应物的浓度有关。
当反应物浓度增加时，反应速率也会增加。
反之，如果反应物的浓度减少，反应速率也会降低。
反应速率通常用下列公式表示：速率 = 变化的产物浓度 / 变化的时间反应物也会影响反应速率。
当反应物浓度瓶颈时，速率下降。
这是由于反应物分子之间的碰撞不足以产生有效的碰撞来加速反应。
这意味着，反应动力学对于研究生化反应非常重要。
三、反应动力学的基本原理反应动力学是用来研究反应速率如何受到影响的学科。
反应动力学可用于评估反应速率和反应机制，同时也可以给出一个方程式来描述这些反应。
反应速率方程通常通过测量反应速率来确定，反应速率和反应物的浓度之间的关系通常使用线性回归分析来计算。
焓和熵是反应速率的基本影响因素。
焓是指反应的吸热或放热，熵是指反应中产生的混乱度。
在化学反应中，焓通常是决定反应类型的因素。
如果焓是正值，反应就是吸热的。
如果焓值是负的，反应就是放热的。
而熵则是反应终点的标志。
如果熵增大，反应就是好的。
反应动力学的另一个重要因素是反应物的性质。
生化反应工程
K2
k2 k2
(130b)
E S k 3 EP (1030c)
1-1 简单酶反应动力学
❖ 利用上述关系可推出（应用定态法）
r
rmaxcS
(1031)
K1cScS2/K2
❖
在低底物浓度下，若
c
2 S
/
K
2
远小于1，上式简化成米
氏方程的形式。于是，这个方程的参数 r m a x 和 K 1
常在低底物浓度下求取。在高底物浓度下，r值比米
第一节 酶催化反应动力学
2、辅酶。很多酶是由蛋白质部分和与其相结合的辅基所组成， 其蛋白质部分叫作酶蛋白，辅基部分叫作辅酶。
3、辅底物。包括NAD、NADP、辅酶Q、谷胱甘肽、ATP、辅 酶A和四氢叶酸等，这类物质是作为第二底物（同底物相 比较）起作用的，它们以化学计量关系与真正的底物进行 反应，反应后辅底物发生变化，不能靠这个酶反应本身把 它还原成原来的状态（即），如
SE k1 ES(1017a) k1
ES k2 PE(117b) k2
1-1 简单酶反应动力学
❖ 若适用于定态近似，则正反应速率方程为
r-d csd cP(rs/K s)cs (rp/K s)cP(1 1 8 ) d t d t 1 cS/K s cp/K P
r ❖
❖
其 设中平衡s 状和态K s 下与r p 底米k物k氏12rs浓方度程为中c的S ,Ke q pr，ma x k和产k1K2s物K(1m 浓一19度致) 为，并c P ,e q且，平
底物浓度不断增加时， 对底物的反应级数从一 级逐渐变成零级；
图1-1酶反应动力学的特点
反应速率与总酶量成正 比。
1-1 简单酶反应动力学
生化反应工程基础知识
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
2 非竞争性抑制
抑制物与酶的非活性部位结合，形成抑制物—酶的络合物后再与底物 结合，或者部分底物—酶络合物与抑制物结合，所形成的底物—酶—抑 制物不能直接生成产物，导致酶催化反应速率降低。
E +S
+ I
k1 [ES] k2 E + P
k1பைடு நூலகம்
+
⑤ 对环境因素敏感，具有适宜的反应温度、pH、离子 强度等。
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
6 影响酶催化反应速率的因素：
① 反应温度：酶催化反应速率与温度曲线呈钟罩形。 ② 反应pH：影响酶与底物结合和解离的速率；甚至影响
酶的空间结构
③ 酶浓度、底物浓度、产物浓度、离子强度和抑制剂等。
《制药反应工程》
第六章 生化反应工程基础
赵瑞芬 周华从 2015年11月
本章内容
6.1 6.2 6.3 6.4
概述
✓ 生化反应工程基础知识； ✓ 生化反应工程特点；
生化反应动力学基础
✓ 酶催化反应及其动力学； ✓ 微生物反应及其动力学；
固定化生物催化剂
✓ 酶和细胞的固定化； ✓ 固定化生物催化剂的催化动力学；
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
二 单底物酶催化反应动力学——米氏方程
对于典型的单底物酶催化反应：
反应机理可表示为：
E +S
SE P k1 [ES] k2 E + P
k1
一定条件下，反应速率 r 与底物浓度[S]关系：
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
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填空题
1理想的酶反应器主要有两种：CPFR和CSTR
2养的传递有串联模型和并联模型（不好这样说）
3KLa中a大小取决于所设计的空气分布器，空气流动速率，反应器的体积和空气泡的直径等且空气泡的直径越小，越有利于传递
4的物理意义是最大反应速率和最大传质速率之比。
Da准数越小，固定化酶表面浓度[S]s越是接近主题浓度[S],辨明最大传质速率越是大于最大反应速率，为反应控制。
Da准数越小，越好。
5内部扩散与催化反应是同时进行的，二者相互影响，外扩散通常是先于反应。
6影响固定化酶促反应的蛀牙因素是：分子构象的改变，位阻效应，微扰效应，分配效应和扩散效应
7有效电子数：当1mol碳源完全氧化时，所需要氧的摩尔系数的4倍称为基质的有效电子数若碳源为葡萄糖，其完全燃烧是每摩尔葡萄糖需要
6mol，所以有效电子数是24，氧化一个有效电子伴随着焓值变化109.0KJ.即
8通过对细胞和环境之间能量的交换关系的研究，为培养基中（组分）的选择提供参考
9影响酶催化反应的环境因素有（温度），（pH），浓度等。
影响酶催化反应的浓度因素有（底物浓度）和（效应物浓度）。
影响酶催化反应的最基本的因素是（浓度）。
10反应器放大的目的是使产品的（质优）和（成本低效益好）；必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境（相同）。
11若要消除外扩散限制效应，最常用的方法是（）；若是要消除内扩散限制效应，最常用的方法是（）。
12影响机械通气搅拌发酵过程中体系溶氧系数的因素有（操作变量），（培养液的理化性质），（反应器的结构）。
13根据Garden模型，如果产物和细胞的速率-时间曲线的变化趋势同步，则该产物的生成模型是（）。
15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。
16K m值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。
Km是酶的特性常数：与pH 、温度、离子强度、酶及底物种类有
关，与酶浓度无关，可以鉴定酶。
1/Km近似表示酶对底物的亲和力：1/Km越大、亲和力越大
17抑制作用的分类不可逆抑制与可逆抑制。
可逆抑制：竞争性抑制，非竞争性抑制，反竞争性抑制。
18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。
19Da准数：。
当Da>>1时，过程为外扩散控制。
当Da<<1时, 过程为反应控制
20Da准数是决定效率因子和比浓度C*的唯一参数，因而是表征传质过程对反应速率影响的基本准数。
21为提高固定化酶外扩散效率,应设法减小Da准数。
减小Da准数的措施:降低固定化酶颗粒的粒径，增大比表面积，但由于粒径减小会伴随压降增加，因此应用中综合考虑，确定合适的粒径和使固定化酶表面流体处于湍流状态以增大。
22为提高固定化酶内扩散效率，应设法减小。
减小的措施主要是适当降低固定化酶颗粒粒径。
23能量生长偶联型与能量生长非偶联型：当构成菌体的材料充裕时，菌体的生长受制于ATP的供应，这种生长就是能量偶联型生长；反之，在ATP供应充分，而合成细胞的材料受限制时，这时的生长就是能量生长非偶联型，即与ATP供应无关，此时，大量的ATP在ATP酶的作用下被降解，以热能的形式释放出大量的热量形成发酵热异常升高。
对能量偶联型生长，大约在10左右；非能量偶联型生长，大大低于10；
24μm值基本接近，是同一个数量级。
Ks和μm值不仅随菌种而异，对不同的限制性基质也不同。
Ks的意义:Ks越小，则S增加少许，μ增加很大，所以Ks越小，μ就越敏感。
Ks可以表示菌体细胞与基质亲和力的关系。
25单一限制性底物,临界底物浓度是指达到μm的最低底物浓度S criT。
若SScrit，则为限制性底物，若SScrit，则为非限制性底物。
26发酵过程的操作方式：分批式操作，连续式操作，流加式操作。
反复批式操作，反复半批式操作
27连续式操作稳态操作的条件：稳态下，D=μ，当时，，此时，
故定义临界稀释率为：，通常情况下，K S S0，故有：
可见，用单级恒化器连续培养菌体的稳态操作应有D ，而当D 时，反应
器中菌体浓度终将全部被冲出(wash-out)，称为冲出现象。
28评价通风生化反应器的两个重要指标：k La值和单位溶解氧的能耗（Np）。
29提高氧传递速率Na的两条途径：提高氧传质推动力（C*-C），提高k La 值。
30反应器中气泡流动方式分为两类：一类是气泡自由上升，如在鼓泡罐、塔式反应器、气升式反应器和工业中常用的搅拌罐等中；另一类呈高湍流型，主要是实验室中使用的反应器及小型搅拌罐中。
31体积传质系数的测定：亚硫酸盐法，动态法，稳态法，葡萄糖氧化法。
32主动传递中，C2>C1，△G>０，自由能增加；被动传递中，C2<C1，△G<０，自由能减少。
主动传递中，推动力是靠ATP水解释放的能量来进行的。
促进传递是借助载体分子完成的。
33理想的酶反应器：CPFR型酶反应器也称为活塞流式反应器或平推流式反应器.CSTR型酶反应器：continuous stir reactor.
34生物反应器放大的目：依据小的生物反应器的结构、操作条件和生物反应特征，来确定大型生物反应器的结构、操作条件，以使在大型生物反应器中进行的生物反应达到或超过在小的生物反应器中的成绩。
须明确两点：反应是如何进行的，即所期望的生化反应是通过何种渠道完成的。
生物化学反应中哪些反应的反应速度快、哪些反应的反应速度慢。
35生物反应器的放大方法可分为:（1）数学模拟放大；（2）因次分析法放大（3）经验法则放大(包括反复实验法、部分解析法放大等)。
36生物反应器设计的主要目标：使产品的产量高质量高、成本低
37生物团块反应器按催化剂运动状态划分又可分填充床、流化床、生物转盘等多种型式的生物反应器。
填充床型反应器(PBR) 流化床型反应器(FBR)
38生化反应的反应器：生物膜反应器（MBR）利用膜的分离功能，同时完成反应和分离过程的反应器
39生物反应器的放大的目标：使大型生物反应器性能与小型反应器接近，从而使大型反应器生产效率与小型生产设备反应器相似。
放大方法从目前情况来看，主要有经验放大法、因次分析法、时间常数法、数学模拟法等。
公式题
1外扩散效率因子： 2内扩散效率因子：
3错呼吸商： 4米氏方程：
5莫诺方程： 6细胞得率（生长得率Y X/S）:
7某一瞬间细胞得率称为微分（瞬时）细胞得率：
8代谢产物生成速率: 最后一步应为Y P/S
9代谢产物比生成速率：最后一步有歧义
10生长速率： 11比生长速率：
12基质消耗速率： 13基质比消耗速率：错了，是dS
14基于基质异化代谢产生ATP为基准生成细胞量的细胞得率：15稀释率： 16固定化酶颗粒酶表面的扩散速率：
17与碳元素相关的细胞得率：
18氧的传递速率：
19单位体积培养液中氧的传质速率:
20当α=0.4，β=0.5，γ=0.5 时，（6-34）式称为Richard公式。