生物反应工程复习资料
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。
生物反应工程共38页
以上海交大为例，生物技术专业旨在培养具有扎实的现代生命科学理论基础和
熟练的操作技能与工程基础知识、掌握计算机以及外语的高级专业人才。研究方向为生
物大分子的结构与功能、基因分子生物学、人类与动物分子遗传学、微生物代谢与调控
以及植物基因工程等。
该专业主要学习与基因工程、蛋白质工程等相关的基础理论和操作技能。主要课程有： 普通生物学、生物化学、神经生物学、微生物学、微生物原理、基因工程原理与方法、 细胞工程、生化工程、酶与酶工程、发酵工程、计算机在生命科学中的应用、生命科学 信息与情报、生命科学基础讲座等。
物和微生物细胞本身；
1.2生物工程
1.2. 1生物工程的定义 人们以现代生命科学为基础，结合先进的
工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按 照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为 人类生产出所需产品或达到某种目的。
1.2.2. 生物工程的分类：
基因工程(Gene engineering) 细胞工程(Cell engineering) 酶工程(Enzyme engineering) 发酵工程(Fermentation engineering) 蛋白质工程(Protein engineering)
抗生素——青霉素
罗伯茨（W. Roberts，1874)首次报道微生物的颉 颃（xie hang）现象（antagonism）灰绿青霉生 长旺盛的液体会使人工感染细菌困难
廷德尔（J.Tyndall,1876）青霉菌与细菌液体培养 中有颉颃现象
巴斯德和朱伯特（J.F.Joubert，1877)用炭疽芽孢 杆菌培养物感染动物
以清华大学为例，生物科学与技术系是培养在生物科技领域从事科学研究、教学和
应用开发工作的高水平人才的专门系科。现设有生物科学和生物技术两个本科专业，为 了拓宽人才培养口径，招生时按生物科学一个专业招生。虽然分为两个专业，但课程安 排和教学内容上并没有什么区别，只是在写毕业论文时各有侧重。生物科学专业主要涉 及生物化学、分子生物学、生物物理学、结构生物学和细胞发育生物学等学科领域。生 物技术专业主要包括生物芯片技术、微生物发酵工程、藻类技术、细胞工程及酶工程和 生态环境工程。
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 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。
生物反应工程复习题答案
生物反应工程复习题答案1. 什么是生物反应器？请简述其基本组成。
答：生物反应器是一种用于生物过程的设备，它提供了适宜的环境，使生物催化剂（如细胞、酶等）能在其中进行生物转化反应。
其基本组成包括反应容器、搅拌器、温度控制系统、pH控制系统、气体交换系统和监测系统。
2. 描述微生物培养过程中的两种主要生长阶段，并解释它们的特点。
答：微生物培养过程中的两种主要生长阶段是滞后阶段和指数生长阶段。
滞后阶段是指微生物接种到培养基后，由于需要适应新环境和合成生长所需的酶，生长速率较慢。
指数生长阶段是指微生物适应环境后，以恒定的速率快速繁殖，细胞数量呈指数增长。
3. 简述酶催化反应的特点。
答：酶催化反应具有高度的专一性，即一种酶只能催化特定的底物反应；酶催化反应具有高效性，酶的催化效率远高于非生物催化剂；酶催化反应具有温和的反应条件，通常在常温、常压和中性pH下进行；酶催化反应具有可逆性，酶可以反复使用，直到失活。
4. 什么是发酵过程？请列举发酵过程中常用的几种微生物。
答：发酵过程是指利用微生物的代谢活动，将原料转化为有用产物的过程。
常用的微生物包括酵母菌、乳酸菌、醋酸菌和霉菌等。
5. 描述细胞培养中常用的两种培养基，并说明它们的用途。
答：细胞培养中常用的两种培养基是基础培养基和完全培养基。
基础培养基提供了细胞生长所需的基本营养成分，如氨基酸、维生素和无机盐等。
完全培养基则在基础培养基的基础上添加了血清、生长因子等成分，以促进细胞的增殖和分化。
6. 什么是生物反应工程中的搅拌？它在生物反应器中起什么作用？答：搅拌是生物反应工程中的一种操作，通过机械搅拌器在反应器内产生流体的循环流动。
搅拌的作用包括促进气体交换、提高传热效率、防止细胞沉淀和提高反应器的混合均匀性。
7. 简述生物反应器中温度控制的重要性。
答：温度控制对于生物反应器中的生物过程至关重要，因为生物催化剂（如酶和细胞）的活性和稳定性受温度影响。
适宜的温度可以提高反应速率和产物产量，而不适宜的温度可能导致生物催化剂失活或产生副产物。
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
1
1
1
max
max
+
=
S
C
r
1
~
1
max
r
K
m
max
1
r
P
E
ES
S
E
k
k
k
+
→
+⇔
-
2
1
1
EI
I
E I
K
⇔
+
P
E
ES
S
E
k
k
k
+
→
+⇔
-
2
1
1
EI
I
E I
K
⇔
+
ESI
I
ES I
K
⇔
+。