生化反应工程试题库

试题库结构
章节 试题分布
名词解释 数学表达式 简答题
图形题
推导题
判断题 计算题
合计
第一章 0 0 9 0 0 0 0 9 第二章 0 0 11 0 0 0 2 13 第三章 1 3 9 3 11 4 2 33 第四章 1 11 6 7 1 11 14 51 第五章 3 1 7 8 2 0 13 34 第六章 6 0 6 2 0 0 0 14 第七章 2 2 2 2 0 0 13 21 第八章 0 0 36 0 0 0 2 38 合计 13 17 86 22 14 15 46 213
一、名词解释
[03章酶促反应动力学]
酶的固定化技术：
[04章微生物反应动力学]
有效电子转移：
[05章微生物反应器操作]
流加式操作：
连续式操作：
分批式操作：
[06章生物反应器中的传质过程]
粘度：
牛顿型流体：
非牛顿型流体
塑性流体
假塑性流体
胀塑性流体
[07章生物反应器]
返混：
停留时间：
二、写出下列动力学变量（参数）的数学表达式
[03章酶促反应动力学]
1. Da准数：
2. 外扩散效率因子：
3. 内扩散效率因子：
[04章微生物反应动力学]
1. 菌体得率：
2. 产物得率：
3. 菌体得率常数：
4. 产物得率常数：
5. 生长比速：
6. 产物生成比速：
7. 基质消耗比速：
8. 生长速率：
9. 产物生成速率：
10. 基质消耗速率：
11. 呼吸商：
[05章微生物反应器操作]
1. 稀释率：
[07章生物反应器]
1. 停留时间：
2. 转化率：
三、简答题：
[01章绪论]
1．什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？
2．生物反应工程研究的主要内容是什么？
3．生物反应工程的研究方法有哪些？
4．解释生物反应工程在生物技术中的作用。

5. 为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？
6. 何为系统生物学？
7. 简述生化反应工程的发展史。

8. 如何理解加强“工程思维能力”的重要性。

9. 为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？
[02章生物反应工程的生物学与工程学基础]
1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。

（1）生物工程与生物科学
（2）发酵工程与生物工程
（3）速率和速度
（4）反应速率与传质速率
2. 何为准数和雷诺准数？并解释后者的物理意义。

3. 工程思维的具体含义是什么？
4. 在一个实际的生物催化过程中如何确保生物催化剂（如酶）的稳定性，并提高催化效率？
5. 在一个实际的生物催化过程中如何确保生物催化剂（如酶）的稳定性，并提高催化效率？
6. 酶在应用过程中有哪些不同于化学催化剂和微生物作为生物催化剂的地方？
7. 微生物培养过程中微生物的世代时间与倍增时间是否是同一概念。

8. 在生物工业中，微生物细胞的量一般采用干重表示，为什么？
9. 为什么要固定化酶或微生物细胞？
10. 进行生物催化剂（酶或微生物细胞）催化机理研究时，采用固定化酶或微生物细胞是否更有利于清楚了解催化过程机理？
11. 何为生物分子工程？
[03章酶促反应动力学]
1．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。

2．酶的应用研究与经典的酶学研究有什么区别？ 3．抑制作用和失活作用有什么区别？什么是底物抑制？ 4．分析固定化酶在实际应用中的利弊。

5．固定化后酶的性质将发生哪些变化？ 6．试举例说明如何评价酶的固定化效率。

7．影响固定化酶促反应的主要有哪些效应？
8．实验测得分配系数K P 分别为（a ）1>P K , (b) 1=P K , (c) 1<P K ，试从概念上说明载体颗粒与反应液之间的固液界面处底物浓度的变化情况。

9．一般对于同一种酶促反应，在进行连续反应时的实际操作温度比分批实验所求得的最适温度要低。

请从实际反应时间较长来说明，并说明原因。

[04章微生物反应动力学]
1. 微生物反应的特点，其与化学反应的主要区别有那些？ 2．简要回答微生物反应与酶促反应的最主要区别？ 3. 进行微生物反应过程的物量衡算有何意义，请举例说明。

4．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？ 5．举例简要说明何为微生物反应的结构模型？
6．什么是能量生长偶联型，什么是能量生长非偶联型？ [05章微生物反应器操作]
1．请给出分批培养、流加培养、连续培养中产物生成速率，并进行比较。

2．何为连续培养的稳定状态？当
0===dt
dP
dt dS dt dX 时，一定是稳定状态吗？ 3．一定的培养体系中菌体以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时保证菌体的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。

4．试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的菌体生长速率。

微生物的生长可采用Monod 方程表达。

5．以碳源为限制基质的连续发酵过程中，有一位研究者在研究温度对细胞得率的影响时，发现当温度高于最适生长温度时，细胞得率下降。

对此现象一般的解释是因为细胞内为维持细胞活力所消耗的能量增加的缘故。

但是，有些研究者研究提出细胞得率在稳态下下降是因为细胞本身活力降低。

这一解释也有道理，因为细胞的死亡率是温度的函数。

（1）请你利用关于连续培养理论，解释上述温度对细胞得率影响的两种理由。

（2）如何设计一些实验来证明在（1）中所导出的方程式的真实性？实验设计应包括实验步骤、所需的分析方法及数据处理。

6. 如何进行流加培养的控制、优化？
7. 举例说明连续培养的应用？
[06章生物反应器中的传质过程]
1. 什么是流变学？
2．什么是粘性？
3．为什么解决好氧传递问题是好氧发酵过程设计的关键？简述氧传递的特征。

4．k L a测定方法有哪几种？简述各方法的基本原理。

5．能否说，提高好氧发酵中氧传递速率的最好的方法是提高搅拌。

怎样做更为有效？
6. 影响k L a的因素有哪些，如何提高k L a或N v
[07章生物反应器]
1. CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。

2. 何谓恒化器，何谓恒浊器，二者有何区别？
[08章生物反应工程领域的拓展]
1. 多底物酶解反应的特点有哪些？研究多底物酶解反应有何意义？
2. 比较三类蛋白质酶解反应动力学模型的特点。

3. 多糖酶解动力学与蛋白质酶解反应动力学的主要区别？
4. 简述广义的非水介质反应体系包含那几个方面的内容？
5. 双液相酶促反应的特点有那些？
6. 为什么说有机溶剂和水的含量是影响双液相酶促反应的主要因素？
7. 何为反向胶团，其应用特点是什么？
9. 何为超临界相态？简述其有何特性？
10. 超临界相态下进行酶促反应的是否可行？
11. 试设计一个多相体系的酶促反应系统。

12. 怎样从微观与宏观相结合的方法研究基因表达的动力学变化？
13. 如何从反应动力学的角度探讨DNA复制与表达行为？
14. 简述在超临界相态下进行微生物发酵的可行性。

15 有人研究了SC-CO2条件下梨头霉孢子的活性变化，当压力在6MPa以上时，孢子的存活率下降，可否说明，存活率的下降只是压力造成的？
16. 如何定量描述菌体形态？
17. 生物反应中微生物菌体形态与操作条件关系密切，试讨论菌体形态与菌体的特定基因是否有必然联系。

18. 请说出自然界存在的界面现象，在界面上微生物存在的形式。

19. 为什么说固态发酵是微生物在气-固界面上的一种生长繁殖现象？试分析其在实际生产中的优缺点。

20. 试说明两相发酵与界面发酵的异同点。

21. 试举例说明是否可利用双液相发酵提高生产效率？
22. 从一定角度讲，代谢工程是建立在生物反应动力学与分子生物学理论的基础之上的，怎样看待生物反应动力学在代谢工程中的作用。

23. 基因工程菌株高密度培养过程中应注意问题有哪些？
24. 什么是代谢工程，代谢工程的特点和本质，它和基因工程有何区别？
25. 代谢工程包括哪些基本原理和技术？
26. 代谢途径的分支点通常有几种？其在代谢工程实践中有何意义？
27. 代谢途径的操作实践可以划分为几种？各举一例说明其具体含义？
28. 何为代谢网络的计量学模型，如何建立？
29 试述基因组重排的主要概念和原理？举例详细说明基因组重排在代谢工程应用中的作用。

30. 代谢通量分析的基本原理是什么？何为正定系统、超定系统以及不确定系统？对不同系统的具体处理方法是什么？
31. 同位素标记的代谢通量分析的基本原理？和计量学的代谢通量分析相比其主要优势是什么？试述其主要的实验步骤以及分析平台和计算方法？
32. 什么是代谢控制分析？通量控制系数和弹性系数的具体含义是什么？
33. 系统生物学的基本含义是什么？简述系统生物学的研究框架？
34. 简述代谢物组学的研究必要性？代谢物组学的主要研究步骤以及关键的分析技术和数据分析方法？
35. 简述代谢网络相关的数学模型的分类？代谢网络重建所需要的主要数据库以及关键方法和步骤？
36. 何为通量平衡分析、代谢途径分析？其基本的研究原理和内容是什么？
四、图形题
[03章酶促反应动力学]
1．有人研究了不同温度对酶的稳定性与酶活力的影响，得到如图2-13所示结果。

基于此，他得到结论是：该酶在50°C以下是稳定的，并且最适反应温度为35°C。

这一结论正确与否，请说明。

（a）无底物存在时，保温10min后残存活力。

（b）在0.5M底物存在下,保温10min后产物生成量
2．应用直线作图法（Lineweaver-Burk 法；Haneswoolf 法；Eadie-Hofstree 法和积分法），求米氏方程中的动力学参数K S 和r max ，并比较各种方法所得结果误差大小。

3.图1为酶促反应1/r ~1/S 关系曲线，指出图中哪条曲线代表存在竞争性抑制情况，哪条曲线代表无抑制情况。

图1 曲线Ⅰ： 曲线Ⅱ： [04章微生物反应动力学]
1. 图2为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？
2. 图3为微生物反应π～μ关系曲线，分别指出曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代表的产物生成动力学类型。

图2
曲线Ⅰ： 曲线Ⅱ： 曲线Ⅲ：
3.一种细菌连续（恒化器）培养中获得如下数据。

μ为比生长速率，S 为限制性基质浓度，若反应适用Monod 方程，求max μ和S K 。

S (g/L) 0.05 0.3 1.0 2.0 3.0 μ (h -1)
0.080 0.20 0.25 0.26 0.27
ⅠⅡ
ⅢⅠ
Ⅱ
1/r
4.在一定的培养条件下培养大肠杆菌，测得实验数据如下表所示。

求该条件下,大肠杆菌的最大比生长速率μm 和半饱和常数K S 。

S(mg/L) 6 133****4102122153170 221 210 μ(h -1)
0.06 0.12 0.24
0.31
0.43
0.53
0.60
0.66
0.69 0.70 0.73
5.某种微生物培养，获得如下结果，求max μ和S K 。

S(g/L) 0.40 0.33 0.18 0.10 0.071 0.049 0.038 0.020 0.014 μ(h -1)
0.161 0.169 0.169 0.149 0.133 0.135 0.112 0.0909 0.0735
6. 乙醇为碳源，进行酵母好氧培养，结果如下，求m 0 和Y GO 。

μ (h -1)
0.020 0.055 0.095 0.115 0.119
2O Q [g/(g ⋅h)] 0.0278 0.0589 0.0909 0.111 0.115
7.乙醇为唯一碳源进行面包酵母培养，获得如下数据。

求μmax 和K S 。

S(g/L) 0.40 0.33 0.18 0.10 0.0710.0490.0380.020 0.014 μ(h -1) 0.161
0.169 0.169
0.149
0.133
0.135
0.112
0.0909 0.0735
[05章微生物反应器操作]
1．请用简图分别给出分批操作、流加操作和连续操作中反应器内培养液体积随时间的变化曲线。

2．用简图给出分批培养中初始基质浓度与最大菌体浓度之间的相互关系。

3．分批式培养酵母菌（葡萄糖为碳源，好氧，30°C ），自对数培养期的中期开始，连续流加新鲜培养基，稀释率为1
0.1−=h D 。

获得如下结果，已知限制性基质浓度比基质饱和系数大很多，求此条件下酵母菌的max μ
t 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 X/X 0
1.0 0.86 0.67 0.5 0.43 0.33 0.26 0.2
4. 一个新发现的微生物在每一次细胞分裂时，可产生3个新细胞，由下列生长数据求：
时间 / h 0 0.5 1.0 1.5 2.0 细胞干重（g/L ） 0.10 0.15 0.23 0.34 0.51 （1）此微生物理学的比生长速率)(1
−μh ； （2）此微生物细胞的平均世代时间。

5. 图4为连续培养的数学模型，请在图4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
6. 以甲醇为基质，进行某种微生物好氧分批培养，获得如下数据。

求：max μ；S X Y /；倍增时间d t ；饱和常数S K 和h t 10=时的比生长速率。

时间 / h 0 2 4 8 10 12 14 16 18 X / (g/L)
0.2
0.211
0.305
0.98
1.77
3.2
5.6
6.15
6.2
S / (g/L) 9.23 9.21 9.07 8.03 6.8 4.6 0.92 0.077 0 7. 以葡萄糖为限制性底物，连续培养大肠杆菌，在此培养条件下，测得实验数据如下，比较理论与实验的结果。

已知μm =1.08h -1，K S =0.102g/L ，Y X/S =0.505g/g 。

单级恒化器连续培养大肠杆菌 S 0=0.968g/L
稀释率D(h -1)
葡萄糖S(mg/L)
菌体浓度X(mg/L)
菌体产率DX(mg/L.h)
0.06 6 427 26 0.12 13 434 52 0.24 33 417 100 0.31 40 438 136 0.43 64 422 181 0.53 102 427 226 0.60 122 424 254 0.66 153 422 279 0.69 170 430 297 0.71 221 390 277 0.73 210
352
257
8. 在一连续进出料的搅拌罐中，进行以葡萄糖为碳源生成乙醇的动力学研究，反应方程式可表示为：S （葡萄糖） P （乙醇）+X （酵母），试验结果见下表。

已知P max =120g/L ，求包括葡萄糖消耗及乙醇抵制酵母生长的速率方程。

X
DX
D
X 0=0 P =0 X 0=0 P =20g/L
)(h τ )/(L g S )/(/1g L S )(h τ )/(L g S )
/(/1g L S 11.90 0.054 18.52 11.90 0.070 14.29 10.00 0.079 12.66 10.00 0.095 10.53 6.25 0.138 7.25 6.25 0.182 5.49 5.05 0.186 5.38 5.05 0.250 4.00 4.13 0.226 4.42 4.13 0.384 2.60
[06章生物反应器中的传质过程]
1．图5为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所代表的流体类型。

曲线1： 曲线2： 曲线3： 曲线4：
2. 一定的搅拌转速和通风（45~65°C ）条件下，测定k L a 的结果如下表所示。

温度(°C)
k L a (h -1) C*
(kg/m 3) μ (mPa ⋅s) 45 212 6.65×10-3 0.648 50 222 6.35×10-3 0.591 55 241 — 0.531 60 246 5.93×10-3 0.497 65 255 —
0.463
如果在所试验的温度范围内，气泡直径一定，试比较此条件下氧传递最大速率与温度的关系，从理论的角度说明产生这种现象的原因。

[07章生物反应器]
σ
ωγ12
3
4
1. 将相同转化率下CSTR 型和CPFR 型酶反应器所需停留时间进行了比较，结果如下图所示，
结果说明什么问题？
2. 指出图7中（a ）、（b ）所代表的酶反应器类型。

(b)
图7
（a ）代表：
（b ）代表：
五、推导题
[03章酶促反应动力学]
1．在pH 对酶促反应速率影响的研究中，试证明对任一底物浓度C S ，产物生成速率r P 与pH 的
相关性为一左右对称的钟形曲线。

2. 某酶促反应机理为
P E S E S E cat k k k +⎯→⎯⋅↔++−1
1
若假定上述反应机理式中，k +1<< k cat ，k -1<<k cat ，试推导其速率方程。

3．利用稳态法或快速平衡法推导非竞争性抑制酶促反应动力学方程。

l out V
4．利用稳态法或快速平衡法推导底物抑制酶促反应动力学方程。

5．利用稳态法或快速平衡法推导产物抑制酶促反应动力学方程。

6．利用稳态法建立可逆酶促反应的动力学方程。

7．利用稳态法建立竞争性抑制动力学方程。

设酶促反应机制如下，式中I 为抑制剂，EI 为非活
性复合物。

P E ES S E k k k ++→⇔−211，EI I E k k ⇔−+3
3
8．许多酶催化水解反应的机制式为：
1'211P ES ES S E k k k +→⇔+−，222
'P E O H ES k +→+
整个反应分两个阶段进行，分别采用快速平衡法和稳态法建立反应动力学方程，均可写成如
下形式：
S
m S E cal C K C C k r +=0 试比较采用上述两种方法所获得的反应方程中的cal k 和m K 与1k 、2k 和1−k 、O H C 2有何关
系，写出相关式子。

8．书中在讨论内扩散对固定化酶促反应时，是以酶促反应符合米氏方程规律为基准的，试讨论
如果酶促反应以一级或零级反应规律进行时，底物的稳态浓度分布与Φ的计算方法。

9．如果酶的失活过程为二步串联方式，即212
1E E E k k →→
1φ 2φ
式中：1k 和2k 分别为失活常数；1φ和2φ分别为1E 和2E 在总酶活中所占百分比。

试求时
间t 时酶活的残存活性比率)(t φ为多少？
10．根据以下反应机制，建立酶促反应的底物抑制动力学方程。

ES S E ⇔+，ESS S ES ⇔+，P E ES +⇔
11．酶促反应机制式为P E ES ES S E k k k k +→→→+4
312'''，证明采用稳态法获得反应速度为
S S C K C r r +=max ，式中，04343max E C k k k k r +=，)
()(43132
4k k k k k k K ++=。

S C 为底物浓度，EO C 为酶总浓度；E C 为酶浓度； 1k 、2k 、3k 、4k 分别为反应速度常数。

[04章微生物反应动力学]
1．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：n t t g d ln /2ln /=，式中：d t 为倍增时间，g t 为世代时间。

[05章微生物反应器操作]
1．恒化器方法培养中，试证明代谢产物的比生成速率π的相关式为D Y Y S
X S P //=π。

2．葡萄糖为限制性基质进行呼吸缺陷型酵母突变株的单级连续培养（恒化器法）。

请给出存在乙
醇抑制和无抑制两种情况下稀释率D 与菌体浓度X 、基质浓度S 与产物浓度P 的关系。

已知原
料中不含产物乙醇（P in ＝0），基质浓度S in =10g/L 。

存在乙醇抑制的生长动力学模型可采用
P
K K S K S P P S ++μ=μmax 六、判断题
[03章酶促反应动力学]
1．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。

( )
2．最适温度是温度对酶促反应速率和酶失活速率双重作用的结果。

不同的反应时间，有不同的
最适温度。

( )
3．分配效应可用分配系数定量描述。

( )
4．竞争性抑制并不能改变酶促反应的最大反应速率。

( )
[04章微生物反应器操作]
1. 单罐连续培养稳态下，D=μ＝0。

( )
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，稳态时罐内基质浓度为零。

( )
4. 单罐连续培养稳态下，稀释率为D max 时的细胞浓度不是最大细胞浓度。

( )
5. 单罐连续培养稳态下，基质浓度越高，菌体产率越大。

( )
6. 连续式操作中应严格控制稀释率，避免发生冲出现象。

( )
7. 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。

( )
8. 单罐连续培养稳态下，在洗出稀释率下，可达到最大的菌体产率。

( )
9. 单罐连续培养稳态下，细胞浓度越高，菌体产率越大。

( )
10. 单罐连续培养稳态下，细胞浓度越高，罐内底物浓度越低。

( )
11. 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。

( )
七、计算题
[02章生物反应工程的生物学与工程学基础]
1. 在微生物培养过程中，操作工人观察到发酵罐上的压力表中的读数为0.025MPa ，罐中的发酵
液深度为10m ，试问在罐底处的微生物细胞承受多大压力？在发酵液表面呢？
2. 如果在2h 完成生物反应器中70m 3的装液量，请计算物料输入管的管径。

如果要求50min 将
反应液排空，请计算物料输出管的管径。

[03章酶促反应动力学]
1. 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 。

2. 蔗糖酶固定在直径为1mm 的球形离子交换树脂上，反应器中酶量为0.05Kg/m 3，在一小的柱
形反应器中装有20 cm 3固定化酶颗粒。

浓度为16mmol/L 的75mL 蔗糖溶液快速流过固定化酶层。

在另一个反应器等量的游离酶与同体积蔗糖溶液相混合，并假定游离酶和固定化酶的动力学特征
是相同的，即K m =8.8mol/m 3,k cat =2.4×10-3mol/(g ﹒s) ，蔗糖在离子交换树脂中有效扩散系数D e
为2×10-6 cm 2/s 。

试求：
（1）游离酶的反应速率是多少？
（2）固定化酶的反应速率是多少？
[04章微生物反应动力学]
1. 以葡萄糖为单一碳源，进行某种微生物好氧或厌氧培养。

已知此菌的比生长速率μ、葡萄糖的
比消耗速率γ、细胞、葡萄糖、二氧化碳和各产物中的碳元素含量α1、α2、α3和αi ，利用这6个
常数给出此菌的与生长相关的物料衡算式。

2 通过实验测定，已知反应底物十六烷烃和葡萄糖中有2/3的碳转化为细胞中的碳。

（1）计算下述反应的计量系数，
十六烷烃：
()222.186.03.74.4323416eCO O dH N O H C c bNH aO H C ++→++
葡萄糖：
()222.186.03.74.4326126eCO O dH N O H C c bNH aO O H C ++→++
（2）计算上述两反应的得率系数Y X/S (g 干细胞/g 底物)和Y X/O (g 干细胞/g 氧)。

3．在啤酒酵母的生长试验中，消耗了0.2kg 葡萄糖和0.0672kgO 2，生成0.0746kg 酵母菌和
0.121kgCO 2，请写出该反应的质量平衡式，计算酵母得率Y X/S 和呼吸商RQ 。

4. Herbert 在1976年以酒精为基质通风条件下连续培养Candida utilis ，对过程建立反应式如下。

求系数a 、b 、c ，菌体得率S X Y /及呼吸商RQ 。

O cH CO O N CH NH bO O H aC 2247.019.082.132612690.019.0++→++
5. 葡萄糖为碳源进行酿酒酵母培养，呼吸商为1.04，氨为氮源。

消耗100mol 葡萄糖和48mol
氨，生成细胞48mol 、二氧化碳312mol 和水432mol 。

求氧的消耗量和酵母细胞的化学组成。

6 以葡萄糖为唯一碳源的最低培养基进行Candida utilis 培养，Y x/s =91.8g-细胞/mol 葡萄糖，求
Y kJ 。

已知葡萄糖的燃烧热为2830KJ/mol 。

7. 以葡萄糖为唯一碳源的基本培养基厌氧培养产气气杆菌, Yx/s= 26.1 g 细胞/mol 葡萄糖,试求分
解代谢消耗葡萄糖的量占总消耗量的分率? 已知每克细胞含0.45g 碳,每mol 葡萄糖含72g 碳,
且S=S △△合成 +S △分解。

8．分别采用含有蛋白胨和牛肉膏的复合培养基、含有20余种氨基酸的合成培养基和基本培养基
进行运动发酵单胞菌厌氧培养，碳源为葡萄糖，获得如下表所示结果。

已知菌体的含碳量（以碳
源/细胞计）为0.45g/g ，求采用不同培养基时的Y KJ 。

培养基 Y X/S （g/mol ）
（以细胞/葡萄糖计） Y P/S （mol/mol ） （以乙醇/葡萄糖计）Y P/S （mol/mol ） （以乳酸/葡萄糖计） 菌体中由葡萄糖所来碳元素的量
基本 4.1 1.5
0.2 1.0 合成 5.0 1.5
0.2 0.62 复合 8.0
1.6 0.2 0.48 9．干酪乳杆菌在蛋白胨、牛肉膏为主要成分的复合培养基中，分别以葡萄糖和甘露醇为能源厌
氧培养，结果如下表。

已知∆H G ＝−2816kJ/mol ，∆H L = −1363kJ/mol ，∆H A = −870kJ/mol ，∆H E =
−1368kJ/mol ，∆H F = −264kJ/mol ，∆H a = −22.15kJ/mol ，∆H M = −3038kJ/mol 。

试计算Y kJ 。

能源 Y P/S (mol/mol) (以产物／基质计) Y X/S (g/mol)
(以细胞/基质计）乳酸 乙酸
乙醇 甲醇 葡萄糖 0.05 1.05
0.94 1.76 62.0 甘露醇 0.4
0.22 1.29 1.6 40.5 10．葡萄糖为唯一碳源，进行酵母培养，反应式为
O H CO O H C O O H C 2294.15.692.32612642.375.210.211.1++→+
求（1）Y X/S ；
（2）生成1kg 细胞量时的∆H h 。

已知酵母细胞和葡萄糖的燃烧热分别为1.50×104kJ/kg
和1.59×104kJ/kg 。

11. 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 。

0.314C 6H 12O 6+0.75O 2+0.19NH 3 CH 1.82N 0.19O 0.47 +0.90CO 2 +1.18H 2O
12. 以乙醇为唯一碳源进行产气杆菌培养，菌体初始浓度X 0＝0.1kg/m 3，培养至3.2h ，菌体浓度
为8.44kg/m 3，如果不考虑延迟期，比生长速率μ一定，求倍增时间t d 。

13. 细菌的化学元素测定结果是：碳元素含量(干重)53%，氢元素7.3%，氮元素12.0%，氧元素
19.0%，确定其化学式。

14. 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 。

[05章微生物反应器操作]
1. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量0X ，生成的细胞量为0A X ，此间死亡细胞量为
0D X ，已知A A f X X =00。

生成的细胞在接种l t 时间后开始指数型繁殖，l t 以后的细胞量为X ，
请推导出()l t f X =的关系式。

A f 分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并作图表示出。

2. 一定的培养体系中细胞以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时
保证细胞的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。

3. 试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的细胞生长速率。

微生物的生长可采用Monod
方程表达。

4．面包酵母连续培养中，菌体浓度为10kg/m 3，菌体生成速度为10kg/h ，求流加培养基中基质
（乙醇）浓度及培养液的量。

稀释率kg kg Y h D S X /5.0,1.0/1==−（以细胞/基质计），可采用
Monod 方程，已知31max /05.0,15.0m kg K h S ==−μ。

5．恒化器进行具有抑制作用的连续培养，比生长速率可由式S
i i S C K C K S ++μ=μ)/1(max 给出，其中,/05.0,/0.1L g C L g K i S ==g g Y S X /1.0/=（以细胞/基质计），
L g X L g C S /05.0,/0.100==，求菌体的最大生产速率与相应的稀释率max D ，并与没有抑制
时相比较。

6．连续培养是一个求微生物生长参数的好工具。

在一连续培养中，如果稀释率等于0.5h -1时发
生“冲出”现象。

因此，微生物菌悬液的光密度，在4h 中由1.00降到0.60。

（1）求此微生物的
max μ。

（2）当稀释率降至（把流速降低些）0.2 h -1后，不再有洗出现象，渐渐达到一稳态；如
果此时微生物所用的限制底物的S K 为2g/L ，试问在此稳态下，罐内基质浓度为多少？
7. 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，μmax =0.30h -1，Ks =0.1kg/m 3。

流加开始时培养液体积V 0=0.01m 3。

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. 某微生物的生长可用Monod 方程来描述，并且μmax =0.5/h ，K S =2g/L 。

连续培养中，流加基质
浓度S o =48g/L ，Y X/S =0.45g/g ，在稳定状态下，菌体的最大生产强度为多少？
9.以葡萄糖为基质在如下条件进行具有反馈的连续操作。

V ＝1m 3；F ＝0.1m 3/h ；Y X/S ＝0.158g /g (以
细胞/葡萄糖计)；S in =10kg /m 3；r =0.8；g =1.5。

已知微生物反应可以用Monod 方程来表示，其中
μmax =0.41h -1，K S ＝0.22kg /m 3，求比生长速率μ，反应器内基质浓度S out 和菌体浓度X 和分离装置
出口处的菌体浓度X ′。

10. 微生物的生长可用Monod 方程来描述，并且μmax =0.5/h ，K S =2g/L 。

(1) 连续培养中，流加基
质浓度S o =48g/L ，Y X/S =0.45g/g ，在稳定状态下，菌体的最大生产强度为多少？(2) 采用相同容
积的发酵罐，且D=0.2/h 连续稳定状态下培养，若要保证反应系统的基质流出浓度S 小于0.5g/L ，
问需要几个发酵罐串联？基质转化率为多少？
11.以葡萄糖为唯一碳碳源培养大肠杆菌。

流加培养开始时的L V 0.10=，
h L F L g S in /2.0,/80==，反应方程式可以用Monod 方程来表示，其中
g g Y L g K h S X S /6.0,/0.1,2.0/1max ===μ−（以细胞／葡萄糖计）。

流加培养2h 后，求
（1）此时的培养液体积V ；
（2）反应完成时反应器中的菌体浓度。

12. 以甘油为基质进行阴沟气杆菌分批培养。

时间0=t 时，L g X /1.00=，L g S /500=。

反
应方程式可以用Monod 方程表示，1max 85.0−=μh ，g
g Y L g K S X S /53.0,/1023.1/2=×=−（以细胞／葡萄糖计），若不考虑诱导期和死亡期，求培养至6h 的菌体浓度。

13. 采用合成培养基，在31m 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31max /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。

［07章生物反应器］
1．底物L mol C So /2=和酶L mol C EO /001.0=加到分批式生化反应器中，反应至4.1min 时底物的转化率为90%，试证明此反应的动力学方程是S
S EO C C C r +=1103。

2. 某一酶促反应，其米氏常数K m 为1mmol ，底物初始浓度为3mmol 。

2 min 后，5%的底物被转
化，试求10 min 、30 min 、60 min 后，底物转化率分别为多少?
3.某一酶促反应可以米氏方程表达，已知min)/(13,/03.0max ⋅==L mol r L mol K m ，底物流
量min,/10L F =入口底物浓度L mol S in /10=，底物的95%转化为产物，计算以下反应器条
件下所需反应器体积：（1）CSTR 条件下；（2）CPFR 条件下。

4．初始浓度为3
/1.0m mol 的麦芽糖在酶的作用下加水水解生成葡萄糖，底物流量
s m F /002.03=，转化率%80=χ，反应符合米氏反应规律，)/(1039.433max s m mol r ⋅×=−，
3/03.1m mol K m =。

求（1）采用单级CPFR 反应器时所需体积；
（2）采用单级CSTR 反应器时所需体积；（3）其他条件不变，采用两个CSTR 反应器时的反应体积；比较上述3种情况。

5. 初始浓度为0.1mol/m 3麦芽糖在酶的作用下水解生成葡萄糖，底物流量F=0.002m 3/s ，转化率
χ=80%，反应符合米氏方程，r m =4.0×10-3mol/(m 3.s)，K m =1.0mol/m 3。

求(1)采用PFR 型酶反应器。