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1、生物反应工程原理复习资料1生物反应工程：生物反应工程是一门以讨论生物反应过程中带有共性的工程技术 问题的学科。是以生物学、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。2生物反应过程：是指将试验室的成果经放大而成为可供工业化生产的工艺过程， 包括实现工业化生产过程的高效率运转，或者说提高生产过程效率。4生物反应器：是指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应供应相宜 环境的设施或者场所。5生物反应过程的缩小：依据生产实际，在试验室中使用小型反应器来模拟生产过 程，以进行深化讨论。6转化率：某反应物的转化浓度与该反应物起始比值的百分比7收率：指按反应物进行量计算，生成目的产物的
2、百分数。用质量百分数或者体积百分数表 示8流加操作：是指先将肯定量基质加入反应器内，在相宜的条件下将微生物菌种接入反应器 中，反应开头，反应过程中将特定的限制性基质依据肯定要求加入到反应器中，以掌握限制 性基质浓度保持肯定，当反应结束时取出反应物料的操作方式。9指数流加操作：通过采纳随时间呈指数变化的方式流加基质，维持微生物细胞对数生长的操作方式。10非结构模型：在确定论模型的基础上，不考虑细胞内部结构的不同，即认为细胞为单一组分，在这种抱负状态下建立起来的动力学模型。13Da准数：最大反应速率和最大传质速率之比。14分批发酵：是指将新奇的培育基一次性加入发酵罐中，在相宜的条件下接种后开头 培
3、育，培育结束后，将全部发酵液取出的培育方法。15连续培育发酵连续式操作(continuousoperation)：是指以肯定的速率不断向发酵 罐中供应新奇的培育基，同时等量地排动身酵液，维持发酵罐中液量肯定的培育方法。16稀释率：培育液流入速度和反应器内培育液的体积之比，他表示连续反应器中物 料的更新快慢程度。17得率系数;是对碳元素等物质生成细胞或是其他产物的潜力进行定量评价的重要参数。18细胞得率：消耗1克基质生成细胞的克数称为细胞得率或是生长得率。19动植物细胞培育：是一项将动植物的组织、器官或细胞在适当的培育基上进行无菌培育的技术。20返混：不同停留时间的物料的混合，称为返混。21能量
4、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。23酶的22搅拌器轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的转速回转时，用以克服 介质的阻力所需用的功率，简称轴功率。它不包括机械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不 是电动机的轴功率。定化技术：是指将水溶性酶分子通过肯定的方式如静电吸附、共价键等与载体结24悬浮培育24悬浮培育合，制成固相酶的技术。：通过震荡或是转动装置使细胞始终处于分散悬浮于培育液内的培育方法o25停留时间：停留时间工是指反应物料进入反应器时算起，至离开反应器时为止所经受的 时间。27微生物:26填充床型反应器（PBR）
5、：把催化剂填充在固定床（填充床）中的反应器叫做填充床 （固定床）型反应器。肉眼不能直接观看到的个体微小、结构简洁，但能维持生命并繁殖的微生 物的通称28有效电子数：当Imol碳源完全氧化时，所需要氧的摩尔数的4倍成为该基质的有效 电子数。29微生物的比生长速率：单位重量菌体的瞬时增量 30流化床型反应器（FBR）：装有较小颗粒的垂直塔式反应器。底物以肯定流速从下向 上流过，使固定化酶颗粒在流体中维持悬浮状态进行反应。31生物膜反应器（MBR）：采用膜的分别功能，同时完成反应和分别过程的反应器。32酶反应器：酶作为催化剂进行生物反应的场所。33西勒准数：表面浓度下的反应速率与内部集中速率之比。3
6、4微生物的生长速率：在单位时间内微生物细胞浓度的变化量。35构象转变：在分子生物学里，一个蛋白质可能为了执行新的功能而转变去外形；每一种 可能的外形被称为构象，而在其之间的转变即称为构象转变。37连续培育及稳态:36连续灭菌：就是将配制好的培育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。又叫开放培育，是相对分批培育或密闭培育而言的。连续培育是采纳 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育方法.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。38反馈流加：分间接掌握，直接掌握，定值掌
7、握和程序掌握等流加培育。39恒化器：一种微生物连续培育器。它以恒定的速度流出培育液，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育基的化学环境恒定。而恒浊器反映的是 细胞浊度（浓度）的恒定。40恒浊器：一种连续培育微生物的装置。可以依据培育液中的微生物的浓度，通过光电系 统观掌握培育液的流速，从而使微生物高密度的以恒定的速度生长41双膜理论:在气液两个流体相间存在界面，界面两旁具有两层稳定的薄膜，即气膜和液膜。 这两层稳定的薄膜在任何流体动力学条件下，均呈滞留状态；在气液界面上，两相的浓度总是相互平衡（空气中氧的浓度与溶解在液体中的氧 的浓度处于平衡状态），即界面上不存在
8、氧的传递阻力在两膜以外的气液两相的主流中，由于流体充分流淌，氧的浓度基本上是匀称的, 也就是无任何传质阻力，因此，氧由气相主体到液相主体所遇到的阻力仅存在于两层滞 留膜中。42 CSTRx PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。答：CSTR代表连续全混流酶反应器。PFR代表连续活塞式酶反应器。CSTR型和PFR型酶反应器的性能比较：达到相同转化率时，PFR型酶反应器所需停留时间较短。在相同的停留时间达到相同转化率时，CSTR型反应器所需酶量要大大高于PFR型反应器。 因此一般来说，CSTR型反应器的效果比PFR型差，但是，将多个CSTR型反应器串联时，可克服 这种不利状况
9、。与CSTR型酶反应器相比，PFR型酶反应器中底物浓度较高，而产物浓度较低，因此，发生 底物抑制时，PFR型酶反应器转化率的降低要比 CSTR型猛烈得多；而产物抑制对CSTR型酶反应器影响更显著。43何谓恒化器，何谓恒浊器，二者有何区分？答：恒化器、恒浊器指的是两种掌握方法。恒化器是通过掌握流量而达到相应的菌体浓度。 恒浊器则是通过监测菌体密度来反馈调整流量。前者通过计量泵、溢流管来保证恒定的流量; 后者通过光电池监测细胞密度，以反馈调整流量来保证细胞密度的恒定。恒化器便于掌握， 其应用更为广泛。44影响kLa的因素有哪些，如何提高kLa或Nv?答：影响kLa的因素有：设施参数如设施结构尺寸、
10、搅拌器直径；操作参数如搅拌转速、通风量；发酵液性质，如流变学性质。提高kLa或Nv的措施有：提高转速N,以提高Pg,从而提高kLa。 增大通风量Q。当Q不大时，增大Q可明显提高kLa；但当Q已较大时，连续提高Q,将 降低Pg,其综合效果不会明显提高kLa,甚至可能降低，因此有些调整措施是将提高转 速N和增大通风量Q二者结合。 为了提高NV,除了提高kLa之外，提高C*也是可行的方法之一。通入纯氧或在可行的 条件下提高罐内操作压力，均可提高C*。 丝状菌的生长导致发酵液粘度的急剧提升和kLa的急剧下降。过分提高转速和通气量 可能导致菌丝体的机械破坏和液泛。在此状况下可重复地放出一部分发酵液，补充
11、新奇 灭菌的等体积培育基，这样可使kLa大幅度回升。向发酵液中添加少量氧载体，可提高kLa。45公式1 .米氏方程 v=VmaxXS/ (Km+S)2 . monod方程V3 .停留时间T =-.稀释率D = V4 .转化率7 工 *5 . Da准数 Da = -6 .内集中效率因子.外集中效率因子 妨=就 心7 .菌体得率Yx/S= -aS8 .菌体得率常数Yg = 改(-dS)G9 .反应器生产力量= C =上区(分批式)Pr=5 = 三辿 (连续)t tT T10 .产物生成比速P Xdt11 .换热装置的传热面积F =12 .呼吸商 RQ = QCO2IQo246比较米氏方程和Mono
12、d方程莫诺方程：=心 K+Sr V米氏方程：厂=皿 K+S描述微生物生长描述酹促反应阅历方程理论推导的机理方程方程中各项含义：u：生长比速(h生Hz最大生长比速(卜)S:单一限制性底物浓度(mol/L)七:半饱和常数Gnol/L)方程中各项含义：r：反应速率(mol/L. h)r,Mi：最大反应速率(mol/L. h)S：底物浓度(mol/L)除米氏常数(mol/L)适用于单一限制性底物、不存在抑制的状况适用于单底物酶促反应不存在抑制的状况47比较酶促反应中竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制Km、rmax的变化突 公式/3*无抑制相(正常)匕一二町 直十闻K.竞争性抑制不变1*加非竞争性抻
13、制M小不变J（1 卜累）（Ks +8）反竞争性抑制入M小M小-K- + M*）48分批式操作的特点及其优缺点：特点：微生物所处的环境不断变化；适合于少量多品种的发酵生产；发生杂菌污染时终止操作简洁；可比较简洁通过转变处理对策来转变运转条件变化或转产新产品;对原料组成要求较粗放等。优点：设施制作费用低；同一设施可进行多种产品生产；发生杂菌污染或菌种变异概率低等缺点：反应器非生产周期长频繁灭菌易使检测装置损伤；每次培育均要接种导致生产成本增加；需要非稳定过程掌握费用等49补料分批次操作(流加操作)的优缺点优点：,同一套设施可进行多种产品生产；可任意掌握反应器中的基质浓度；可确保微生物所需的环境；假
14、如能够了解菌体在分批过程中的性质，可获得产物高收率缺点：“存在非生产周期；要较高的投入（需要掌握和高价的检测装置）；人员操作加大了污染的危急；由于频繁染菌，易使检测装置损伤。50连续式操作的优缺点优点：可维持稳定的操作条件，从而使产率和产品质量保持相应稳定；能够有效实现机械化和自动化，降低劳动强度，削减操作人员与病原微生物和毒性产 物接触的机会；削减设施清洗、预备和灭菌等非生产占用时间，提高设施的采用率，节约劳动力和工 时；可削减灭菌次数，延长测量仪器探头的寿命；简洁对过程进行优化，有效地提高发酵产率缺点：对设施、仪器及掌握元器件的技术要求较高，从而增加投资成本；开放的系统和长周期发酵，易造成杂菌污染；长周期连续发酵易发生微生物变异，生长慢的高产菌株可渐渐被生长快的低产变异菌 株取代，从而降低产率；丝状菌体易附着在器壁上和在发酵液中结团，造成连续操作的困难。