生化反应工程原理简答题

1 补料分批培养主要应用在哪些情况中？

① 生长非偶联型产物的生产② 高密度培养③ 产物合成受代谢物阻遏控制④ 利用营养缺陷型菌株合成产物⑤ 补料分批培养还适用于底物对微生物具有抑制作

用等情况。⑥ 此外，如果产物黏度过高或水分蒸发过大使传质受到影响时，可以

补加水分降低发酵液黏度或浓度。

2比较理想酶反应器CSTR型与CPFR型的性能？

A 停留时间的比较：

在相同的工艺条件下进行同一反应，达到相同转化率时，两者所需的停留时间不同，CSTR型的比CPFR型反应器的要长，也就是前者所需的反应器体积比后者

大。另外，以对两反应器的体积比作图可知，随反应级数的增加，反应器的体积比

急剧增加。

B 酶需求量的比较：

对一级动力学：

转化率越高，CSTR中所需酶的相对量也就越大。另外，比值还依赖于反应级数，一级反应时其比值最大，0 级反应时其比值最小。

C酶的稳定性：0级反应时，CSTR与CPFR内酶活力的衰退没有什么区别。但如果反应从0 级增至一级，那么，两种反应器转化率下降的差别就变得明显。CPFR

产量的下降要比CSTR快得多，因而CPFR中酶的失活比CSTR中更为敏感。但是，如上所述，在某些场合，操作条件相同，要得到同样的转化率，CSTR所需酶的数量远大于CPFR所需的量。

D 反应器中的浓度分布：

CSTR与CPFR中的底物浓度分布。由图可知，在CPFR中，虽然出口端浓度较低，但在进口端，底物浓度较高；CSTR中底物总处于低浓度范围。如果酶促反应

速率与底物的浓度成正比，那么对于CSTR而言，由于整个反应器处于低反应速率

条件下，所以其生产能力也低。

3试着分析目前连续式操作难以大规模应用的原因？连续培养的工业生产应用的受限原因(连续培养的应用主要集中在研究领域)。

(1)杂菌污染问题。因连续培养以长期、稳定连续运转为前提，在整个培养过程中，必需不断地供给无菌的新鲜培养基，好氧发酵时，必需同时供给大量的无菌空气，这两种供给的过程中极易带来杂菌的污染，长期保持连续培养的无菌状态非常困难。

(2)变异问题。因工业化生产所用菌株大都是通过人工诱变处理的高度变异株，在长期的连续培养过程中容易使回复突变菌株逐渐积累，最后取得生长优势。

(3)成本问题，为降低成本,其一要使原料以最大的转化率和最大的产率转化为产物；是使发酵终了液中含有尽可能高的产物浓度，以缩小产物分离提取系统的规模和操作的费用。一些发酵过程其产物的分离提取费用约占生产总成本的40%以上；而对于大多数抗生素和精细化学品的发酵生产，其本身就是一个高成本分离过程的生产过程。而在连续培养过程中，流出的发酵液中产物浓度一般比分批培养、流加培养的低，结果加重了分离提取的负荷，在生产成本上没有竞争力。

4简述动植物细胞培养的特点难点，并与微生物细胞培养相比较

动植物细胞培养：

是一项将动植物的组织、器官或细胞在适当的培养基上进行无菌培养的技术。

动物细胞培养的特性

许多基因产物不能在原核细胞内表达，它们需要经过真核细胞所特有的翻译后修饰，以及正确的切割、折叠后，才能形成与自然分子一样的功能和抗原性。这就使动物细胞一跃成为一种重要的宿主细胞，用以生成各种各样的生物制品。动物细胞体外培养具有明显的表达产物的优点，为传统微生物发酵所无法取代。

动物细胞培养过程的特征

（1）生长速率慢，且培养基丰富，易为微生物等污染

（2）细胞个体大且无壁，对环境尤其是剪切敏感

（3）不能完全按照微生物反应过程的经验进行放大

（4）培养基成分复杂且昂贵，生产成本高

（5）细胞易受代谢产物抑制且出现凋亡现象。

（6）大多数哺乳动物需贴壁才能生长

植物细胞培养的特性① 细胞个大，并且细胞壁是以纤维素为主要成分，耐拉不耐扭，因此，抗剪切能力低；② 与动物细胞培养类同，生长速率慢，为防止培养过程中染菌，需加抗生素；③ 细胞培养需氧，而培养液粘度大，且不能强力通风搅拌；④ 产物在细胞内且产量低；⑤ 培养的植物细胞常生长成各种大小的团块，增加了悬浮培养的难度等。

植物细胞培养过程的特征

（1）生长缓慢，即使间歇操作也要2-3 周，易污染；

（2）坚硬的纤维素细胞壁，耐拉不耐扭，巨大的液泡，抵抗剪切力差；

（3）原种难以保存，转接过程中容易产生突变，细胞系退化；

（4）目标代谢产物含量低或缺失，在细胞内。细胞形态分化受到抑制，分化程度低甚至反分化，与之相关的化学特性消失，目标成分含量常低于原来植物中的含量，生产成本高；

（5）极少以单细胞形式悬浮存在

（6）植物细胞具有结构和功能全能性，具有群体效应及解除抑制性。微生物细胞培养的特征

（1）细胞小，抗剪切能力高

（2）生长快速，生长过程中比动植物细胞染菌的几率低。

（3）大多数的培养液的粘度较动植物细胞的培养液粘度低。

微生物细胞培养过程特性

（1）大多数的微生物生长迅速。产物的积累量大。

（2）培养过程中有的需要通入氧气，有不用通入氧气。

5简述酶促反应的特征及其与化学反应、微生物反应的主要区别

酶促反应的特征是来自酶自身的特性。酶促反应是在常温常压中性范围下（个被除外）条件下进行的，与一些化学反应相比，省能且效率较高；由于酶促反应的专一性，没有或少有副产物生成，有利于提取操作；与微生物反应相比，反应体系较为简单，反应过程的最适条件易于控制。但是酶促反应也有一些不足之处，，酶促反应多限于一步或者几步较简单的生化反应过程，与微生物反应体系比较起来，在经济上有时间并不理想，酶促反应条件比较温和，但是一般周期都是比较长的，因此增加诱发染菌污染的机会。

6影响固定化酶促反应的主要因素

分子构象的改变；位阻效应；微扰效应；分配效应；扩散效应

7为什么为降低传质阻力要使KLa较大，此时Da准数数值如何？Da准数物理意义？

Da准数的物理意义是：

最大反应速率与最大传质速率之比。当Da准数越小，固定化酶表面浓度[S]s越是接近与主体浓度[S],表明最大传质速率越大于最大反应速率，过程为反应控制；反之，Da准数越大，固定化酶表面浓度[S]s越趋于零，表明最大反应速率越是大于最大传质速率，过程是传质控制。反应空控制时，表观动力学接近本征动力学；传质控制时，实际动力学接近于扩散动力学。有时为了降低外部传质阻力，要求Da准数远小于1,有助于提高KLa值较大。Da准数是决定效率因子gut和比浓度C*的唯一参数，因而是表征传质过程对反应速率影响的基本准数。Da准数越小，固定化酶表面浓度越接近于主体浓度CS rout越接近于

1。"Da准数越大，固定化酶表面浓度越趋近于零，rput越小，越趋近于零。

8 内外反应阶段传质与反应均是平行进行的吗？

内部传递和反应多数不是串联的过程，而是平行的过程，即底物一边向内扩散，一边进行反应，所以对内部扩散过程的效率因子n n可以定义为单位时间类按实际反应效率与安颗粒外便面底物浓度计算而得到的反应效率之比。外部传递和反应是底物边扩散边进行反应。