最新生化反应工程试题

（1）微生物的热阻：微生物对热的抵抗力称为热阻。是指微生物在某一特

定条件(主要是温度和加热方式)下的致死时间。表征不同微生物对热

抵抗能力强弱的指标。

（2）有效电子数：1摩尔碳源完全氧化时，所需的氧的摩尔数的4倍，称

为该基质的有效电子数。

（3）k L a ：以(C *-C)为推动力的体积溶氧系数(h -1)

（4）混合：指的是相同停留时间、不同空间位置的物料之间的一种以达到

均匀状态为目的过程。

（5）停留时间：指反应物料从进入反应器时算起，至离开反应器时为止所

经历的时间。）

（6）写出定义式：

细胞生长得率Yx/s=生成细胞的质量（干重）/消耗底物的质量

选择性 1.何为生化工程，生化工程的研究内容有哪些？

生化工程全称是生物化学工程（Biochemical Engineering)，是为生物

技术服务的化学工程。它是利用化学工程原理和方法对实验室所取得的生

物技术成果加以开发，使之成为生物反应过程的一门学科，是生物化学与

工程学相互渗透所形成的一门新学科。它应用工程学这一实践技术，以生

物体细胞（包括微生物细胞、动物细胞、植物细胞）作为研究的主角、生

物化学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，广泛而深刻地揭示了

生物工业的过程。所以生化工程是化学工程的一个分支，也是生物工程的

一个重要组成部分。

具体的研究内容：

① 原料预处理：即底物（酶催化反应中的作用物）或培养基(发酵过

程中的底物及营养物，也称营养基质)的制备过程，包括原料的物理、化学

加工和灭菌过程。

②生物催化剂的制备：生物催化剂是指游离或固定化的活细胞或酶，

微生物是最常用的活细胞催化剂，酶催化剂则从细胞中提取出来。

③生物反应的主体设备：即生物反应器，凡反应中采用整体微生物细

胞时，反应器则称发酵罐；凡采用酶催化剂时，则称为酶反应器。另还有

适用于动植物细胞大量培养的装置。

④生物化工产品的分离和精制：这一部分常称下游加工，是生化分离工程()

S S a P S sp p -=0

的主要内容。主要探讨生化工业中生物制品分离和纯化的工程技术，以及

生化分离过程中一些主要的分离单元操作和分离工程领域的新技术。

2 请采用稳态法推导米氏方程。

答：对单底物酶促反应 P S →，根据酶－底物中间复合物假说，其反应

机制可表示为：P E ES S E k k k +→⇔+-2

11

下面采用稳态法推导其动力学方程。

几点假设：

（1）C S >>C E ，中间复合物ES 的形成不会降低C S 。

（2）不考虑EP P E ⇔+这个可逆反应。

（3）C S >>C E 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

0=dt

dC ES 。 根据稳态法假设建立动力学方程：

ES C k r 2= 0211=--=-ES ES S E ES C k C k C C k dt

dC ES E E C C C +=0

解之，得

S S E C k k k C C k r ++=-1

2102 令02max E C k r =，121k k k K m +=

-

则S

m S C K C r r +=max 3 简述双膜理论的基本观点。

答：双膜理论的基本观点为：

(1) 在气液两个流体相间存在界面，界面两旁具有两层稳定的薄膜，

即气膜和液膜，这两层稳定的薄膜在任何流体动力学条件下，均呈滞流状

态；

(2) 在气液界面上，两相的浓度总是相互平衡，空气中氧的浓度与溶

解在液体中的氧的浓度处于平衡状态，即界面上不存在氧传递阻力。

(3) 在两膜以外的气液两相的主流中，由于液体充分流动，氧的浓度

基本上是均匀的，也就是说无任创传质阻力，因此，氧由气相主体到液相

主体所遇到阻力存在于两层滞流膜中。

4在某种水解酶的作用下葡萄糖-6-硫酸可以分解为葡萄糖和硫

酸。在一定的酶浓度下，测得M-M 方程中的参数Km=6.7×

10-4mol/l ，r max =3×10-7mol/(l ·min)。对该反应，半乳糖-6-硫酸是

一竞争性抑制剂。当C S =2×10-5mol/l ，C I =1×10-5mol/l 时，测得

反应速率r SI =1.5×10-9mol/(l ·min)。试求K mI 和K I 值。

解：由题意可得：

mol/L

1098.3102102103105.135

5

79max -----⨯=⨯+⨯⨯⨯=⨯+=mI mI s

I m s

SI k k C k C r r

mol/L

1002.21098.3)1011(107.6)1(73

54----⨯=⨯=⨯+⨯=+=I I I I m mI k K K C k k

5 乙醇为基质，好氧培养酵母，反应式为

O eH dCO O N cCH bNH aO OH H C 225.015.075.13252++→++

呼吸商6.0=RQ 。求系数a 、b 、c 、d 、e 。 解：已知6.0==a

d RQ 根据元素平衡式，有

C ： d c +=2

H ： e c b 275.136+=+

O ： e d c a ++=+25.021

N ： C b 15.0=

联立(1)~(5)式求解，得

a =2.394

b =0.085

c =0.564

d =1.436

e =2.634

所以，反应式为

O H CO O N CH NH O OH H C 225.015.075.13252634.2436.1564.0085.03944.2++→++ 6 采用合成培养基，在3

1m 生物反应器中进行大肠杆菌分批培养，菌体的

生长变化可利用Monod 方程描述，已知31m ax /71.0,935.0m kg K h S ==μ-，基质初始浓度为3/50m kg ，菌体

初始浓度kg kg Y m kg X S X /6.0,/1.0/30==（以细胞／基质计），求当

80％的基质已反应时所需时间。

解：根据菌体得率的定义

S

S X X Y S X --=00/