生物反应工程原理作业答案
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。
20084生物反应工程A答案05级标准
考试方式：闭卷太原理工大学《生物反应工程》A 试卷答案适用专业：05级生物工程 考试日期： 2008-4- 时间： 120 分钟 共 6页一．名词解释（每题3分,共30分)1. 固定化酶的位阻效应答：是载体的遮蔽作用（如载体的空隙大小、固定化位置或方法不当）给酶的活性中心或调节中心造成空间障碍，使底物和效应物无法与酶接触等引起的。
2. 单细胞微生物的世代时间 答：细胞两次分裂之间的时间。
3. 生物需氧量答：一般有机物可被微生物所分解，微生物分解水中有机物需消耗氧，所消耗水中溶解氧的总量称为生物需氧量，为环境监测指标。
4. Y ATP答：消耗1摩尔ATP 所获得的干菌体克数，g/mol.5. 微生物生长动力学的非结构模型答：不考虑细胞结构，每个细胞之间无差别，即认为细胞为单一成分。
这种理想状态下建立起来的动力学模型称为非结构模型。
6. 恒浊法答：指预先规定细胞浓度，通过基质流量控制以适应细胞的既定浓度的方法。
7. k L a答：体积传质系数，1/s8. 牛顿型流体9. 答：剪切力与切变率比值为定值或剪切力与速度梯度成正比时称为牛顿型流体。
10.临界溶氧浓度答;指不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。
11.非均衡生长12.答：随着细胞质量的增加，菌体组成如蛋白质、RNA 、DNA 、细胞内含水量等的合成速度不成比例，这种生长称为非均衡生长。
二．判断题 （每题2分，共30分）1. 米氏方程中饱和常数的倒数1/K s 可表示酶与底物亲和力的大小。
它的值越大，表示酶与底物亲和力越大。
（√ ）2. 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。
（ √）3. 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。
（√ ）4.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。
(完整word版)生物反应工程原理
1.微生物反应与酶促反应的主要区别？答：微生物反应与酶促反应的最主要区别在于，微生物反应是自催化反应，而酶促反应不是。
此外，二者还有以下区别：（1）酶促反应由于其专一性，没有或少有副产物，有利于提取操作，对于微生物反应而言，基质不可能全部转化为目的产物，副产物的产生不可避免，给后期的提取和精制带来困难，这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。
（2）对于微生物反应，除产生产物外，菌体自身也可是一种产物，如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时，可用于提取这些物质。
（3）与微生物反应相比，酶促反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制。
微生物反应是利用活的生物体进行目的产物的生产，因此，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞因素的影响，并且微生物会发生遗传变异，因此，实际控制有一定难度。
（4）酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应过程，与微生物反应相比，在经济上有时并不理想。
微生物反应是生物化学反应，通常是在常温、常压下进行；原料多为农产品，来源丰富。
（5）微生物反应产前准备工作量大，相对化学反应器而言，反应器效率低。
对于好氧反应，需氧，故增加了生产成本，且氧的利用率不高。
（6）相对于酶反应，微生物反应废水有较高BOD值。
2. 何为连续培养的稳定状态？当时，一定是微生物连续培养的稳定状态吗？答：连续培养是将细胞接种于一定体积的培养基后，为了防止衰退期的出现，在细胞达最大密度之前，以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基；与此同时，含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出，以保持培养体积的恒定。
连续培养的稳定状态时，此时反应器的培养状态可以达到恒定，细胞在稳定状态下生长。
在稳定状态下细胞所处的环境条件如营养物质浓度、产物浓度、pH值可保持恒定，细胞浓度以及细胞比生长速率可维持不变。
稳定状态可有效的延长分批培养中的对数生长期。
理论上讲，该过程可无限延续下去。
细胞很少受到培养环境变化带来的生理影响，特别是生物反应器的主要营养物质葡萄糖和谷氨酰胺，维持在一个较低的水平，从而使他们的利用效率提高，有害产物积累有所减少。
生物反应工程习题
1-6试根据下列实验数据确定r max、K m和K I值，并说明该酶反应是属于竞争性抑制还是属于非竞争性抑制。
r S0 / (^mol/(L・min))1-7 某一酶反应K m=4.7x10-5 mol/L, r max=22 p mol/(L・min), c S=2x10-4 mol/L，C[=5x10-4 mol/L，K1=5x10—5 mol/L。
试分别计算在竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。
1-8 Eadie测量了存在和不存在某种抑制剂情况下乙酰胆碱在某酶作用下进行水解反应的初始速率，数据如下：(1)判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性？(2)用L-B法求在有抑制剂存在时的动力学参数。
1-10 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 方程中的的参数K m=6.7x10-4 mol/L，r^「3x10-7 mol/(L.min)。
对该反应，半孚1 糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。
当c S0=2x10-5 mol/L，q0=1x10-5 mol/L 时，测得反应速率r SI =1.5x10—9 mol/(L.min)。
试求K*m 和K I的值。
第二章习题2-1 以葡萄糖为底物进行面包酵母的培养，其反应方程式可用下式表达。
C6H12O6+ 3O2 + a NH3 ― b C6H10NO3 （酵母）+ c H2O + d CO2试求其计量关系式中的系数a、b、c和d。
2-2 在需氧条件下，以乙醇为底物进行酵母生长的反应式可表示为：C2H5OH + a O2 + b NH3 - c CH1 704N0 149O0 408 + d CO2+ e H2O试求：（1）当RQ=0.66 时，a、b、c、d和e的值；（2）确定Y XX/S 和Y X/O 值。
2-3 通过微生物混合需氧培养以进行苯甲酸的降解反应表示 为：C H COOH + a O + b NHc C H NO +d H O +e CO试求：（1）当 RQ=0.9 时，a 、b 、c 、d 和 e 的值；（2）确定 Y X/S 和Y X/O 值；（3）求底物和细胞的还原度。
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。
生物反应工程习题精解
试根据稳态假设，求其速率方程式。 解：由题意可知：
rs = k4CES dC ES = k+1CE CS − k−1CES − k+2CES CS + k−2CSES + K +3CES = 0 dt dCSES = k C C − k C − k C = 0 +2 ES S −2 SES +2 SES dt C = C + C + C E ES SES E0
k + 2 & k − 1说 明 中 间 产 物 分 解 速 率 远 小 于 中 间 产 物 分 解 为 产 物 的 速 率 那么限制步骤在于中间产物的生成 ∴ 总 反 应 速 率 rs = k + 1C S C E
2.4 一分 批 进行的均相酶催化反应，底物的 初始 浓度为 3 × 10-5mol/l,Km=1 × 10-3mol/l,,经过 2min 后，底物转化了 5% ，假定该反应符合 M-M 方程，试问当
2.3 某酶催化反应机理式为
k+2 +1 !!! " E + S #!! →E + P ![ ES ] k
−1
k
若假定上述反应机理式中，k+1<<k+2 , k-1<<k+2 ,试推导其速率方程。 解： ∵ k + 2 & k + 1说 明 中 间 产 物 产 生 速 率 远 小 于 中 间 产 物 分 解 为 产 物 的 速 率
由上述方程组可推出：
⇒ CSES =
k+2 CES CS = KCES CS k−2 + k+3
4
生物反应工程答案
生物反应工程答案【篇一：生物反应工程原理习题答案(部分)贾士儒版】monod 方程建立的几点假设是什么？monod 方程与米氏方程主要区别是什么？答： monod方程建立的基本假设：微生物生长中，生长培养基中只有一种物质的浓度（其他组分过量）会影响其生长速率，这种物质被称为限制性基质，并且认为微生物为均衡生长且为简单的单一反应。
monod 方程与米氏方程的主要区别如下表所示：monod 方程与米氏方程的区别5．举例简要说明何为微生物反应的结构模型？答：由于细胞的组成是复结的，当微生物细胞内部所含有的蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸、维生素等的含量随环境条件的变化而变化时，建立起的动力学模型称为结构模型。
8.缺9．在啤酒酵母的生长试验中，消耗了0.2kg 葡萄糖和0.0672kgo2，生成 0.0746kg 酵母菌和0.121kgco2，请写出该反应的质量平衡式，计算酵母得率yx/s 和呼吸商 rq。
解：假设反应的质量平衡式为：10.微生物物繁殖过程中分裂一次生成两个子细胞，也有 4 分裂或 8分裂的，试证明当 n分裂时，有如下式子：td/t g= ln 2/ lnn ，式中： td 为倍增时间，tg为世代时间。
13.缺15.缺第五章复习题第三章复习题4.解5．【篇二：生物反应工程习题】1. 名词解释：生物工程；生化工程生物技术（biotechnology）又称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段，对生命有机体在分子水平、细胞水平、组织水平、个体水平进行不同层次的创造性设计和改造，使之能定向组建具有特定性状的新物种或新品系，从而造福人类的现代应用技术。
（百度定义：应用生命科学及工程学的原理，借助生物体作为反应器或用生物的成分作工具以提供产品来为社会服务的生物技术。
包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程等。
）：（①生物技术是一门多学科、综合性的科学技术；②过程中需要生物催化剂的参与；③其最终目的是建立工业生产过程或进行社会服务。
生物反应工程习题
1-6 试根据下列实验数据确定r max、K m和K I值，并说明该酶反应是属于竞争性抑制还是属于非竞争性抑制。
1-7 某一酶反应K m=4.7×10-5mol/L，r max=22 μmol/(L·min)，c S=2×10-4 mol/L，c I=5×10-4 mol/L，K I=5×10-5 mol/L。
试分别计算在竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。
1-8 Eadie测量了存在和不存在某种抑制剂情况下乙酰胆碱在某酶作用下进行水解反应的初始速率，数据如下：（1）判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性？（2）用L-B法求在有抑制剂存在时的动力学参数。
1-10 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方程中的的参数K m=6.7×10-4 mol/L，r max=3×10-7 mol/(L·min)。
对该反应，半乳糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。
当c S0=2×10-5mol/L，c I0=1×10-5 mol/L时，测得反应速率r SI=1.5×10-9mol/(L·min)。
试求K*m 和K I的值。
第二章 习题2-1 以葡萄糖为底物进行面包酵母的培养，其反应方程式可用下式表达。
612623610322C H O + 3O + NH C H NO () + H O + CO a b c d →酵母试求其计量关系式中的系数a 、b 、c 和d 。
2-2 在需氧条件下，以乙醇为底物进行酵母生长的反应式可表示为：2523 1.7040.1490.40822C H OH + O + NH CH N O + CO + H Oa b c d e →试求：（1）当RQ=0.66时，a 、b 、c 、d 和e 的值；（2）确定Y X/S 和Y X/O 值。
生物反应工程原理 第三版 课后答案
简答题1、说明动物细胞培养反应器中流体剪切力的主要来源？P210主要来源为：机械剪切力、气体搅拌剪切力2、说明固定化酶反应的Φ模数的物理意义，它与那些变量与参数有关？ P103Φ = 表面浓度下的反应速率 / 内扩散速率= 最大反应速率的特征值 / 最大内扩散速率的特征值 一级反应：e1V P P1D k S V =Φ Φ1 = Φ1 (V P ，S P ，k V1，D e ) Φ与内扩散速率、反应速率、内扩散阻力、对反应速率的限制程度、有效因子η等有关，而内扩散的有效因子又和颗粒粒度、颗粒活性、孔隙率、孔径、反应温度等有关3、哪些传递过程特性与流体流动的微观效应有关？P223，P298 7-30，PPT P1图4、从反应器内物料混合的角度说明反应器放大过程中传递过程特性的变化？ P235有流体流变特性、流体剪切作用、传质特性、氧的传递、质量传递5、说明生物反应器中对流体剪切力的估计参数有哪些？P210通过混合，可使反应器中物料组成与温度、pH 分布更趋于均匀，可强化反应体系的传质与传热，使细胞或颗粒保持悬浮状态(1) 宏观混合：机械搅拌反应物流发生设备尺寸环流，物料在设备尺度上得到混合，对连续流动反应器即为返混(2) 微观混合：物料微团尺度上的混合，反映了反应器内物料的聚集状态6、生物反应器操作选择补料分批培养的理由有哪些？P131，P177(1) 积分剪切因子 I ．SF = ΔμL / Δx = 2πNd / (D -d) (2) 时均切变率 γave(3) 最小湍流漩涡长度λ7、说明临界溶氧浓度的生理学意义？P62，P219补料分批操作的特点是：可调节细胞反应过程环境中营养物质的浓度，一方面可避免某些营养成分的初始浓度过高而出现底物抑制的现象；另一方面又可防止某些限制性营养成分在反应过程中被耗尽而影响细胞生长及产物形成。
同时还可解除产物的反馈抑制及葡萄糖的分解阻遏效应等。
故在细胞反应过程中，实施流加操作可有效对反应过程加以控制，以提高反应过程的水平。
反应工程名解及简答题
反应⼯程名解及简答题第0章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?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。
5. 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。
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。
1.2 简单酶催化反应动⼒学（重点之重点）详细介绍简单酶催化反应模型、快速平衡法、拟稳态法以及酶动⼒学参数的求取⽅法(重点为L-B法和E-H法）。
生物反应器试题库及答案
生物反应器试题库及答案一、选择题1. 生物反应器中，细胞培养的目的是（）。
A. 提取细胞B. 生产代谢产物C. 获得细胞产物D. 所有上述选项答案：D2. 生物反应器中，细胞悬浮培养的主要优点是（）。
A. 易于放大B. 易于控制C. 易于操作D. 所有上述选项答案：D3. 在生物反应器中，细胞培养基的组成通常包括（）。
A. 碳源B. 氮源C. 无机盐D. 所有上述选项答案：D4. 生物反应器中，细胞生长的控制因素不包括（）。
A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 重力答案：D5. 生物反应器中，细胞代谢产物的分离和纯化不包括以下哪一项（）。
A. 细胞破碎B. 代谢产物提取C. 代谢产物纯化D. 细胞培养答案：D二、填空题1. 生物反应器是利用______作为生物催化剂，进行______生产的一种装置。
答案：生物体、生物制品2. 生物反应器的设计需要考虑的因素包括______、______、______、______等。
答案：温度、pH值、氧气供应、营养物质供应3. 在生物反应器中，细胞生长的控制可以通过调节______、______、______等参数来实现。
答案：温度、pH值、氧气供应4. 生物反应器中，细胞培养基的类型包括______、______、______等。
答案：合成培养基、天然培养基、半合成培养基5. 生物反应器中，细胞代谢产物的分离和纯化过程包括______、______、______等步骤。
答案：细胞破碎、代谢产物提取、代谢产物纯化三、简答题1. 简述生物反应器在生物技术中的重要性。
答案：生物反应器是生物技术中的核心设备之一，它提供了一个可控的环境，用于细胞的生长和代谢产物的生产。
通过精确控制反应器内的条件，可以优化细胞的生长速率和代谢产物的产量，从而提高生产效率和降低成本。
此外，生物反应器还可以用于研究细胞的生理和代谢特性，为生物技术的发展提供理论基础。
2. 描述生物反应器中细胞悬浮培养的主要特点。
生物反应工程第二章作业
生物反应工程第二章2-4.下面是Monod在其发表论文时提供的另一组有关在乳糖溶液中进行菌种分批培养时得到的实验数据：试根据上述数据，按Monod方程确定其动力学参数。
序号△ t/h Cs/(g/L) Cx/(g/L)△Cx平均Cx1/Cs X 10A3 平均Rx平均Cx/Rx1 0.52 158 15.8 22.8 7 19.3 6.329113924 13.46154 1.4337142 0.38 124 22.8 29.2 6.4 26 8.064516129 16.84211 1.543753 0.32 114 29.2 37.8 8.6 33.5 8.771929825 26.875 : 1.2465124 0.37 94 37.8 48.5 10.7 43.15 10.63829787 28.91892 1.4921035 0.36 25 48.5 59.6 11.1 54.05 40 30.83333 1.7529736 0.37 19 59.6 66.5 6.9 63.05 52.63157895 18.64865 3.3809427 0.38 2 66.5 67.8 1.3 67.15 500 3.421053 :19.62846平均Rx= △ CX t平均Cx/Rx=Ks/ max(1/Cs)+1/ 卩max251/Cs*10A32-4.平均Cx/Rx-1/Cs 关系作图可得：卩max=0・97山八-1)Ks=36(g/h)0 5 02 11600100 200 300 400 5002-5•得：⑴口 max =0・299山八-1)K s =0 ・269(g/h)(2) Y x/s =(C xt -C xo )/(C so -C st )=0.65(3) t d =ln2/ 卩 max =0・693/0・299=2.318(h)2-6 •在一连续操作的机械搅拌实验反应器中用乳糖培养大肠杆菌，该 反应器体积为1L ，加入乳糖的初试浓度为 Cs0=160mg/L 。
2013四川大学生物反应工程练习题及部分解答
2013四川大学生物反应工程练习题及部分解答化工学院一、动力学基础1.为什么pH值会影响酶反应的速度？解释温度对酶反应的影响。
答：pH----酶分子上有许多酸性和碱性的氨基酸侧链基团，如果酶要表现活性，则这些基团必须有一定的解离形式。
随着pH的变化，这些基团可处在不同的解离状态，而具有催化活性的离子基团仅是其中的一种特定的解离形式，因而随着pH的变化，具有催化活性的这种特殊的离子基团在总酶量中所占的比例就会不同，使酶所具有的催化能力也不同，最终影响酶反应的速度。
温度----酶大部分是由蛋白质组成的，而酶在起作用时一般需要一个结合位点和催化位点，这些位点的性能高低与酶本身结构有关，而酶的结构又受到温度的影响。
在较低温度范围内，反应活性随温度的升高而升高；当温度超过酶所允许的生理温度以上时，则随着温度的提高，酶的热变性失活速率会加快，导致酶的活性下降，故酶催化反应速率亦随温度的升高而降低。
*影响酶反应速率的因素：1）内部因素：酶的结构特定，底物的结构特性；2）外部因素：各种物质的浓度（如酶的浓度、底物的浓度、抑制剂的浓度等）和操作条件（如温度、压力、离子强度、pH等）。
2.固定化酶外扩散的有效因子主要受哪些因素的影响？3.什么叫细胞的倍增时间？它与细胞生长速度有何关系？答：分批培养时，在指数生长期内，细胞浓度增加一倍所需的时间。
倍增时间t=ln2/µmax ，为定值。
（个人认为与细胞生长速度无关）4.请解释什么是酶的半衰期。
答：在一不含底物、产物、抑制剂或调节剂的完全封闭体系，活性酶经过一不可逆的结构变化或化学变化而成为一无活性状态，当活性酶浓度变为初始活性酶浓度一半时所需的时间，称为酶的半衰期。
5.什么叫固体催化剂颗粒的临界半径和最大颗粒半径？答：对仅有内扩散限制的球形生物催化剂的零级反应，有临界半径Rc ：无底物的最大核半径（在r<Rc 处无底物存在，也无反应发生）。
有最大颗粒半径Rmax ：（当r ＝0时，CS ＝0对应的最大颗粒半径，即Rc ＝0）。
2008-4生物反应工程A答案05级(标准 )
12.答：随着细胞质量的增加，菌体组成如蛋白质、RNA、DNA、细胞内含水量等的合成速度不成比例，这种生长称为非均衡生长。
二．判断题（每题2分，共30分）1. 米氏方程中饱和常数的倒数1/Ks可表示酶与底物亲和力的大小。
它的值越大，表示酶与底物亲和力越大。
（√）2. 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。
（√）3. 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。
（√）4.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。
（×）5. 在酶促反应中，不同的反应时间就有不同的最佳反应温度。
（√）6. 固定化酶的分配系数Kp＞1,表示固定化酶固液界面外侧的底物浓度大于内侧的底物浓度。
（×）7. 微生物反应是自催化反应，即在目的产物生成的过程中生物自身要生长繁殖。
（√）8. Monod方程属于微生物生长动力学确定论的结构模型。
（×）9. 按产物生成速率与细胞生成的关系，次级代谢物的生成属于相关模型。
（×）10. 在微生物反应器的分批操作中，与其它操作方式相比，易发生杂菌污染。
（×）11. 流加操作的优点之一是可任意控制反应器中的基质浓度。
（√）12. 连续式操作一般适用于大量产品生产的场合。
（√）13. 在单级连续培养中，一般由于[Sin ]＞＞Ks，所以根据Monod方程可以认为Dcri≈μmax。
（√）14. 在连续培养中，如果一种杂菌进入反应器，它的比生长速率小于培养所使用菌的比生长速率，那么杂菌可被洗出。
（√）15. 动物细胞的培养方式有悬浮培养和贴壁培养两种方式。
（√）三．推证题（每题5分，共20分）（只要每步推导正确，最后得证即可得分）1. 利用稳态法建立非竞争性抑制动力学方程。
生物反应工程第三章答案
第3章 固定化酶催化反应过程动力学一、基本内容：酶的固定化是为了解决游离酶分子在催化反应过程中不易回收、稳定性差、操作成本太高而采用的一种方法。
酶固定化后必然会对其催化反应动力学有一定的影响。
因此，本章主要分析来阐明固定化酶与游离酶催化反应动力学的区别，并对重要的扩散效应进行了详尽的研究。
1、固定化酶是通过物理或化学方法，将游离酶转变成为在一定空间内其运动受到完全约束、或受到局部约束的一种不溶于水，但仍具有活性的酶。
主要优点有：易于分离、可反复使用、增加稳定性、提高机械强度、便于生产连续化和自动化、降低酶催化反应操作成本等。
2、酶的固定化方法有：吸附法、包埋法、共价法、交联法。
每种固定化方法均有利有弊，要根据实际情况进行选择。
3、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）。
不同因素对酶动力学影响结果见下图：游离酶固定化酶改变的本征速率和动力学参数固有速率和动力学参数宏观速率和动力学参数本征速率和动力学参数空间效应分配效应扩散效应4、固定化酶催化反应外扩散效应。
固定化酶与溶液中底物反应过程包括三步：（1）底物从液相主体扩散到固定化酶表面；（2）底物在固定化酶表面进行反应；（3）产物从固定化酶表面扩散到液相主体。
其中酶催化反应速率可由M －M 方程表示max SiSi m S r C R K C =+0()S Si i；底物由液相扩散到催化剂表面速率可表示为Sd L R k a C C =−。
在稳态时，应存在Si Sd R R =，即max 0()SiL S Si m S r C k a C C K C −=+i。
5、固定化酶催化反应外扩散效应影响下反应速率的求解。
主要包括两个方面：由表面浓度C Si 求解和由有效因子E η求解。
（1）表面浓度C Si 求解。
由式max max00max 0002()10Si SiL S Si S Si m Si L m SiSi m S S S L S SS S Sr C r C k a C C C C K C k a K C C K r C K C C k aC C C C K C K C −=⇒−=++−⇒+引入＝，＝，定义Da=可得：＝Da +（＋Da-1）＝S K −Da-1当a>0时，取“＋”号，当a<0时，取“-”号。
生物反应工程试题 及答案
一、基本概念(8分)返混：酶的固定化技术：能量生长偶联型：有效电子转移：二、写出下列概念的数学表达式(8分)停留时间：稀释率：转化率：Da准数：外扩散效率因子：菌体得率：产物生成比速：菌体得率常数：三、判断题(8分)1、竞争性抑制并不能改变酶促反应的最大反应速率。
( )2、Da准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一准数，Da准数越大，外扩散效率越高。
( )3、流加培养达到拟稳态时，D=μ。
( )4、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内基质浓度为零。
( )5、连续培养微生物X过程中，污染了杂菌Y，若μX>μY，则杂菌Y不能在系统中保留。
( )四、图形题（12分）图1为微生物生长动力学1/μ~1/S曲线，指出曲线Ⅰ、Ⅱ中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑制情况。
图2为产物的Lueduking and Piret模型，指出曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代表的产物类型。
图1图2曲线Ⅰ：曲线Ⅰ：曲线Ⅱ：曲线Ⅱ：曲线Ⅲ：图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率D crit和最大生产强度下的稀释率D m。
图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？ⅠⅡ1/μⅠⅡXDX图3 图4五、简答题（24分）1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么？2、影响固定化酶促反应的主要因素有哪些？3．举例说明连续培养的应用？4．CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。
六、计算题（40分）1．以葡萄糖为限制性基质，在稀释率D = 0.08 (1/h)条件下，连续培养Candida utilis，建立了化学平衡式，结果如下，求菌体得率Y X/S。
（4分）0.314C6H12O6+0.75O2+0.19NH3CH1.82N0.19O0.47 +0.90CO2 +1.18H2O2．以葡萄糖为唯一碳源，在通风条件下连续培养Azotobacter vinelandii，从实验数据中求得维持常数m=0.9×10-3mol/g.h，菌体得率常数Y G=54g/mol。
生物工程 通风搅拌反应器习题参考答案
第1，2章通风搅拌反应器一、单项选择题1、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前___C___，以确保安全。
A.应该安装截止阀B.应该安装安全阀C.应该安装止回阀D.不应该安任何阀门2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般___A___反应器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。
A.小于一个或等于一个B.大于一个小于两个 D.等于两个C.以上答案都不对3、塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 B 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。
A. 蒸气B. 酒精C. 冷凝水D. 热水4、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用_____C_____。
A.圆盘平直叶涡轮搅拌器B.螺旋浆式搅拌器C.无搅拌器D.锚式搅拌器5、气升式发酵罐的优点是无需 B 。
A. 空气过滤系统B. 搅拌器C. 空气喷嘴D. 罐外上升管6．机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器的输出功率应是：( A ) A．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所下降B．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所上升C．与有无空气无关，输出功率在通风前后保持不变D．通入无菌空气后与通入无菌空气前相比，有时上升，有时下降7．对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径：( C ) A．与通风量有关，与空气喷嘴直径有关B．与通风量无关，与空气喷嘴直径有关C．与通风量有关，与空气喷嘴直径无关D．与通风量无关，与空气喷嘴直径无关8. 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。
A.空气过滤系统B.搅拌器C.空气喷嘴D.罐外上升管二、多项选择题1、由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封头选用__ABC_____封头。
A.锥形B.椭圆C.蝶形D.球形2、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是__ACD___。
A.提高醪液湍流程度，有利于传质B.增加发酵罐罐壁的机械强度C.改变液流方向，由径向流改变为轴向流D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率3、气升式发酵罐的特点有BDA. 高径比(H/D)比机械搅拌通风发酵罐的小B. 无需机械搅拌C. 无需空气压缩机D. 溶氧速率较高4、圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用ABC 与啤酒发酵醪进行热交换。
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简答题1、说明动物细胞培养反应器中流体剪切力的主要来源？P210主要来源为：机械剪切力、气体搅拌剪切力2、说明固定化酶反应的Φ模数的物理意义，它与那些变量与参数有关？ P103Φ = 表面浓度下的反应速率 / 内扩散速率= 最大反应速率的特征值 / 最大内扩散速率的特征值 一级反应：e1V P P1D k S V =Φ Φ1 = Φ1 (V P ，S P ，k V1，D e ) Φ与内扩散速率、反应速率、内扩散阻力、对反应速率的限制程度、有效因子η等有关，而内扩散的有效因子又和颗粒粒度、颗粒活性、孔隙率、孔径、反应温度等有关3、哪些传递过程特性与流体流动的微观效应有关？P223，P298 7-30，PPT P1图4、从反应器内物料混合的角度说明反应器放大过程中传递过程特性的变化？ P235有流体流变特性、流体剪切作用、传质特性、氧的传递、质量传递5、说明生物反应器中对流体剪切力的估计参数有哪些？P210通过混合，可使反应器中物料组成与温度、pH 分布更趋于均匀，可强化反应体系的传质与传热，使细胞或颗粒保持悬浮状态(1) 宏观混合：机械搅拌反应物流发生设备尺寸环流，物料在设备尺度上得到混合，对连续流动反应器即为返混(2) 微观混合：物料微团尺度上的混合，反映了反应器内物料的聚集状态6、生物反应器操作选择补料分批培养的理由有哪些？P131，P177(1) 积分剪切因子 I ．SF = ΔμL / Δx = 2πNd / (D -d)(2) 时均切变率 γave(3) 最小湍流漩涡长度λ7、说明临界溶氧浓度的生理学意义？P62，P219补料分批操作的特点是：可调节细胞反应过程环境中营养物质的浓度，一方面可避免某些营养成分的初始浓度过高而出现底物抑制的现象；另一方面又可防止某些限制性营养成分在反应过程中被耗尽而影响细胞生长及产物形成。
同时还可解除产物的反馈抑制及葡萄糖的分解阻遏效应等。
故在细胞反应过程中，实施流加操作可有效对反应过程加以控制，以提高反应过程的水平。
8、说明得率系数的实质，它与哪些条件有关？P42对于好氧微生物细胞反应，微生物细胞对于氧有一个最低的要求，将能满足微生物呼吸的最低氧浓度称为“临界溶氧浓度”，用C OL,C表示。
当溶氧浓度C OL值较低时，即C OL < C OL,C，氧的比消耗速率q O2则随C OL的升高而近似线性递增，细胞生长速率与溶氧浓度的关系可近似看作一级动力学关系，细胞生长将受氧浓度限制的影响；当C OL > C OL,C时，此时q O2不再随着COL的变化而变化，q O2 = q O2，max，细胞生长速率与溶氧浓度无关。
故对于好氧微生物细胞反应，为了消除氧限制的影响，应要求将反应液中溶氧浓度的水平控制在其临界值以上。
9、对半连续操作方式，Gaden III类反应器是否合适？P70GadenIII分类为非生长得率型产物，即生成产物与细胞生长无直接关系，产物为次级代谢产物，而半连续操作可以得到高密度细胞，可延长细胞生长稳定期的时间，适合次级代谢产物合成的特点，以提高其产量，所以该反应器适合。
10、举例说明应用生物反应工程的研究方法及原理？P162有：CSTR与膜过滤组合的细胞循环系统，对废水的生物处理系统。
原理：该过程由于活性污泥的沉降性能很好，很容易利用沉降的方法，将待处理水中的污泥进行浓缩，再返回反应器(曝气池)中，通过活性污泥大量循环的方法，来保持曝气池中的活性污泥浓度，解决了要求的废水处理量远大于活性污泥的比生长速率矛盾，这样既可以增加反应器的处理能力，又可以提高处理水的质量。
11、可以实现拟稳态的操作方式有哪些？PPT有：补料分批操作中的恒速流加，反复补料分批培养，反复流加，连续式操作。
12、说明动物细胞培养反应器的设计原理？PPT该反应器配有搅拌桨，其目的是为了混合均匀。
此外，反应器模拟了体内生长环境，在无菌、适温及丰富的营养条件下，使细胞生长高密度、大规模培养。
13、说明固定化酶反应的Da准数的物理意义，它与哪些变量与参数有关？P91D a = 最大反应速率/ 最大传质速率D a = r max / (k La cζo)D a值可作为判断外扩散控制或反应控制的参数，D a = D a(r max，k La，cζo)14、说明由最小湍流漩涡长度判断剪切力对细胞造成损伤的原理。
机械搅拌反应器中流体剪切力是否会对微生物细胞造成损伤？P213在湍流条件下，流体的剪切作用与细胞所处环境的速度分布有关，导致细胞死亡与具有一定速度分布的漩涡的相对大小有关。
当漩涡尺寸大于细胞尺寸时，细胞会随着流体一起运动，此时流体的流线与细胞的流线之间速度差很小，细胞受到的剪切力较小，若漩涡尺寸小于细胞尺寸，细胞受到较大的剪切力，进而受到损伤，而微生物有细胞壁的保护一般不会受损。
15、说明本征（微观）动力学和宏观动力学的概念。
影响宏观动力学速率的因素有哪些？P4 下方(1)本征动力学又称为微观动力学，在无传递等工程因素影响时，生物反应固有的速率。
该速率除了反应本身的特性之外，只与各反应组份的浓度、温度、催化剂以及溶剂的性质有关，而与传递因素无关。
(2)反应器动力学又称为宏观动力学，在一反应器内所观测得到的总反应速率，其影响因素有：反应器的形式与结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传热等。
16、说明反馈控制的概念，有哪些操作方式使用这种控制方式？P185在反馈控制流加中，常采用便于检测的参数来推测细胞的浓度或者产物的积累，或者求出与细胞活性或代谢相关的参数，如耗氧速率以及呼吸商等，进而对细胞反应过程进行调节和控制。
有：补料分批流加操作、连续操作等。
17、说明空时与空速的概念，它们与反应速率的关系如何？P133 及PPT若反应器体积为V R，物料流入反应器的体积流量为F，平均停留时间τ=V R / F，又称为空间的时间，简称为空时。
Τ越小，表示反应器处理物料的能力越大，τ的倒数τ-1成为空间速度，常以S v = τ-1 = F / V R来表示反应器体积单位时间内所处理的物料量，空速越大，反应器处理能力也越大。
18、以M-M动力学为例，说明如何按空时最小化原则进行反应器的设计？P144∵ τm = V R / F = (c s-c s0) / r s，r s = r max c s / (k s+c s)∴ τm = (c s0-c s)(k s+c s) / r max c s计算题1、推导CSTR 的空时计算式 τ = (c x -c x0) / r x P143-144xx x R m xR x x x R x x x R r c c F V r V c c F r V c c F d c V 000)(0)(d -==∴=-∴=+-=ττ其中，r x 为c x 的函数。
2、推导P185的pH 恒定法流加的加料特性式 (4-312) P185BS OH OH sf sf B S S X B X s x sf sf x SX B x OH OH X B X fs S X f OH B X B S F F c c c c F F Y Y r r c c c Y F r c c c Y c Y c Y F F =--=∴=-==-==0000,////,/,/3、已知底物抑制酶反应，r max = 2.2 mol/(L·min)，K m = 4.7×10-2 mol/L ，K SI = 0.3 mol/L ，加料流量F = 100 L/min ，进料底物浓度c S0 = 0.473 mol/L ，转化率x S = 0.90(1) 设计一个CSTR+CPFR 系统，计算其中CSTR 的最小反应器体积(作图说明)(2) 如采用循环式CPFR ，试求出平推流反应器进口反应速率最大时的循环比P22 (1) L r c c F V F V r c c r c c lk k c c k c r r hC C C C C X ss s R R ss s s x x x SI SL s s m s ss S S S SS S 6.34023.1119.0-473.0100/mol 119.03.0107.4k c 023.1)3.00473.01(0473.0107.40473.02.2)/1(/mol 0473.090.0473.0473.0max 0max ,max ,m 2-m max ,s 2-max 0000=⨯=-=∴=-=-=∴=⨯⨯===÷+⨯+⨯⨯=++==∴=-=-=τ(2)F F F→ CSTR ，cs1 → CPFR →C s0 c s1 c sf4.94R 0.119R)100(10.0473100R 0.473100R)c F(1RF F R)(1SIcs ss r r=∴⨯+=⨯⨯+⨯∴+=++=+=F F F FF R4、某发酵过程，μ = 0.5C S / (2+C S ) (h -1)，C S0 = 50.0 g/L ，Y X/S = 0.6(1) 设在一定体积V 的单个CSTR 中进行稳态、无细胞死亡的操作，求临界稀释率D C 、最大细胞生产率r x,max 、最佳稀释率D opt 、底物转化率X S(2) 如采用以上最优加料速率，在反应器后再串联一个CSTR ，并使最后C S = 1g/L ，则求第2个反应器的有效体积(3) 如用反应器总体积V 的2个CSTR 串联系统，仍采用上述加料流量。
试计算双罐系统的临界稀释率，再证明双罐系统的第一罐的体积须大于0.83VP148 公式(1) D c = μmax c s0 / (k s +c s0)μ=μmax c s / (k s +c s )=0.5c s / (2+c s ) ∴μ=0.5，ks=2∴D c = 0.5×50÷(2+50)=0.481/h ，D opt = F/V R Lg c c c c L c k k D s s s s s s s /184.0x /g 84.0-5.04.02D -D k c h)10.08g/(L )2-250(0.50.6)k -k c (Y r 0.402/h )5022-(15.0)1(200s opt max opt s s122s s s0max X/S max 0max opt ==-==⨯==∙=+⨯⨯=+==+⨯=+-=μμμ (2) c x1 = c x0+Y X/S (c s0-c s1) = 25.2g/Lc x2 = c x1+Y X/S (c s1+c s2) = 29.4g/LY X/S = (c x -c x0) / (c s0-c s1) Y X/S = (c x2-c x1) / (c s1-c s2)τm2 = V R2 / F = (c x2-c x1) / r x2r x2 = μmax c s2c s2 / (k s +c s2)V R2 = F(c x2-c x1)/r x2由(1) D opt = F/V R1 = F/V ∴F = 0.4V∴V R1 = V V = 0.4V×(29.4-25.2) / 4.9 = 0.354V(3) D c = D c1 = D c2 =μmax c s0 / (k s +c s0)D 1 < D c <=> F / V R1 < 0.48/hV R1 > F/0.48 =0.4V×0.48 = 0.83V故可得证5、某动物细胞培养过程，若采用机械搅拌反应器，试确定最大允许的搅拌速度，所得的搅拌速度数值是否合理？若不合理，如何在此条件下避免细胞死亡？已知，细胞直径为20μm，培养液运动黏度ν= 10-6m2/s，密度ρ = 1000 kg/m3，反应器有效体积V R =2×10-3m3，搅拌器直径d = 0.07m，搅拌功率N P= 1.5P213-214令λ = 2μm = 2×10-5m由λ = (v3÷ε)1/4可知：ε= v3/λ4 = (10-6)3/(2×10-5)4 = 6.25m2/s3搅拌桨功率：p = ερd3 = 6.25×1000×0.073 = 2.144W由P = N pρc N3d5可得：N3 = P/(N pρc d5) = 2.144÷(1.5×1000×0.0755) = 850.4/sN = 17.05 rad/s = 1023r/min解得：N = 9.47/s = 568.5r/min不合理无气泡则合理，机械搅拌并非起剪切力的真正作用，若有气泡则降速可添加微载体，降低搅拌速度。