生物反应工程贾士儒试卷2

生物反应工程考试试卷（2004年4月）

班级姓名成绩

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？

Ⅰ

Ⅱ

1/μ

Ⅰ

Ⅱ

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？

X

DX

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 +1.18H2O

2．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。求氧的维持常数m o及氧对菌体的理论得率Y GO。（6分）

3、某种酶以游离酶形式进行酶促反应时所得动力学参数K m=0.06mol/L和r m=10mol/(L.min)。该酶在某种载体颗粒表面固定化后进行同一酶促反应，所得动力学参数K m´=0.10mol/L和r m´=8mol/(L.min)。求底物浓度为1mol/L时，该固定化酶的效率因子η。（6分）

4、推导底物抑制酶促反应动力学方程。（6分）

5初始浓度为0.1mol/m3麦芽糖在酶的作用下水解生成葡萄糖，底物流量F=0.002m3/s，转化率 =80%，反应符合米氏方程，r m=4.0×10-3mol/(m3.s)，K m=1.0mol/m3。求(1)采用PFR型酶反应器所需体积。（2）采用单级CSTR型酶反应器所需体积。（10分）

6、流加培养青霉菌中，为确保比生长速率μ=0.2h-1，按照指数式流加葡萄糖。菌体的生长可以用Monod方程表达，μm=0.30h-1，Ks=0.1kg/m3。流加开始时培养液体积V0=0.006m3，菌体浓度为X0=0.2kg/m3，菌体得率Y X/S=0.3kg/kg。求流加培养至20h时反应器内基质浓度和培养液体积，流加开始与20h时的流加速度。(8分)

生物反应工程试卷标准答案（2004年4月）

二、基本概念(8分)

返混：不同停留时间的物料的混合，称为返混。

酶的固定化技术：是指将水溶性酶分子通过一定的方式如静电吸附、共价键等与载体结合，制成固相酶的技术。

能量生长偶联型：当有大量合成菌体材料存在时，微生物生长取决于ATP 的供能，这种生长就是能量生长偶联型。

有效电子转移：是指物质在氧化过程中伴随着能量释放所进行的电子转移。

二、写出下列概念的数学表达式 (8分)

停留时间：f V =

τ 稀释率：V

F

D = 转化率：00S S S t

-=

χ或in out in S S S -=χ Da 准数：m

m N r Da = 外扩散效率因子：o out out r r =

η 菌体得率：dS

dX

Y S X -=/ 产物生成比速：Xdt

dP

Q P = 菌体得率常数：G G dS dX Y )(-=

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：竞争性抑制曲线Ⅰ：部分生长偶联型

曲线Ⅱ：无抑制曲线Ⅱ：生长偶联型

曲线Ⅲ：非生长偶联型

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？

图3 图4

若S

Ⅱ

1/μ

Ⅰ

Ⅱ

X

DX

S