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。

结构模型：考虑细胞内部结构组成变化的基础上建立的模型。

3.细胞反应过程主要特征：细胞是反应过程的主体；本质是酶反应；细胞反应与酶催化有着

1S SI SI

S S

r r r i r r -==-

max max 11/()

(1)SI S s I

s S c mI s m s s I I

m

r C r r C C i C i C r K C K C K C K ⋅⋅=-=-=

↑↓++⋅++

明显的不同：复杂反应，多种途径，难以描述。

呼吸商（RQ ）： 在一定时间内放出的二氧化碳量和消耗的氧气量（量为物质的量）之比。

绝对速率和比速率

绝对速率:指单位时间，单位反应体积某一组分的变化量。

比速率:指以单位浓度细胞（或单位质量）为基准而表示的各个组分的速率。 Gaden 根据产物生成速率与细胞生长速率之间的关系，将产物形成动力学分为那三种类型？并简述之。 （1）相关模型 （2）部分相关模型 （

3）非相关模型 限制性底物：某种底物浓度的增加会影响生长速率, 而其它营养组分浓度的变化对生长速率没有影响作用，这种底物称限制性底物。

无抑制的细胞生长动力学（减速期,指数期）monod 方程：

第3章

影响固定化酶动力学的因素有：空间效应（包括构象效应和位阻效应）、分配效应（包

括亲水效应、疏水效应和静电效应）和扩散效应（包括外扩散效应和内扩散效应）。

构象效应：在固定化过程中，由于存在着酶和载体的相互作用从而引起酶的活性部位发生

某种扭曲变形，改变了酶活性部位的三维结构，减弱了酶与底物的结合能力。

分配效应（微环境效应）：当固定化酶处在反应体系的主体溶液中时，反应体系成为固液

非均相体系。由于固定化酶的亲水性、疏水性及静电作用等引起固定化酶载体内部底物或产

22/()

1

O X O OUR OUR r Y

μ===

2O X X

耗氧速率q c c

物浓度与溶液主体浓度不同。

影响内扩散有效因子的主要因素有：颗粒粒度，颗粒活性，孔隙率、孔径

以及反应温度

丹克莱尔数（Da ）、梯勒模数（φ）、Biot 数：

表观梯勒模数：

对零级反应动力学

第4章

操作模型得到的主要结果

1. 什么叫BSTR ，CSTR ，CPFR ，请根据物料衡算写出其操作模型方程，即反应时间与反应速率的关系方程。

BSTR:间歇操作反应器（分批操作的搅拌槽式反应器）

t t t r b =+()

R r b V F t t =+0

s s c S s

R S r c s

dn dc V r t dt r =-⇒=-⎰12

)0

s si E r R =

=速率无外扩散影响时的反应反应速率有外扩散影响时的实际ηS si

R R η=

颗粒内的实际有效反应速率

＝颗粒内部与外表面浓度相同时的反应速率2()S

P P e Si

R V S D c Φ=