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
Cx
1/Cs X 10A3 平均Rx
平均
Cx/Rx
1 0.5
2 158 15.8 22.8 7 19.
3 6.32911392
4 13.46154 1.433714
2 0.38 124 22.8 29.2 6.4 26 8.064516129 16.84211 1.54375
3 0.32 11
4 29.2 37.8 8.6 33.
5 8.771929825 26.875 : 1.246512
4 0.37 94 37.8 48.
5 10.7 43.15 10.63829787 28.91892 1.492103
5 0.3
6 25 48.5 59.6 11.1 54.05 40 30.83333 1.752973
6 0.3
7 19 59.6 66.5 6.9 63.05 52.63157895 18.64865 3.380942
7 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max
25
1/Cs*10A3
2-4.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 0
2 11
600
100 200 300 400 500
2-5?
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 。当采用不 同加料速度时，得到一下结果。
F/(L/h)
Cs/(mg/L)
Cx/(mg/L) 0.2 4
15.6
0.4 10 15 0.8
40 12 1
100
6
试求大肠杆菌生长的动力学参数。 解：由 FC x 二V R
「
x
卩=rx/Cx=F/V R 定义F/V R =D 称为稀释度,
作图 o 40
50 3
00 3
00cs
21/
o
5
R E 均平
1/D=Ks/ n max*1/Cs+1/ n max
1/Cs二卜max /Ks*(1/D)-1/Ks 经过数据处理得
作图
卜max =1?2山八-1)
Ks=20(mg/L)
2-7.
生物反应工程复习资料
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 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 P E ES S E k k k +→+?-2 1 1 P E ES +←ES S E ?+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES
生物反应工程复习 ()
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 S m C r K r r 111max max +=S C r 1~1Q P B A +→+P E ES +←ES S E ?+P E ES +→0=dt dC ES
生物反应工程原理
第一章生物工程导论 1.生化反应工程的概念 以生物反应动力学为基础，利用化学工程方法研究生物反应过程的一门学科。 2.生化反应工程研究对象 研究生物反应动力学反应器设计 3.生化反应特点 优点：反应条件温和设备简单同一设备进行多种反应通过改良菌种提高产量 缺点：产物浓度低，提取难度大废水中的COD和BOD较高前期准备工作量大菌种易变异，容易染杂菌 4.生化反应动力学 本征动力学：又称微观动力学，生化反应所固有的速率没有物料传递等工程因素影响。 反应器动力力学：宏观动力学，在反应器内所观察到的反应速率是总速率考虑。 5.生化工程研究中的数学模型 结构模型：由过程机理出发推导得出 半结构模型：了解一定机理结合实验数据 经验模型：对实验数据的一种关联 第二章生物反应工程的生物学与工程基础 1.因次：导出单位，也称量纲。 2.红制及基本单位 密度比容气体密度压力 第三章微生物反应计量学教材p53-64 1.反应计量学：对反应物组成及转化程度的数量化研究 2.得率系数与维持因数： 得率系数：细胞生成量与基质消耗量的比值 维持因数：单位质量细胞进行维持代谢时所消耗的基质。 3.细胞组成表达式及元素衡算方程 细胞组成表达式CH1-8O0.5N0.2 元素衡算方程CHmOn+aO2+bNH3=CCH2O3Nr+d H2O +e CO2 4.得率系数与计量系数关系 当细胞反应是细胞外产物的简单反应时，得率系数与计量系数关系如下： 5．呼吸商：二氧化碳产生速率与氧气消耗速率之比 6.实例计算 第四章均相酶反应动力学（教材P8-10,26-38） 1．酶活力表达方法及催化特性 催化特性：酶具有很强的专一性较高的催化效率反应条件温和易失活，温热，氧化失活 2.了解反应速率方程的几种形式 零级反应：反应速率与底物浓度零次方成正比 一级反应：反应速率与底物浓度一次方成正比 二级反应：反应速率与浓度二次方成正比
(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。 当时，不一定是连续培养的稳定状态。最主要的是菌种易于退化。可以设想，处于如此长期高速繁殖下的微生物，即使其自发突变几率极低，也无法避免变异的发生，尤其发生比原生产菌株生长速率高、营养要求低和代谢产物少的负变类型。其次是易遭杂菌污染。可以想象，在长期运转中，要保持各种设备无渗漏，尤其是通气系统不出任何故障，是极其困难的。在高的稀释率下，虽然死细胞和细胞碎片及时清除，细胞活性高，最终细胞密度得到提高；可是产物却不断在稀释，因而产物浓度并未提高；尤其是细胞和产物不断的稀释，
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。 14，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。 15，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。 16，能量生长非偶联型：在ATP的供能充分，而合成细胞的材料受限制时，这种生长就是能量生长非偶联型。 、 17，不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团或活性部位以共价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而使酶活力恢复的作用。18，流加式操作：能够任意控制反应液中基质浓度的操作方式。 19，代谢工程：通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径。 20，连续培养及稳态：又叫开放培养，是相对分批培养或密闭培养而言的。连续培养是采用有效的措施让微生物在某特定的环境中保持旺盛生长状态的培养方法. 生理学家把正常机体在神经系统和体液以及免疫系统的调控下，使得各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态，叫做稳态。
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。 612623610322 C 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 O a 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。
生物反应工程原理作业答案
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？ P103 Φ = 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：e 1V P P 1D 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λ 7、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。
生物反应工程(A考)
1. 在一间歇操作的搅拌反应器中进行脲酶催化尿素分解为氨和二氧化碳的反应，要求底物的转化率为0.8。底物的初始浓度为0.1mol/L，反应器中酶浓度为 =0.0266mol/L，最大反应速0.001g/L。在等温反应条件下的动力学常数为，K m 率为1.33mol/(L·s)，相应此最大反应速率的酶浓度约为5g/L。求完成反应所需的时间。如果要求其生产过程的底物处理量为1000mol/h，每个操作周期所需的辅助时间为10min，试计算反应器的有效体积。 2.某一均相酶催化反应，其动力学方程为： 若进样流量为25L/min，反应底物s在反应器出口转化率 为95%，底物初始浓度为2mol/L时。 =？(2)若采用一个CPFR反试求:(1)若采用一个CSTR反应器时，反应器体积V R 应器时，反应器体积V =？ R
3.某一均相酶反应在CPFR 中进行，其动力学方程为： 若进料流量为25L/min ；反应底物S 在反应器出口已转化了95%，底物初始浓度为2mol/L 时，所需反应器有效体积为多大？如改用CSTR ，所有条件同上，计算所需反应器有效体积为多大？ 题解： S S S C 2C 2.0r +=） （则：L 986V min)/L (46.39)]C C (C C ln K [r 1r dC V V R S 0S S 0S m max C C S S 0R S 0S ==-+=-=? ） （则：L 5.4987V min)/L (5.199)]C C (C C C K [r 1r C C V V R S 0S S S 0S m max S S 0S 0R ==-+-=-= 4. 以相同的酶和载体做成三种体积相等而形状不同的固定化酶颗粒，一种为球形；另一种为高与直径相等的圆柱体；还有一种为高与直径相等而壁厚为直径1/3的圆环体。 催化剂颗粒体积均为0.1cm3，颗粒表观密度为1.2g/cm3，所进行的酶催化反应可作为一级不可逆反应处理。 在反应条件下,反应速率常数为50cm3/（s ·g 颗粒）,催化剂微孔内的有效扩散系数为0.01cm2/s 。在该反应体系中，单位体积液相中含有的固定化酶量为20g/L 。已知液相中底物浓度为0.1mol/L ，并且可不考虑外扩散阻力和分配效应等因素的影响。 2 231063261263dCO O cH N O H bC aNH O O H C ++→++
生物反应工程原理 一二八九章
第一章绪论 生物反应工程：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。其实质是利用生物催化剂从事生物技术产品的生产过程。 生物反应工程（Bioreactor Engineering）是一门以生物学、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，它以生物反应动力学为基础，将传递过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学工程学方法与生物反应过程的反应特性方面的知识相结合，进行生物反应工程分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制等。 一、生物反应过程应由四部分组成： 1.原材料的预处理原材料的选择，必要的物理与化学方法加工，培养基配制和灭菌 2.生物催化剂的制备菌种的选择、扩大培养和接种，酶催化反应中的纯化、固定化等 3.生物反应器及反应条件的选择与监控反应器的结构、操作方式和操作条件，反应参数的检测与控制 4.产品的分离纯化用适当的方法和手段将含量甚少的目的产物从反应液中提取出来并加以精制以达到规定的质量要求 二、生物反应过程的特点： 1.是一门综合性学科 2.采用生物催化剂 3.采用可再生资源为主要原料 4.与一般化工产品生产相比，其生产设备比较简单，能耗较低 三、生物反应过程的分类： ①酶的反应过程：采用游离或固定化酶为催化剂反应。 ②细胞反应过程：采用活细胞为催化剂时的反应过程，包括一般微生物细胞发酵反应过程、固定化细胞反应过程和动植物细胞培养过程。 ③废水的生物处理过程：利用微生物本身的分解能力和净化能力，除去废水中污浊物质的过程。 四、生物工程与生物反应工程 ①生物反应工程的上游加工：最重要的生物催化剂（包括菌株、酶、及其固定化）的制备。掌握生物催化剂的生理生化特性和培养特性，解决大规模种子培养或固定化催化剂制备以及如何在无菌情况接种。 ②生物反应器：存在着物料的混合与流动、传质与传热等大量的化学工程问题；存在着氧和基质的供需和传递、发酵动力学、酶催化反应动力学、发酵液的流变学以及生物反应器的设计与放大等一系列带有共性的工程技术问题；同时还包括生物反应过程的参数检测和控制。 ③生物反应工程的下游加工：对目的产物的提取与精制。这是因为一方面生物反应液中目的产物的浓度是很低的；另一方面反应液杂质常与目的产物有相似的结构，加上一些具有生物活性的产品对温度、酸碱度十分敏感，一些作为药物或食品的产品对纯度、有害物质都有极严格要求。总之，下游加工步骤多，要求严，其生产费用高。 第二章固定化酶和固定化菌体 第一节微生物酶 一、微生物酶：微生物生活细胞产生的具有催化作用和专一激活能力的蛋白质。 二、微生物酶的优越性： 1、酶的来源：动物、植物、微生物。 2、（1）微生物生长速度快，易于大量培养。 （2）通过菌种选育改进培养条件，便于人为提高产量。 （3）菌种不同，产生酶的种类有差异。
生物反应工程复习
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 这个可逆反双倒数法（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： S m C r K r r 11 1max max +=S C r 1~1P E ES +←ES S E ?+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES
生物反应工程-贾士儒试卷
生物反应工程考试试卷（2003年6月）班级姓名成绩 一、名词解释(10分) 流加式操作： 能量生长非偶联型： 返混： 搅拌器轴功率： 固定化酶： 二、请列出下列物理量的数学表达式 (10分) 停留时间： 呼吸商： 稀释率： Da准数： 转化率：
三、判断题(10分) 1、单罐连续培养稳态下，D=μ。( ) 2、流加培养达到拟稳态时，D=μ。( ) 3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。( ) 4、Da 准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数，Da 准数越大，外扩散效率越高。( ) 5．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。( ) 四、图形题（15分） 图1为酶促反应1/r~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为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所代表的流体类型。 图1 图2 Ⅰ Ⅱ 1/r 1/S σ d ω /d γ 1 2 3 4 曲线1： 曲线2： 曲线3： 曲线4： 曲线Ⅰ： 曲线Ⅱ：
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 五、简答题 （25分） 1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么？ X DX X ，D X D μ S
2、CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。 3、何谓恒化器，何谓恒浊器，二者有何区别？ 4、影响k L a的因素有哪些，如何提高k L a或N v ？
5、如何进行流加培养的控制、优化？ 六、计算题（30分） 1、乙醇为基质，通风培养酵母，呼吸商RQ=0.6。反应方程为： C 2H 5 OH+aO 2 +bNH 3 c（CH 1。75 N 0。15 O0 。5 ）+dCO 2 + eH 2 O 求各系数a、b、c、d及菌体得率Y X/S 。
生物反应工程 重点
生物反应工程重点 1.生物反应研究的内容？ A. 生物反应动力学 动力学——研究工业生产中生物反应速率问题；影响生物反应速率的各种因素以及如何获得最优的反应结果。 本征动力学（微观动力学） 反应器动力学（宏观动力系学） B. 生物反应器 传递特性——传质、传热和动量传递 设计与放大——选型、操作方式、计算 优化与控制——优化操作与优化设计、反应参数测定与控制 2.均相酶促反应动力学 见打印（均相酶促反应动力学）ppt 3. 固定化酶催化反应过程动力学 A.本征动力学概念： 本征动力学：又称微观动力学，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。 B.外扩散因子、内扩散因子 见打印（外扩散因子、内扩散因子）ppt C.分子扩散、努森扩散 分子扩散：气体在多孔固体中扩散，当固体的孔径较大时，分子的扩散阻力主要是由于分子间的碰撞所致，这种扩散就是通常所说的分子扩散或容积扩散。 努森扩散：气体在多孔固体中扩散时，如果孔径小于气体分子的平均自由程（约0.1um），则气体分子对孔壁的碰撞，较之气体分子间的碰撞要频繁得多，这种扩散，称为Knudsen扩散。 D.曲节因子 没找到 4.细胞反应动力学 A.细胞的生长曲线 见书86页 B.各种比速率 见书81页 C.细胞生长速率及各种比速率 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：米氏方程： 描述微生物生长描述酶促反应 经验方程理论推导的机理 方程 方程中各项含义： μ：生长比速(h-1) μmax：最大生长比速(h-1) S: 单一限制性底物浓度(mol/L) K S:半饱和常数(mol/L) 方程中各项含义： r：反应速率(mol/L.h) r max：最大反应速率(mol/L.h) S：底物浓度(mol/L) K m：米氏常数(mol/L) 适用于单一限制性底物、不存在抑制的情况适用于单底物酶促反应不存在抑制的情况 D.得率系数 菌体得率常数： F.呼吸商 呼吸商： G.产物生成与细胞生长的相关模型 相关模型：产物的生成与细胞的生长相关，产物是细胞能量 代谢的结果，产物的生成和细胞生长同步。 部分相关模型：反应产物的生成与底物的消耗仅有间接关
生物反应工程习题
生物反应工程习题 1-6 试根据下列实验数据确定rmax、Km和KI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。cS×10 /(mol/L) 1-7 某一酶反应Km=×10-5 mol/L，rmax=22 μmol/(L·min)，cS=2×10-4 mol/L，cI=5×10-4 mol/L，KI=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。4rS0 / (μmol/(L·min)) 无抑制剂28 36 43 65 74 有抑制剂，cI=×10-4 μmol/L 17 23 29 50 61 - 1 - 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：底物浓度/ (mol/L)初始反应速率/ (mol/(L·min)) 无抑制剂有抑制剂判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性？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Km=×10-4 mol/L，rmax=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cS0=2×10-5 mol/L，cI0=1×10-5 mol/L时，测得反应速率rSI =×10-9 mol/(L·min)。试求K*m 和KI的值。- 2 - 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 + aNH3 ? bC6H10NO3 (酵母) + cH2O + dCO2 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 + aO2 + bNH3 ? + dCO2+ eH2O 试求：当RQ=时，a、b、c、d和e的值；确定YX/S和YX/O 值。- 3 - 2-3 通过微生物混合需氧培养以进行苯甲酸的降解反
2008-4生物反应工程A答案05级(标准 )
第 1 页 共 6 页 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/s 8. 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。（×） 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速率之间的关系，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[S in ]＞＞K s ，所以根据Monod方程可以认为D cri ≈μ max 。 （√） 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。设酶促反应机制为： 第 2 页共6 页
生物反应工程期末总结
生物反应工程期末总结 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-
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：Array 积分法：
生物反应工程-贾士儒-试卷1
生物反应工程考试试卷（2003 年6 月）班级姓名成绩 、名词解释（10 分） 流加式操作： 能量生长非偶联型： 返混： 搅拌器轴功率： 固定化酶： 、请列出下列物理量的数学表达式（10 分） 停留时间： 呼吸商： 稀释率： Da 准数： 转化率：
三、判断题 (10 分 ) 1、单罐连续培养稳态下， D=μ。 ( ) 2、流加培养达到拟稳态时， D=μ。 ( ) 3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。 ( ) 4、Da 准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数， Da 准数越大，外扩 散效率越高。 ( ) 5．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。 ( ) 四、图形题( 15 分) 图 1 为酶促反应 1/r ~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 为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所 代表的流体类型 图2 曲线 1： 曲线 2： 曲线 3： 曲线 4： 曲线Ⅰ： 曲线Ⅱ：
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？ S 图4 五、简答题（25 分） 1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么？ 2、CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR 型和PFR型酶反应器的性能 3、何谓恒化器，何谓恒浊器，二者有何区别？
4、影响k L a 的因素有哪些，如何提高k L a或N v？
5、如何进行流加培养的控制、优化？ 六、计算题（30 分） 1、乙醇为基质，通风培养酵母，呼吸商RQ=0.6。反应方程为： C2H5OH+aO2+bNH3 c（CH1。75N0。15O0。5）+dCO2+ eH2O 求各系数a、b、c、d 及菌体得率Y X/S
生物反应工程计算题解析
《生物反应工程》讲稿 （生物反应工程与生物反应器） 课程简介： 1绪论 1.1生物反应工程的发展过程 20世纪40年代抗菌素工业诞生，对无菌操作、通风溶氧技术十分拍切，吸引了大量化学工程人员参与技术攻关，于是有微生物学、生物化学、化学工程形成了一门交叉学科——生物化学工程（生化工程），当初的生化工程研究的核心，通风搅拌无菌操作。1942年monod 研究连续发酵，研究的目的就是提高发酵速率，60-70年代，单细胞蛋白生产，污水处理的重视，对菌体生长速率、底物的反应速率等的研究越来越重视，于是人们就把微生物反应动力学的研究与生物反应器结合起来形成了生化工程的一个重要分支-——生物反应工程。 这门课（生物反应工程）是一门以生物反应动力学为基础，研究生物反应器的设计、放大和生物反应过程的优化操作和控制的学科。 生物反应工程课程有好多名称，在上世纪80年代初，江南大学（原轻工业学院）王鸿祺教授给研究生开设了《生化反应动力学与生化反应器》，科技大学贾士儒教授给研究生开设了《生物反应工程与生物反应器》，后来改为《生物反应工程原理》。90年代出版了高校教材《生物化工原理》，化工大学戚以政、王叔雄编著了《生化反应动力学与反应器》（1995年第二版），以后有编写了《生物反应工程》。本学学院最早给研究生开这门课名称是《生物反应工程与生物反应器》，2010年改为《生物反应工程》。 1.2生物反应工程的主要容 1）生物反应动力学 研究生物反应过程速率及其影响因素，是理论基础。微观动力学（本征动力学，是研究分应的固有速率，与温度、浓度、PH、催化剂等有关，与传递无关。另一种反应是宏观动力学，也称反应器动力学。与反应器的传质、传热及物料流动类型有关。实验室研究可以看作微观动力学，从工程角度要研究的是宏观动力学。 2）生物反应器设计、优化与放大（设计包括结构型式、操作方式及尺寸的确定），实际生物反应器设计是将生化反应动力学特征和生化反应器特征结合的设计。 生物反应器的优化分优化设计、优化操作。 第二章均相酶反应动力学 容要点：了解酶反应特点，掌握M-M方程和各种抑制动力学特征及其应用。 均相酶反应，系指酶与反应物处于同一相（液相）的美催化反应。在生产中均相酶反映较多。如淀粉的液化和糖化。 2.1酶反应的基本特征 2.1.1共性 2.1.2特性 2.2单底物酶反应动力 2.2.1M-M方程建立