生物反应工程复习
生物反应工程复习资料
生物反应工程复习资料(总7页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除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P E ES +←ES S E ⇔+P E ES +→0=dtdC ES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(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。
生物反应工程期末总结
绪论1.生物技术产品的生产过程主要由哪四个部分组成？（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。
2.什么是生化反应工程,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：生物反应动力学和生物反应器的设计，优化和放大3. 生物反应过程的主要特点是什么？1.采用生物催化剂，反应过程在常温常压下进行，可用DNA重组及原生质体融合技术制备和改造2.采用可再生资源3.设备简单，能耗低4.专一性强，转化率高，制备酶成本高，发酵过程成本低，应用广，但反应机理复杂，较难控制，反应液杂质较多，给提取纯化带来困难。
4. 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。
第1章1. 酶作为生物催化剂具有那些催化剂的共性和其独特的催化特性？谈谈酶反应专一性的机制。
催化共性:降低反应的活化能，加快生化反应的速率；反应前后状态不变.催化特性:高效的催化活性;高度的专一性;酶反应需要辅因子的参与;酶的催化活性可被调控;酶易变性与失活。
机制：锁钥学说；诱导契合学说2. 什么叫抑制剂？某些物质，它们并不引起酶蛋白变性，但能与酶分子上的某些必需基团（主要是指活性中心上的一些基团）发生化学反应，因而引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反应速率降低，能引起这种抑制作用的物质称为抑制剂。
3. 简单酶催化反应动力学（重点之重点）4．酶动力学参数的求取方法(L-B法、E-H法、H-W法和积分法)L-B法: E-H法：H-W法：积分法：抑制百分数：竞争性抑制：非竞争性抑制：反竞争性抑制：kd 可称为衰变常数。
kd 的倒数称为时间常数td 。
t1/2称为半衰期第2章得率系数对底物的细胞得率系数：消耗1g 基质生成细胞的克数称为细胞得率或称生长得率Yx/s非结构模型：把细胞视为单组分，不考虑细胞内部结构，则环境变化对细胞组成的影响可忽略，在此基础上建立的模型。
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》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。
生物反应工程复习
21. 莫诺方程的双倒数作图，得到的直线在横轴上的截距为______ ， 纵轴上的截距为______ 。 22. 在分批培养中，根据微生物生长速率的不同，可将其生长曲线 划分为 _____ 、 _____ 、 _____ 、 _____ 、 _____五个阶段。
23. 在传氧阻力中，____阻力是控制因素。 24. 双底物酶反应按动力学机制可分为___ 、 ___和 ___ 。 25. pH值影响酶活力的原因可能有以下几方面：影响 ____ ，影响____ ，影响____ ，影响____ 。 26. 固定化酶的优点包括____ ， ____ ， ____等。 27. 影响培养基灭菌的因素有___ ， ___ ， ___ ， ___ ， ___ ， ___ 。 28. 单级恒化器连续培养细胞的稳态操作条件____。 29. 生化工程模型可分为 ____ 、____。 30. 固定化酶（细胞）反应器____ 、 ____、 ____。
86. 单级恒化器连续培养某种酵母达一稳态后，流出液中菌体浓度 是培养时间的函数。 87. 动态法测量Kla不能用于有菌体繁殖的发酵液。 88. 控制好氧发酵的溶氧浓度一定小于微生物的临界溶氧值。 89. 微生物的比生长速率是指单位时间内菌体的增量。 90. 在单级连续培养中，一般由于[S0]＞＞Ks，所以根据Monod方程 可以认为Dcri≈μmax。 91. 分配效应是由于固定化载体与底物或效应物之间的的亲水性、 疏水性及静电作用引起微环境和宏观环境之间物质的不等分配， 改变了酶反应系统的组成平衡，从而影响反应速率的一种效应。 92. .固定化酶的表观速率是假定底物和产物在酶的微环境和宏观环 境之间的传递是无限迅速，也就是在没有扩散阻力情况下的反 应速率。 93. 在微生物培养过程中有可能存在多种限制性底物。 94、 间歇培养微生物的减速生长期，微生物的比生长速率小于零。 95、微生物营养细胞易于受热死灭，其比热死亡速率常数K值很高。
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。
生物反应工程重点
A.物料衡算方程 基本方程： 输入＝输出＋变化＋积累 。对于不同的组分和能量均可以采用此基本方程。 如物料衡算方程： 进入体积单元的物质量＝流出体积单元的物质量＋体积单元转化的物质量＋体积单元的积 累物质量 B.μ和 d 的关系 流加培养优化是指控制适当的稀释率 D 或菌体生长比速μ，是生产强度和得率尽可能最大。 大量的菌体时产生产物的前提，因此在菌体生长阶段，应控制较高的生长比速，使菌体量快 速增长。 进入产物生成阶段后， 应控制较低的菌体生长比速， 以减少基质的消耗， 并保证 “壮 龄”细胞在细胞群体中占绝大多数。进行流加培养优化时，还应考虑以下边界条件： 1)最大比生长速率 2)临界比生长速率
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： µ = 描述微生物生长 经验方程 方程中各项含义：
µ max S KS + S
米氏方程： r = 描述酶促反应
rmax S Km + S
理论推导的机理方程 方程中各项含义：
1
μ：生长比速(h ) μmax：最大生长比速(h ) S: 单 一 限 制 性 底 物 浓 度 (mol/L) KS:半饱和常数(mol/L) 适用于单一限制性底物、不存在 抑制的情况 D.得率系数
μ
X ，DX X
μm
DX 0.5μm
图3
Dcrit
Dm
KS
图4
Scrit
S
Scrit 如图所示。 若 S<Scrit，此基质为限制性基质
H.灭菌动力学（能够计算） I.monod 方程的应用（能够计算） 例 1. 某微生物的生长可用 Monod 方程来描述，并且µm=0.5/h，KS=2g/L。连续培养中，流 加基质浓度 So=48g/L，YX/S=0.45g/g，在稳定状态下，菌体的最大生产强度为多少？ 解：Dm=µm[1-KS1/2/(KS+S0)1/2]=0.4(1/h) (DX)m=DmYX/S(S0-S)= DmYX/S[S0-KSDm/(µm-Dm)]=7.2(g/L.h) 因此在稳定状态下菌体的最大生产强度为 7.2g/L.h 例 2. 一种细菌连续（恒化器）培养中获得如下结果： µ(=D) (h-1) [S](g/l) 0.080 0.05 0.20 0.3 0.25 1.0 0.26 2.0 0.27 3.0
生物反应工程期末总结
生物反应工程期末总结一、引言生物反应工程是化学工程学科中的一个重要分支，也是联合应用多种学科知识的一门交叉学科。
它研究的对象是利用微生物、酶和细胞等生物催化剂来进行各种生化反应的工程化过程。
该课程的学习使我对生物反应工程有了更深入的理解，并具备了一定的实践能力。
在期末考试前夕，我对该课程所学内容进行了总结。
二、我所学到的知识1. 基础概念的掌握在本学期的学习过程中，我通过系统的学习，对生物反应工程相关的基础概念有了更深入的了解。
我明白了生物反应工程是利用微生物、酶和细胞等生物催化剂进行生化反应的工程过程，并了解了其在生产中的重要性。
同时，我还学习了一些关键的概念，如酶动力学、微生物培养基、生物催化剂的选择等等。
这些基础概念的掌握为我进一步的学习和实践奠定了坚实的基础。
2. 生物反应工程的设计与控制在生物反应工程课程的学习过程中，我了解了生物反应工程的设计与控制的基本原理和方法。
我明白了在生产过程中，如何设计合适的反应器并控制反应条件，以提高生产效率和产率。
同时，我还学习了一些典型的生物反应工程的应用案例，并在实验室中进行了模拟实验，进一步巩固了所学的知识。
3. 工艺参数的优化在生物反应工程的实践中，我了解了工艺参数的优化方法。
通过调整反应温度、反应时间、底物浓度等参数，可以提高反应产率和选择性。
当然，优化的方法并不是一成不变的，根据具体情况需要不断调整和改进。
通过实践，我对工艺参数的优化有了更深入的理解，并掌握了一些常用的优化方法。
4. 生物反应工程的应用前景在现代工业中，生物反应工程有着广阔的应用前景。
通过生物催化剂进行的生化反应，能够高效地产生所需的产品，同时也具有环境友好、能源节约的特点。
因此，在制药、食品、化工等领域都有着广泛的应用。
掌握了生物反应工程相关的知识，不仅是对一门学科的学习，也是为未来的人才培养和工业发展服务的。
三、我在实验中的收获与体会在生物反应工程课程的实验中，我学到了很多实践的技能和理论知识。
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：随即有序机制乒乓机制注意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。
其中热失活最重要。
酶的热失活随温度升高而失活程度加剧。
物理因素有：加热、冷却、机械力 化学因素有：酸、碱、盐、溶剂、表面活性剂、重金属、蛋白酶。
酶失活过程的动力学未反应时的失活动力学表征方法（数学模型）：一级失活模型 注: E --具有活性的酶 D --失活的酶 kd --衰变常数 模型中：?＝1时，底物对酶失活无影响 ?＝0时，酶完全被底物所保护 0<?<1时，底物对酶有部分保护作用 ?>1时，底物加速酶的失活因此，称?为底物对酶稳定性影响系数 影响固定化酶促反应的主要因素:子构象的改变、位阻效应、微扰效应、分配效应 （可用Kp 定量描述）、扩散效应 （可定量描述） 评价酶反应器指标：转化率、产率、选择性、停留时间 均相酶反应器的分类：批式反应器（间歇反应器）按操作方式 连续反应器 半间歇反应器批式反应器 将底物一次加入反应器内，在反应的过程中无底物和产物的输入和输出，底物和产物的浓度随反应时间变化连续反应器 底物等连续输入反应器，产物连续从反应器输出，反应器的任何部位的各组分均不随反应时间变化（稳定态）半连续反应器 在一次反应的过程中，底物分次补入批式全混型反应器（间歇式搅拌罐反应器）（batch stirred-tank reactor ， BSTR ） 连续全混型反应器（连续式搅拌罐反应器）（continuous stirred-tank reactor ，CSTR ） 活塞流反应器（plug flow reactor ，PFR ）全混流——流入的液体在装置内瞬间完全混合。
也就是说，各组分的浓度及粒子的分散无论在什么地方都完全相同。
完全相同，在流动方向上既没有混合也没有扩散。
非均相酶反应器用于由固定化酶催化的非均相反应的反应器非均相酶反应器的类型及结构设计要考虑：固定化酶更换操作难易 底物性质 反应体系粘度 PH 值范围控制等因素非均相酶反应器有： 搅拌罐反应器可以是：批式的BSTR （一般只适用于实验室研究，如用于工业生产，则每批反应结束都要进行固液分离）连续式的CSTR （更适宜与工业生产，但应在出口处设置过滤器防止固定化酶颗粒的流失）固定床反应器 是最广泛适用的固定化酶反应器。
DE dk →缺点：对固定化酶颗粒的强度要求高；液相的连续流动致温度和PH 控制难。
优点：连续操作、负载力大、效率高、生产能力大等操作：液相的流速和Re 数都采用较小值、延长停留时间将有利于达到一定的转化率 流化床反应器 流化流速范围窄，不易工业应用。
缺点：流化态要求流体流速必须提高到一定程度致停留时间不足、转化率不能足够高（克服办法：部分反应液回补再循环）优点：1液相和固相的微环境较易控制2传热、传质性能好3不会堵塞4 能处理微小粉末状底物 5固定化酶颗粒可以做得足够小（ 可以足够高）细胞反应工程细胞的基本特征：菌体成分：由80%左右的水分，以及蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素和无机物等构成。
但是 C m 对C 对H 对O 对N 上述4个细胞反应的计量方程，不足以计算a 、b 、c 、d 、e 等5个未知量，因而再寻找1个方程 如在好氧型培养时，可定义呼吸商（仪器测定）作为第5个方程；（5）或采用还原度平衡的方法（C=4，H=1，N=-3，O=-2，P=5，S=6）联立1～5式，有 解得细胞反应方程的a 、b 、c 、d 、e 等5个系数 例：某以葡萄糖为底物的微生物细胞培养过程，有2/3的碳转化为细胞。
其细胞培养的反应方程为C6H12O6+a NH3+b O2=cd H2O+e CO2 葡萄糖 微生物细胞 （1）试确定计量系数a 、b 、c 、d 、e ；a d RQ /=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----000100010120220300100l n m e d c b a RQγδβα（2）试计算其细胞对底物的得率YX / S ； （3）试计算呼吸商RQ 。
解：（1）细胞反应的方程式系数的计算1mol 葡萄糖所含有的C 元素为72g ，根据题意1mol 葡萄糖转化为微生物细胞的C 元素为：g 则有：转化为CO2的C 元素为： g 则： ，对N 元素平衡，有：对H 元素平衡，有： 对O 元素平衡，有： ，所以：即： （2（3度在式中 --------限制性底物浓度（g/L ） 代谢产物的生成动力学根据产物生成速率与细胞生成速率之间的关系，将其分成三种类型。
相关模型,是指产物生成与细胞生长呈相关的过程。
产物是细胞能量代谢的结果。
此时产物通常是基质的分解代谢产物。
例如：乙醇、葡萄糖酸等。
部分相关模型,反应产物生成与基质消耗仅有间接的关系。
产物是能量代谢的间接结果。
在细胞生长期内，基本无产物生成。
属于这类的有柠檬酸和氨基酸的生产等。
非相关模型,产物的生成与细胞的生长无直接关系。
在微生物生长阶段，无产物积累，当细胞停止生长，产物却大量生成。
属于这类的有青霉素等二级代谢产物的生产。
微生物反应器操作 深层培养的几种方式：()483/272=⨯909.0124.448=⨯=c 244872=-e 1224=2=e 782.086.0==c a d c a 23.7312+=+e d c b 22.126++=⨯+S S []S⏹ 分批式操作（batch operation ）：是指基 质一次性加入反应器内，在适宜条件下将微 生物菌种接入，反应完成后将全部反应物料 取出的操作方式⏹ 半分批式操作（semi-batch operation ）：又 称流加操作，是指先将一定量基质加入反应器 内，在适宜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内，以控制限制性基 质保持一定，当反应终止时取出反应物料的操 作方式 。
⏹ 反复分批式操作（repeated batch operation ）：指分批操作完成后，不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一定量的基质，再按照分批式操作方式，反复进行。
⏹ 反复半分批式操作（repeated semi-batch operation ）：是指流加操作完成后，不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一定量的基质，再按照流加操作方式进行，反复进行。
⏹ 连续式操作（continuous operation)：是指在分批式操作进行到一定阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内，另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反应条件（如反应液体积等）不随时间变化的操作方式。
分批式培养过程的状态方程式（环境过程的状态方程式）可表示为： 基质：基质（底物）消耗速率 基质（底物）比消耗速率 菌体：dX/dt=μX 产物：产物的生成速率 产物的比生成速率流加操作的2种方式：无反馈和有反馈各有什么特点？前者包括定流量流加、指数流加和反馈控制流加操作等。
后者分间接控制、直接控制、定值控制和程序控制等流加操作。
连续操作有两大类型，即CSTR （continuous stirred tank reactor ）型和CPFR(continuous plug flow tulular reactor ）型。
根据达成稳定状态的方法不同，CSTR 型连续操作，大致可分为三种。
一是恒化器法（chemostat ），二是恒浊器法（第三是营养物恒定法）。
各有什么特点？恒化器法是指在连续培养过程中，基质流加速度恒定，以调节微生物细胞的生长速率与恒定流量相适应的方法。
营养物恒定法是指通过流加一定成分，使培养基中的营养成分恒定的方法。
实际应用中多采用恒化器法 。
（注意：恒化培养的冲出现象） （恒化器法连续）变化量=流入量+生成量-流出量F 为反应液流入与流出速度L/h ，V 为反应器内反应液的体积L ，Sin 为流入液中限制性底物的浓度mol/L ， S 为反应器内和流出液中限制性底物浓度mol/L ， 其余符号同前。
D 称为稀释率：ssXSq xr C V V ≡==ss p pp q Y x r q ⋅==VF D /=物质传递以液相浓度为基准可得下式： kL 为液膜传质系数； kG 为气膜传质系数； Ci 为气液界面上的平衡浓度； C 为反应液主流中氧的浓度； C*为与气相氧分压相平衡的氧浓度； H 为亨利常数；KL 为以液膜为基准的总传质系数。