生物化工思考题.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生物化工思考题.精品文档.思考题及参考答案：1、什么是生物化工？利用化学工程原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发，使之成为生物反应过程的一门学科，是生物化学与工程学相互渗透所形成的一门新学科。它应用工程学这一实践技术，以生物体细胞（包括微生物细胞、动物细胞、植物细胞）作为研究的主角、生物化学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，广泛而深刻地揭示了生物工业的过程。所以生化工程是化学工程的一个分支，也是生物工程的一个重要组成部分。 生物化工是化学工程的一个前沿分支，它应用化学工程的原理和方法，研究解决有生物体或生物活性物质参与的生产过

2、程即生物反应过程中的基础理论及工程技术问题。2、 说说生物化工的特点？ （1）以生物为对象，常以有生命的活细胞或酶为催化剂，创造必要的生化反应条件，不依靠地球上的有限资源，着眼于再生资源的利用。（2）由于细菌不耐高温，需在常温常压下连续化生产，工艺简单，并可节约能源，减少环境污染。（3）定向地按人们的需要创造新物种、新产品和有经济价值的生命类物质，开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的新途径。（4）生物化工为生物技术提供了高效率的反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术，扩大了生物技术的应用范围。3、生物反应过程的特点答：（1）稳定性较差 由于采用生物催化剂，可在常温常压下进行反应

3、，且可运用重组DNA技术及细胞融合技术改造生物催化剂，但生物催化剂易于失活，易受环境影响和污染，一般采用分批操作。（2）污染小 可采用再生性的生物资源为原料，来源丰富，价格较低，过程中产生的废料危害性较小，但往往形成原料成分不易控制，对生产控制和产品质量带来影响。（3）设备简单，能耗小 生物反应过程的生产设备较为简单，能量消耗较少，但由于过高的底物和产物会给酶带来抑制作用和微生物细胞不能耐受外界溶液过高的渗透压，反应液的底物和产物浓度不能太高，造成反应器体积很大；（4）反应机理复杂，产物提取困难 酶反应的专一性强，转化率高，但成本较高；发酵过程应用面广，成本较低，但反应机理复杂，难以进行控制，

4、产物中常含有杂质，给提取带来困难。4、生物化工具体研究的内容有哪些？答：（1）原料预处理 即底物（酶催化反应中的作用物）或培养基(发酵过程中的底物及营养物，也称营养基质)的制备过程，包括原料的物理、化学加工和灭菌过程。（2）生物催化剂的制备 生物催化剂是指游离或固定化的活细胞或酶，微生物是最常用的活细胞催化剂，酶催化剂则从细胞中提取出来。 菌种分离、筛选、选育是生物催化剂制备的关键。 重组DNA技术及细胞融合技术改造或构建新的生物催化剂。 固定化酶或固定化细胞的出现，使生物催化剂能较长时期地反复使用。（3） 生物反应的主体设备 即生物反应器，凡反应中采用整体微生物细胞时，反应器则称发酵罐；凡采

5、用酶催化剂时，则称为酶反应器。另还有适用于动植物细胞大量培养的装置。为了设计生物反应器并确定其操作方式和操作条件，在发酵动力学、酶动力学以及传递过程原理的基础上形成了生化反应工程。（4） 生物化工产品的分离和精制 这一部分常称下游加工，是生化分离工程的主要内容。主要研究生化工业中生物制品分离和纯化的工程技术，以及生化分离过程中一些主要的分离单元操作和分离工程领域的新技术 5、说说生物化工在化工、冶金工业中的作用 化工：利用微生物发酵生产多种化工原料，如甲醇、乙醇、丁二醇、异丙醇、乙酸、乳酸、苹果酸等。利用微生物合成高分子化合物，多糖、葡聚糖等。国外用微生物合成的聚羟基丁酸（PHB）塑料，可被微

6、生物降解，而不会给环境带来污染。 冶金：利用微生物将矿石中的金属萃取出来，如萃取铜、金及其他一些稀有元素等。6、生物有机酸有哪些应用 采用发酵法生产的有机酸已在食品、医药、塑料、香料等行业得到应用。柠檬酸用途很广，其中用于食品和饮料行业的为50%，医药行业为20%，化学工业为20%，化妆品为2%，其他8%。柠檬酸是我国最大的出口发酵产品。L-苹果酸主要用于食品业、保健品、化妆品及饮料的酸味剂和防腐剂。7、说说酶制剂的应用 酶是细胞原生质合成的一种高活性的生物催化剂，由许多氨基酸组成，其催化性能具有高效和专一性。酶普遍存在于动物、植物、微生物中，通过采取适当的理化方法，将酶从生物组织或细胞以及发

7、酵液中提取出来，加工成具有一定纯度标准的生化制品，成为酶制剂。酶制剂主要有-（-）淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、纤维素酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶等。8、什么是生物催化剂 生物催化剂是指由常规选育或经现代生物工程方法获得的菌株、细胞系或从中提取的酶。它的作用相当于化学反应中的催化剂，是生化反应中不可缺少的。从自然界得到的菌种要进行筛选、分离、遗传育种，有的还要经过菌种变异才能使用。9、什么是生物反应器 生物反应器是整个生物反应过程的关键设备，为特定的细胞或酶提供适宜的增殖环境，也可在反应器中进行特定的生化反应。它的结构、操作方式和操作条件与产品的质量、转化率和能耗有着密切的关系。根据反应器的操作方式，可

8、分为间歇操作、连续操作和半间歇操作。根据生物催化剂在反应器中的分布方式进行分类，可分为生物团块（包括细胞、絮凝物、菌丝体）反应器和生物膜反应器两大类。 10、典型生物化工品的生产工艺举例（1）有机化工品丙烯酰胺（AN） 丙烯酰胺无色、无味，分子式是 C3H5ON ，固体是粉剂的结晶产品，含量大于97%，熔点为84.5。水剂产品含丙烯酰胺分别是25%、30%、40%、50%等。25%或40%的水剂产品反应方程式如下：工艺流程：（2）食品添加剂柠檬酸 柠檬酸(citric acid)，别名枸橼酸，化学名称为2-羟基丙三羧酸，分子式是 C6H8O7（无水物）。柠檬酸有无水物和一水合物两种，无臭，有强

9、酸味，易溶于水、乙醇和乙醚。无水柠檬酸为白色晶体颗粒或粉末，相对密度1.67，熔点是153，在潮湿空气中吸潮，能形成一水合物，一水合物是无色半透明结晶，相对密度1.542，熔点是100133。结构简式：生产工艺过程： 柠檬酸的生产方法有三种，一是由水果提取；二是用化学方法合成，即用草酰乙酸与乙烯酮缩合制得；三是用发酵法制取。 发酵法生产柠檬酸是用黑曲霉菌做发酵剂，主要原料是碳水化合物，如从蔗糖或甜菜中提取的糖蜜、甘薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯加工废渣和废液、木薯粉等。11、生物催化法合成的主要产品有哪些？ 产品名称产量丙烯酰胺10万吨/年聚乳酸1.3万吨/年阿斯巴甜2万吨/年生物柴油与汽油1000

10、万吨/年抗菌素中间体6APA0.9万吨/年12、工业生物催化的特点：工业生物催化在常温、常压下反应，具有投资少、耗能低以及温室气体排放量低等优点外，且生物催化剂是微生物和蛋白质，可生物降解，环境友好，具有极高的催化效率(可比化学催化剂高达1071013倍)，并具高度专一性，包括化学专一性，立体专一性等可以有效地催化手性反应等一般化学催化剂难以完成的反应。13、生物催化发展的主要推动力（1）新产品需求 (社会压力)；（2）健康：医药、检测；（3）日用品：洗涤用品、乳品、生物可降解塑料；（4）环境 (法律法规压力)；（5）绿色化学、能源、温室效应；（6）新发现或基础研究 (技术压力）；（7）基因工

11、程 /定点突变/定向进化、代谢工程、组合化学； （8）得益/成本降低 (商业压力)；（9）生物分离。14、生物催化剂工程技术瓶颈（1）对生物催化剂作用机理缺乏深入的认识；（2）对次级代谢产物代谢途径（包括途径间相互关系）缺乏理解；（3）细胞工程化的方法十分有限（即代谢工程）；（4）生产酶和辅因子的成本过高。15、生物催化的研究热点（1）新酶或已有酶的新功能的开发；（2）根据已有底物开发新的酶反应；（3）利用突变或定向进化技术改善生物催化剂性能；（4）利用重组DNA技术大规模生产生物催化剂；（5）利用有机溶剂或共溶剂开发新的反应体系；（6）体内或体外合成的多酶体系；（7）克服底物和产物抑制；（8

12、）精细化工品或医药合成技术的放大；（9）辅因子再生；（10）生物催化剂的修饰；（11）生物催化剂的固定化。16、中国生物重要产品产业化进展17、生物燃料丁醇的特性18、说说工业生物催化的水解反应水解反应是应用较多且易于进行的反应，广泛应用于酯、内酯、酰胺、苷、内酰胺等化合物的水解。在低水活度的溶剂体系中，可进行水解反应的逆反应，即酯或酰胺的合成反应，生物催化的水解作用具有对映体选择性，故可广泛用于手性化合物的拆分。在水解反应中酰胺键和酯键的水解反应易在蛋白酶、酯酶和脂肪酶的生物催化下完成，不需要必须再生的敏感性的辅因子参与，且有大量的有宽泛的底物专一性的酶可供选择。生物催化的水解反应包括酰胺键

13、的水解、酯的水解、腈的水解、环氧化物的水解、磷酸酯的水解和形成等。19、说说工业生物催化的氧化、还原反应 工业生物催化的氧化反应包括：醇和醛的氧化反应，涉及多元醇的区域选择性氧化、前手性或内消旋二醇的氧化去对称化及通过氧化拆分醇；过氧化反应，涉及氧化脱氢、氧转移和氧化卤化；过氧化反应，涉及单加氧酶和双加氧酶。 工业生物催化的还原反应包括：完整细胞进行醛和酮的还原反应，涉及用面包酵母生物催化进行醛和酮的还原反应(如酮的不对称还原反应)和酮的非对映选择性还原，氧化卤化和氧转移(如过氧化物还原、烯烃环氧化、亚砜化和碳氢键羟基化)；游离酶进行醛和酮的还原反应，涉及羟基甾体脱氢酶生物催化进行酮立体选择性

14、还原、醇脱氢酶生物催化进行对映选择性还原酮、马肝醇脱氢酶生物催化对映选择性还原有机金属醛、马肝醇脱氢酶生物催化前手性萘二酮的不对称还原及非对映选择性还原烷基噻喃酮等。20、我国工业生物催化领域发展战略 工业生物催化正处于高速发展的时期，我国与国际发达国家相比，虽然总体上存在较大差距，但也取得了一些令人瞩目的成绩，只要奋起直追，仍有赶超甚至独树一帜的可能。我国工业生物催化领域发展战略： （l）、在前期阶段，以跟踪国外进展为主要策略。加强国际合作与交流，适当引进急需品种，在逐步缩小差距的过程中力争与国外同步发展。 （2）、在中后期，以发展有中国特色和自主知识产权的生物催化工业为主要策略。利用中国江

15、河湖海、森林沼泽中丰富的生物种群资源，筛选特种微生物及其酶，并利用定向进化技术等新技术加强酶的构效关系分析与新酶的构建，为发展有中国特色和自主知识产权的生物催化工业奠定资源基础。 （3）、选择模式生物或有高附加值产物的代表性生物，深入代谢途径研究，建立生物代谢调控的示范性平台技术；加强反应器与检控设备的研发。为生物催化的工业放大与调控奠定技术与设备基础。 （4）、组建生物催化技术学会和产业协会，加强交流，促进合作，加速新生物催化剂的产业化。 21、酶工程的概念及研究内容。 酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的

16、原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面的研究内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。22、简述固定化酶的优、缺点及酶固定化的方法。固定化对酶稳定性有何影响？固定化酶与水溶性酶相比，具有的优点：（1）极易将底物、产物分开；（2）可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应；（3）在大多数情况下，可以提高酶的稳定性；（4）酶反应过程可以加以严格控制；（5）产物中没有酶的残留，简化了工业设备；（6）较水溶性酶更适合于多酶反应；（7）可以增加产物的得率，提高产物的质量；（8）酶使用效率提高，成本降低。 固

17、定化酶在使用中存在如下的缺点：（1）固定化时，酶活力有损失；（2）增加了固定化的成本，投资大；（3）只能用于水溶性底物，而且较适用于小分子底物，对大分子底物不适宜；（4）与完整菌体比，不适于多酶反应，特别是需要辅因子的反应；（5）胞内酶必须经过酶的分离。 酶的固定方法有四种：吸附法；共价键结合法；交联法；包埋法。 固定化对酶稳定性的影响：大多数酶在固定化以后，有较高的稳定性和较长的有效寿命。其原因是：（1）固定化增加了酶结构的牢固性程度；（2）阻挡了不利因素对酶的侵袭；（3）限制了酶分子的相互作用。 23、试述酶工程在啤酒生产中的应用。并画出啤酒生产的工艺流程。一、改进啤酒生产工艺，提高啤酒质

18、量 原理：以大麦、水为主要原料，以大米或其他未发芽的谷物、酒花为辅助原料。大麦经过发芽产生多种水解酶类制成麦芽，麦芽和未发芽的谷物原料再经过糖化，借助麦芽本身多种水解酶类将淀粉、蛋白质等大分子物质分解为可溶性糖类、糊精以及氨基酸、肽等低分子物质制成麦芽汁，麦芽汁通过酵母菌的发酵作用生成酒精和CO2，以及多种营养和风味物质，最后经过过滤、包装、杀菌等工艺制成CO2含量丰富、酒精含量仅3-6、富含多种营养成分、酒花芳香、苦味爽口的饮料酒即成品啤酒。 酒花：是桑科蔓延性植物的雌花，经干燥后备用。因含有律草酮、蛇麻酮、单宁等，所以不仅给啤酒以特有的芳香味和爽快的苦味，而且还有澄清和防腐作用。工艺过程：

19、大麦清选分级浸渍发芽干燥麦芽及辅料粉碎糖化过滤麦汁煮沸麦汁沉淀麦汁冷却接种酵母繁殖主发酵后发酵过滤包装杀菌贴标成品。传统的啤酒生产主要依靠麦芽中的、-淀粉酶的水解作用，生成麦芽糖，进而发酵过滤等，又称全麦啤酒。传统的生产过程缓慢，效率低，难以适应现代化的要求，正逐步向外加酶制剂的方向发展。20世纪80年代以后，耐高温淀粉酶在我国广泛推广，外加酶的范围不断扩大，已从糊化锅、糖化锅发展到前发酵、后发酵、清酒罐装等方面，啤酒生产实现了无麦芽糊化，节粮、节能显著，啤酒行业的综合经济效益得到进一步提高。多种酶的添加成为现代啤酒技术进步的一个标志。 （一）固定化生物催化剂酿造啤酒新工艺 利用固定化酶和固定

20、化细胞技术酿造酒是近年来国外啤酒工业的新工艺。 前苏联专家把酵母细胞镶嵌在陶瓷或聚乙烯材料的环形载体上(直径为10-20mm)进行啤酒发酵，发酵周期缩短到2d，鲜啤酒的理化指标均可达到传统工艺水平，但产量比传统工艺增加22.5倍。 上海工业微生物所和上海华光啤酒厂把卡伯尔酵母固定化后用于啤酒酿造，试验表明，啤酒的主发酵时间可以控制在24h以内，后酵时间缩短到7d左右，比传统工艺缩短一半以上，酿成的啤酒口味正常、泡沫性良好，各项理化指标均符合标准。 固定化的方法主要有下述两种：（1）一种是以藻朊酸作为交联剂通过与酶共价结合起来，再把微生物细胞包埋进去；（2）另一种是将干燥的微生物酵母细胞悬浮在酶

21、液中，使两者充分混合，脱水后加戊二醛和鞣酸(单宁)使两者结合起来。 （二）固定化酶用于啤酒澄清 啤酒中含有多肽和多酚物质，在长期放置过程中，会发生聚合反应，使啤酒变混浊。在啤酒中添加木瓜蛋白酶等蛋白酶，可以水解其中的蛋白质和多肽，防止出现混浊。但是，如果水解作用过度，会影响啤酒泡沫的保持性。 Witt等人（1970年）用戊二醛交联把木瓜蛋白酶固定化，可连续水解啤酒中的多肽。将经预过滤的啤酒在0和-1下及一定二氧化碳压力，通过木瓜蛋白酶的反应柱，得到的啤酒可在长期贮存中保持稳定。 固定化木瓜蛋白酶的优点之一 是热稳定性提高。可溶性的木瓜蛋白酶在88时30min失活，而欧重氨基芳香基硅烷固定的木瓜

22、蛋白酶在88时80min才失活。 （三）添加蛋白酶和葡萄糖氧化酶，提高啤酒稳定性 1、添加蛋白酶提高啤酒稳定性通过蛋白酶来降解啤酒中的蛋白质，提高啤酒稳定性。目前主要采用添加菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶。多数是在成熟啤酒过滤之前，与酒液混合进过滤机，或者直接加入清酒罐中。每1kg固定化木瓜蛋白酶可处理啤酒1t以上，在连续式反应器中，可连续使用3个月以上。 2、添加葡萄糖氧化酶，提高啤酒稳定性和保质期。 啤酒中多酚类物质的氧化不仅加速了混浊物质的形成，而且使啤酒色泽加深，影响啤酒风味。 葡萄糖氧化酶能催化葡萄糖生成葡萄糖酸，同时消耗了氧，起到了脱氧作用。葡萄糖氧化酶的存在可以去除啤酒中的溶氧和成品酒中

23、瓶颈氧，阻止啤酒氧化变质、防止老化、保持啤酒原有风味、延长保质期 。 实践证明，添加葡萄糖氧化酶后的啤酒溶氧量大幅度减少，老化减轻，口感好，澄清度高，可延长保质期12个月。葡萄糖氧化酶是一种天然食品添加剂，无毒副作用。该酶在pH值3.5-65，温度2070范围内均可稳定发挥作用，作用后不产生沉淀、混浊现象， （四）葡聚糖酶提高啤酒的持泡性啤酒原料大麦中含有-葡聚糖，含量约5-8。在大麦发芽过程中，产生一定量的-葡聚糖酶并对-葡聚糖进行降解作用。适量的-葡聚糖是构成啤酒酒体和泡沫的重要成分，但过多的-葡聚糖会使麦芽汁难于过滤，降低出汁率，易使麦芽汁浑浊。在发酵阶段，过量的-葡聚糖可与蛋白质结合，

24、使啤酒酵母产生沉降，影响发酵的正常进行。如果成品啤酒-葡聚糖含最超标，容易形成雾浊或凝胶沉淀，严重影响产品质量。 （五）降低啤酒中双乙酰含量 双乙酰即丁二酮（CH3COCOCH3）的含量多少是影响啤酒风味的重要因素，是品评啤酒是否成熟的主要依据，在一定程度上决定着啤酒的质量，双乙酰由-乙酰乳酸经非酶氧化脱羧形成，是啤酒酵母在发酵过程中形成的代谢副产物。 一般成品啤酒的双乙酰含量不得超过0.1mg/L，否则会使啤酒带有不愉快的馊味。-乙酰乳酸脱羧酶可使-乙酰乳酸转化为3羟基丙酮，改变了-乙酰乳酸转化途径，从而有效地降低啤酒中双乙酰的含量，加快啤酒的成熟。 啤酒生产工艺流程图24、简述环状糊精的种

25、类及在食品工业中的应用。环状糊精：是一种由6个以上的葡萄糖以-1，4糖苷键结合的环状低聚糖。它是应用环状糊精葡萄糖基转移酶的催化作用自淀粉或葡萄糖分子间转化而成的。 这种酶的产生菌，目前采用嗜碱性芽孢杆菌。 环状糊精产品的主要种类： -环状糊精：由6个脱水葡萄糖单位组成 -环状糊精：由7个脱水葡萄糖单位组成 -环状糊精：由8个脱水葡萄糖单位组成 环状糊精的作用：（1）、使易挥发、氧化和光分解的物质稳定化食品中易挥发的香精、香料及食品中的香味物质，食品中易氧化及遇光和热易分解的色素、维生素、生理活性物质等，可借助环状糊精和它们所形成的包接络合物使其稳定化。 （2） 、改变物质的物理和化学性质：改

26、变食品中色、香、味等成分的乳化性和分散性，使某些难溶于水的物质溶解和乳化，常用于脂肪含量高的乳饮料、蛋白饮料、调味油、冰淇淋、咖啡、可可饮料中，以提高其乳化稳定效果，并保持其特有的风味；在蛋白起泡粉中添加-CD可提高其起泡能力；通过和CD形成包接络合物可以去除食品中的异臭味和苦味； 脱除柑橘汁、水解蛋白等食品中的苦味；脱除食品中的胆固醇，生产无胆固醇食品；应用CD形成包接络合物使液体食品固体化或粉末化。 如用CD将液体的酒类、饮料、调味品等改变成固体状，生产出固体酒、固体饮料和固体调味品，以方便包装、运输和贮藏。 如脱除海产品的腥味及肉制品和豆制品、调味品、酵母制品等食品令人不快的臭味；（3）

27、改变被包接络合物分子的反应性能： 利用和CD形成包接络合物，一方面可以使易起反应的共混物质成分稳定化，使之共同存在而不发生反应；另一方面可选择性地保护部分反应基团，使反应物选择性地反应。 可应用于食品中防止沉淀及一些不利的化学反应，如防止食品的变色、变味等。28、什么是酶反应器酶和固定化酶在体外进行催化反应时，都必需在一定的反应容器中进行，以便控制酶催化反应的各种条件和催化反应的速度。用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。酶反应器是用于完成酶促反应的核心装置。它为酶催化反应提供合适的场所和最佳的反应条件，以便在酶的催化下，使底物（原料）最大限度地转化成产物。它处于酶催化反应过程的中

28、心地位，是连接原料和产物的桥梁。29、酶催化反应过程示意图：30、酶反应器及其类型酶反应器 酶反应器：利用游离酶、或固定化酶将底物转化成产物的装置。 酶反应器类型：根据使用对象的不同，可以分为l 游离酶反应器l 固定化酶反应器。 31、固定化酶反应器的类型 （1）、间歇式搅拌罐； （2）、连续式搅拌罐； （3）、固定床反应器（填充床反应器）；（4）、 流化床反应器； （5）、 膜型反应器； 32、间歇式搅拌罐 特点：酶的底物一次性加入反应器，而产物一次性取出，反应完成，将固定化酶滤出，再转入下一批反应。 优点：反应器结构简单，造价较低；由于搅拌使内容物混合均匀；反应温度和pH值易于控制；传质阻

29、力小，反应能迅速达到稳态；能处理难溶底物或胶状底物，适用于受底物抑制的酶反应。 缺点：反应效率较低，容易造成酶失活，游离酶不能回收，操作麻烦，不适用于大规模工业生产。 33、连续式搅拌罐 特点：向反应器投入固化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平衡之后，再以恒定的流速补充新鲜底物溶液，以相同流速输出反应液。 优点：该反应器具有与间歇式搅拌罐同样的优点。此外，不需要将固定化酶滤出，因而操作较简便。 缺点：反应效率较低，容易造成酶失活34、固定床反应器 特点：将固定化酶填充于反应器内，制成稳定的固定床。底物溶液以一定的方向和流速不断地流进固定床，产物从固定床出口不断地流出来。 优点：反应效率较高；可

30、以减少产物对酶的抑制作用；结构简单，容易操作，适用于大规模工业生产。 缺点：传质系数和传热系数较低；柱床不易堵塞；底物溶液必须在加压下才能流入柱床内；更换固定化酶较麻烦。35、流化床反应器 特点：底物溶液以较大的流速，从反应器底部向上流过固定化酶柱床，从而使固定化酶颗粒始终处于流化(浮动)状态。 优点：使反应液混合比较充分，进而使传质、传热情况良好；对温度和pH值的调控及气体的供给都比较容易；柱床不易堵塞 缺点：需要保持较大的流速，运转成本较高；固定化酶处于流动状态，易使酶颗粒磨损；流化床的空隙体积大，使酶浓度不高；底物溶液高速流动，使固定化酶冲出反应器外，从而降低了产物转化率。 36、膜型反

31、应器 特点：由膜状或板状的固定化酶所组装的反应器，均称膜型反应器。 类型：螺旋卷膜式反应器；中空纤维膜式反应器；超滤膜酶反应器37、设计酶反应器的原则 酶反应器设计的主要目标：产品的质量和产量最高，生产成本最低评价酶反应器优劣的条件：生产能力大小；产品质量高低38、酶传感器 酶传感器:以固定化酶作为感受器，以基础电极作为换能器的生物传感器。 酶传感器的类型:根据感受器与基础电极结合方式的不同，将酶传感器分为：l 电极密接型l 液流系统型 电极密接型：直接在基础电极的敏感面上安装固定化酶膜，从而构成酶电极。 液流系统型：将固定化酶填充在反应柱内，底物溶液流经反应柱时，发生酶促反应，产生生化信号再

32、流经基础电极敏感面，此时，生化信号转换成电信号。39、酶传感器的工作原理： 把酶电极插入待测溶液中，此时固定化酶专一地催化混合物中目的物质发生化学反应，产生某种离子或气体等电极活性物质(生化信号)，再由基础电极给出混合物溶液中目的物质的浓度数据。 40、 酶传感器的性能指标：（1）稳定性：酶电极的稳定性可以用使用时间和使用次数来表示。（2）响应特性：从酶电极插入被测试样到获得稳定测定值的电信号所需要的时间，称为响应时间。（3）恢复时间：酶电极在完成第一个样品测定之后，不能立即作第二个样品测定，需要有一个恢复时间。（4）测量范围：测量范围是指酶电极电位对目的物质浓度存在线性关系的底物浓度范围。（

33、5）测定中的干扰 41、酶传感器的应用 酶电极具有测试专一、灵敏、快速、简便、准确的优点，并且，稳定性较好，可以使用几十次到几百次。因此，它已广泛地应用于发酵过程、临床诊断、化学分析，以及环境监测等各个方面。 用于测定许多物质的含量：葡萄糖、尿素、尿酸、乳酸、乙酸、赖氨酸、乙醇、胆碱、乳糖、果糖、蔗糖、过氧化氢等物质。 42、常见的酶反应器类型 按结构区分：（1）搅拌罐式反应器；（2）鼓泡式反应器；（3）填充床式反应器；（4）流化床式反应器；（5）膜反应器； 按操作方式区分：（1）分批式反应；（2）连续式反应；（3）流加分批式反应。（3） 混合形式；（4）连续搅拌罐反应器；（5）分批搅拌罐反应

34、器。 43、各种酶反应器的特点反应器类型适用的操作方式适用的酶特点搅拌罐式反应器分批式,流加分批式连续式,游离酶固定化酶反应比较完全，反应条件容易调节控制。填充床式反应器连续式固定化酶密度大，可以提高酶催化反应的速度。在工业生产中普遍使用。流化床反应器分批式流加分批式连续式固定化酶流化床反应器具有混合均匀，传质和传热效果好，温度和pH值的调节控制比较容易，不易堵塞，对粘度较大反应液也可进行催化反应。鼓泡式反应器分批式流加分批式连续式游离酶固定化酶鼓泡式反应器的结构简单，操作容易，剪切力小，混合效果好，传质、传热效率高,适合于有气体参与的反应。膜反应器连续式游离酶固定化酶清洗比较困难 喷射式反应

35、器连续式游离酶通入高压喷射蒸汽，实现酶与底物的混合，进行高温短时催化反应，适用于某些耐高温酶的反应44、酶反应器的选择和使用影响酶反应器选择的因素很多，但一般可以从以下几个方面考虑：（1）酶的形式(游离/固定化.)；（2）固定化酶的形状；（3）底物的物理性质；（4）酶反应动力学性质；（5）酶的稳定性；（6）操作要求；（7）反应器制造、控制成本45、 酶反应器使用中应注意的问题：（1） 酶的稳定性对酶反应器的功效是很重要的。在操作过程中，有时需要用酸或碱来调节反应液PH。如果局部的pH过高或过低，就会引起酶的失活，或者使底物和产物发生水解反应。这时，可用加快搅拌已促使混合均匀。（2） 如果底物和

36、产物在反应器中不够稳定的话，可以采用高浓度的酶，以减少底物和产物在反应器中的停留时间，从而减少损失。（3） 防止微生物污染。（4） 酶反应器操作中，生产能力逐渐降低，主要原因是固定化酶活性降低或损失。造成固定化酶活性损失的原因：（1） 酶本身的失活；（2）酶从载体上脱落；（3）载体的破碎或溶解。45、酶反应器的设计（1）、确定酶反应器的类型：酶反应器的设计，首先要根据酶、底物和产物的性质，按照上一节所述的选择原则，选择并确定反应器的类型。（2）确定反应器的制造材料 由于酶催化反应具有条件温和的特点，通常都是在常温、常压、pH近乎中性的环境中进行反应，所以酶反应器的设计对制造材料没有什么特别要求

37、，一般采用不锈钢制造反应容器即可。 （3）进行热量衡算：酶催化反应一般在3070的常温条件下进行，所以热量衡算并不复杂。温度的调节控制也较为简单，通常采用一定温度的热水通过夹套（或列管）加热或冷却方式，进行温度的调节控制，热量衡算是根据热水的温度和使用量计算。对于某些耐高温的酶，例如高温淀粉酶，可以采用喷射式反应器，热量衡算时，根据所使用的水蒸气热焓和用量进行计算。（4） 进行物料衡算： 酶反应动力学参数/底物用量/酶量/反应体积/反应器数量46、我国生化工程情况：（1）研制成功了2.5L、5L、10L等自控发酵罐，具备批量生产的能力。（2） 自行研制100m3双环流气升式反应器，使谷氨酸生产效率提高13.6%左右。（3）耐消毒pH传感器用于维生素C生产过程控制，可使产量提高3%。（4）电子计算机在线控制用于青霉素生产过程，每毫升青霉素发酵液的效价提高7000单位。