生化工程復(fù)習(xí)資料

一，名詞解釋。生化工程:是為生物技術(shù)服務(wù)的化學(xué)工程。利用化學(xué)工程原理和方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室所取得的生物技術(shù)成果加以開發(fā)，使之成為生物反應(yīng)過程的一門學(xué)科，是生物化學(xué)與化學(xué)工程相互滲透所形成的一門新學(xué)科。生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：是研究在特定的環(huán)境條件下，微生物的生長、產(chǎn)物的生成、底物的消耗之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系及規(guī)律，以及環(huán)境因子對(duì)這些關(guān)系的影響。工程上的滅菌：是指用物理或化學(xué)因子殺滅有生活能力的細(xì)菌營養(yǎng)體和芽抱或抱子的方法。消毒：是消除病原微生物的措施。滅菌的目的：純種發(fā)酵.培養(yǎng)基滅菌的目的：殺滅培養(yǎng)基中的微生物，為后續(xù)發(fā)酵過程創(chuàng)造無菌的條件滅菌的方法:1.化學(xué)試劑滅菌2.電磁波、射線滅菌紫外線、陰極射線、X射線、Y射線3.加熱滅菌（包括常壓或蒸汽高壓加熱法）火焰滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌。工業(yè)上培養(yǎng)基滅菌使用的方法是濕熱滅菌；濕熱滅菌簡便、有效、經(jīng)濟(jì)。間歇滅菌法：又稱丁達(dá)爾滅菌法或分段滅菌法。適用于不耐熱培養(yǎng)基的滅菌。方法是：將待滅菌的培養(yǎng)基在80?100°C下蒸煮15?60分鐘，以殺死其中所有微生物的營養(yǎng)細(xì)胞，然后置室溫或37°C下保溫過夜，誘導(dǎo)殘留的芽抱發(fā)芽，第二天再以同法蒸煮和保溫過夜，如此連續(xù)重復(fù)3天，即可在較低溫度下達(dá)到徹底滅菌的效果。培養(yǎng)基滅菌的要求：因發(fā)酵系統(tǒng)而不同，1）達(dá)到要求的無菌程度即可以接受的范圍2）盡量減少營養(yǎng)成分的破壞，在滅菌過程中，培養(yǎng)基組分的破壞，是由兩個(gè)基本類型的反應(yīng)引起的：培養(yǎng)基中不同營養(yǎng)成分間的相互作用；對(duì)熱不穩(wěn)定的組分如氨基酸和維生素等的分解。致死時(shí)間：在致死溫度下殺死全部微生物所需要的時(shí)間熱阻:指微生物在某一條件下的致死時(shí)間。致死溫度：殺死微生物的極限溫度相對(duì)熱阻：在相同條件下兩種微生物熱阻的比值。對(duì)數(shù)殘存定律:在滅菌過程中，活菌逐漸減少，其減少量隨殘存活菌數(shù)的減少而逐減，即微生物熱死亡速率與任一瞬間殘存活菌數(shù)成正比。1/10衰減時(shí)間D值：活的微生物在受熱過程中減少到原來數(shù)目的1/10（N/N0=1/10）所需要的時(shí)間。即有D與K成反比。連續(xù)滅菌（連消）：培養(yǎng)基在罐外連續(xù)進(jìn)行加熱維持和冷卻，然后進(jìn)入發(fā)酵罐的殺菌方法。返混現(xiàn)象：反應(yīng)器中停留時(shí)間不同的物料之間的混合稱為返混?；钊鞣磻?yīng)器：指反應(yīng)器中物料的流動(dòng)狀況滿足活塞流假設(shè)，物料沿同一方向以相同速度向前流動(dòng)，在流動(dòng)方向上沒有物料返混，所有物料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間都是相同的。擴(kuò)散模型：流體在管內(nèi)流動(dòng)，由于分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散的作用使一部分流體質(zhì)點(diǎn)返混了回去，這個(gè)過程簡化為在活塞流動(dòng)中疊加了一個(gè)與流動(dòng)方向相反的擴(kuò)散。全混流模型：反應(yīng)器中的微生物（或酶）濃度和培養(yǎng)基組成在各點(diǎn)上都相同，反應(yīng)器出口料液組成等于反應(yīng)器內(nèi)料液組成，在定常態(tài)不隨時(shí)間而變化。100級(jí):表示經(jīng)過進(jìn)化處理后的空氣中含有^0.5p粒子數(shù)3.5個(gè)/L。輻射滅菌：主要作用是使微生物的DNA分子產(chǎn)生的胸腺嘧啶的二聚體，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。靜電吸附除菌：原理：利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌目的。介質(zhì)過濾除菌：使空氣通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達(dá)到除菌的目的。直接截留（阻攔滯留作用、阻截）：當(dāng)氣流速度降到臨界速度以下是時(shí)，微粒不再由于慣性碰撞而被截留。隨氣流運(yùn)動(dòng)的粒子在接近纖維表面的部分由于與過濾介質(zhì)接觸而被纖維吸附捕集，這種作用稱直接截留?？諝饬髦G愈小，纖維直徑愈細(xì)，阻攔滯留作用愈大.慣性沖擊（慣性碰撞滯留作用）：空氣氣流流速大時(shí)，氣流中的微粒具有較大的慣性力。當(dāng)微粒隨氣流以一定速度向纖維垂直運(yùn)動(dòng)因受纖維阻擋而急劇改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，由于微粒具有的慣性作用使它們?nèi)匀谎卦瓉矸较蚯斑M(jìn)碰撞到纖維表面，產(chǎn)生摩擦粘附而使微粒被滯留在纖維表面。氣流速度愈大慣性力大滯留效果也愈好。慣性碰撞截面在介質(zhì)除塵中起主要作用。穿透率是經(jīng)過濾后空氣中剩留顆粒數(shù)與原有顆粒數(shù)之比，過濾效率是被捕集的顆粒數(shù)與原有顆粒數(shù)之比（也叫捕集效率）。絕對(duì)過濾器：介質(zhì)孔徑小于被截留的微生物體積，如四氟乙烯、纖維素樹脂微孔濾膜。深層過濾器：介質(zhì)空隙對(duì)于被截留的微生物體積，但有一定厚度，靠靜電、擴(kuò)散、慣性、攔截。棉花過濾器、超細(xì)玻璃纖維紙、石棉過濾、金屬燒結(jié)管等。微孔膜過濾器：不銹鋼中心柱，濾膜做成折疊型的過濾層，繞在中心柱上，外加耐熱的聚丙烯套。特點(diǎn)：體積小，處理量大，壓降小，除菌效率高，能除去0.0川m以上粒子。供氧：空氣中的氧氣首先要溶解在溶液中，這個(gè)階段叫供氧。耗氧：微生物利用液體中的溶解氧進(jìn)行呼吸代謝活動(dòng)。攪拌器輸入功率是指攪拌器以既定的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時(shí)，用以克服介質(zhì)的阻力所需的功率。Np（功率準(zhǔn)數(shù)）：表示機(jī)械攪拌器施于單位體積被攪拌液體的外力與單位體積被攪拌液體的慣性力之比。=P0//N3D5當(dāng)Re3104時(shí)液體處于湍流狀態(tài)，對(duì)六平葉渦輪，NP=6.0，對(duì)六彎葉渦輪，NP=4.7，對(duì)六箭葉渦輪，NP=3.7牛頓型流體：黏度只是溫度的函數(shù)，與流動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。非牛頓型流體：凡是M不是常數(shù)的流體都是非牛頓型流體。傳氧效率：把每溶解1kg溶氧所消耗的電能定義為傳氧效率指標(biāo)。也可直接稱為1mol單位溶氧功耗。外擴(kuò)散限制：外擴(kuò)散發(fā)生在固酶周圍的處于停滯狀態(tài)的液膜層。內(nèi)擴(kuò)散阻力：指發(fā)生在多孔性固定化酶載體的內(nèi)部，它是底物傳遞到固定化酶內(nèi)部時(shí)的一種擴(kuò)散限制效應(yīng)比擬放大：為了使小型發(fā)酵試驗(yàn)所獲得的規(guī)律和數(shù)據(jù)能在大生產(chǎn)中再現(xiàn)滅菌：是指用物理或化學(xué)方法殺滅物料或設(shè)備中的一切生命物質(zhì)的過程.生長傳氧速率指標(biāo)是指每溶解1kg溶氧消耗的電能促進(jìn)型基質(zhì):一些基質(zhì)的存在使u值增大。微生物的生長速率：單位時(shí)間內(nèi)單位體積發(fā)酵液中菌體的增量。反復(fù)分批補(bǔ)料培養(yǎng)法：在間歇培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，流加一種或幾種底物或前體物進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)不取出全部的發(fā)酵液，留下一部分發(fā)酵液作為種子，然后開始下一個(gè)補(bǔ)料培養(yǎng)過程的發(fā)酵方法。指數(shù)流加：使加料速率按指數(shù)規(guī)律增加，以保持限制性基質(zhì)濃度不變呼吸強(qiáng)度：氧的消耗速率與細(xì)胞濃度之比，為比好氧速率液膜控制：傳質(zhì)阻力絕大部分存在于液膜中，氣膜阻力可以忽略，這種情況叫做液膜控制比速率是單位時(shí)間內(nèi)單位菌體濃度所引起的細(xì)胞生長或基質(zhì)消耗或產(chǎn)物形成的量稱為，是生物反應(yīng)中用于描述反應(yīng)速度的常用概念。均衡生長:在細(xì)胞生長過程中，細(xì)胞內(nèi)各組分均以相同的比例增加氧的滿足度:溶解氧濃度與臨界溶氧之比基質(zhì)消耗比速率：相對(duì)單位質(zhì)量細(xì)胞單位時(shí)間內(nèi)的基質(zhì)消耗量流加培養(yǎng)：在間歇培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，流加一種或幾種底物活前體物進(jìn)行培養(yǎng)的過程包埋法固定化酶:將聚合物的單體和酶溶液混合后，再借助聚合促進(jìn)劑的作用進(jìn)行聚合，使酶包埋在聚合物中以達(dá)到固定化的方法。細(xì)胞回流的單級(jí)恒化器:將單級(jí)CSTR流出的反應(yīng)液進(jìn)行分離，然后將濃縮后的細(xì)胞懸浮液再送回反應(yīng)器中，就成為帶有細(xì)胞循環(huán)的CSTR。結(jié)構(gòu)模型:在考慮細(xì)胞組成變化基礎(chǔ)上建立的微生物生長或相關(guān)的動(dòng)力學(xué)模型。細(xì)胞回流的單級(jí)恒化器:在反應(yīng)器的出口處安裝細(xì)胞分離器，分離出一部分細(xì)胞，進(jìn)行濃縮后打回到反應(yīng)器中的單級(jí)恒化器。聯(lián)法固定化酶使酶與具有兩個(gè)以上功能團(tuán)的試劑進(jìn)行反應(yīng)，應(yīng)用化學(xué)鍵把酶固定的方法。補(bǔ)料培養(yǎng)法:在間歇培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，流加一種或幾種底物或前體物進(jìn)行培養(yǎng)的過程。比耗氧速率:單位質(zhì)量的細(xì)胞（干重）在單位時(shí)間內(nèi)消耗氧的量。攝氧率：單位體積培養(yǎng)液，在單位時(shí)間內(nèi)耗氧量。臨界氧濃度：指不影響菌體的呼吸和財(cái)務(wù)合成的最低氧濃度。通氣準(zhǔn)數(shù)Na:它表示發(fā)酵罐內(nèi)空氣的表觀流速與攪拌葉頂端流速之比混合時(shí)間：把少許具有與攪拌罐內(nèi)的液體相同物性的液體注入攪拌罐內(nèi)，兩者達(dá)到分子水平的均勻混合所需要的時(shí)間。絕對(duì)速率：是在單位時(shí)間、單位體積某一組分的變化量比速率：是單位濃度細(xì)胞為基準(zhǔn)的各組分變化速率，反映了細(xì)胞活力的大小。得率系數(shù)：是基質(zhì)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞或其他產(chǎn)物潛力的定量評(píng)價(jià)。理論得率：微生物反應(yīng)過程中，部分碳源作為基質(zhì)被同化為擠爆成分，就碳源被同化為菌體的觀點(diǎn)來看菌體的得率。限制性基質(zhì)：在培養(yǎng)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)中，對(duì)微生物的生長起到限制作用的營養(yǎng)物稀釋率（D）：補(bǔ)料速度與反應(yīng)器體積的比值。（F/V）物料循環(huán)比（體積比）：加熱管的總截面與降液截面之比連續(xù)培養(yǎng)：由于新鮮培養(yǎng)基不斷補(bǔ)充，所以不會(huì)發(fā)生營養(yǎng)物的枯竭，另一方面，發(fā)酵液不斷取出，發(fā)酵罐內(nèi)的微生物始終處于旺盛的指數(shù)生長期，罐內(nèi)細(xì)胞濃度X、比生長速率陽以及t,pH等都保持恒定。分批滅菌：將配好的培養(yǎng)基打入發(fā)酵罐，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用的設(shè)備（一般是發(fā)酵罐）一起進(jìn)行滅菌，也稱實(shí)罐滅菌攪拌能提高溶氧效果的機(jī)制有哪些？答：將大氣泡分散成小氣泡，阻止氣泡的凝并增大。；b）造成渦流，延長氣泡在液體中的停留時(shí)間；c）攪拌造成液體湍動(dòng)，有利于減少湍流液膜厚度，減小傳質(zhì)阻力；d）使培養(yǎng)液中的細(xì)胞和營養(yǎng)物均勻分散，避免或小缺氧區(qū)的形成。臨界溶氧濃度的概念及意義。答：當(dāng)氧濃度達(dá)到一定值時(shí)，即達(dá)臨界氧濃度（C臨）時(shí)，比生長速率不再增加。各種微生物的臨界氧濃度（C臨）時(shí)不同的。在發(fā)酵生產(chǎn)中，為了不使微生物的生長和代謝受到氧濃度的影響，保持發(fā)酵過程正常進(jìn)行，必須使溶解氧濃度維持在臨界氧濃度之上。如何調(diào)節(jié)通氣攪拌發(fā)酵罐的供氧水平？答：氣壓；溫度；溶液濃度；攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌功率、通氣速度等操作條件都對(duì)KLa有很大影響；通氣量的影響；容積；加入氧載體。間歇培養(yǎng)過程中菌體生長曲線可分為延遲期、加諫器、對(duì)數(shù)生長期、減諫期、穩(wěn)定牛長期和衰亡期。為了提高生產(chǎn)效率，希望延遲期縮短，要達(dá)到該目的，應(yīng)一般遵循下列規(guī)則：答：1接種的微生物應(yīng)盡可能是高活力的。要用處于對(duì)數(shù)期的微生物作種子。2種子培養(yǎng)基和條件應(yīng)盡可能接近生產(chǎn)上使用的發(fā)酵液組成和培養(yǎng)條件。3建議采用大接種量因細(xì)胞內(nèi)部的某些維生素和輔酶等生長素，向周圍培養(yǎng)液擴(kuò)散，從而降低細(xì)胞的活性，延長延遲期。菌體生長動(dòng)力學(xué)是以研究菌體濃度、限制性基質(zhì)（培養(yǎng)基中含量最少的基質(zhì)，其他組分都是過量的）濃度、抑制劑濃度、溫度和pH等對(duì)菌體生長速率的影響為內(nèi)容的。補(bǔ)料培養(yǎng)法：在間歇培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，流加一種或幾種底物或前體物進(jìn)行培養(yǎng)的過程。生物反應(yīng)器開發(fā)的趨勢(shì)和方向。A：開發(fā)比活力高和選擇性高的生物催化劑將繼續(xù)占重要地位。B：改進(jìn)生物反應(yīng)器熱量和質(zhì)量傳遞的方法。C：生物反應(yīng)器正向大型化和自動(dòng)化方向發(fā)展。生化反應(yīng)工程由四部分組成：1原料的預(yù)處理：包括原材料的選擇，必要的物理化學(xué)方法加工，培養(yǎng)基的配制和滅菌。2生物催化劑的制備：包括菌種的選擇擴(kuò)大培養(yǎng)和接種，酶催化反應(yīng)中酶的選擇、固定化。3生化反應(yīng)器及反應(yīng)條件的選擇和監(jiān)控4產(chǎn)物的分離純化（包括初提純和精提純），這部分工序也常稱為下游加工過程.生化工程的特點(diǎn)：以生物活細(xì)胞或由細(xì)胞提取出來的酶為催化劑的生物化學(xué)反應(yīng)過程。2.生化反應(yīng)器復(fù)雜，控制參數(shù)眾多。3.生物反應(yīng)過程通常在溫和的反應(yīng)條件下進(jìn)行，但影響的因素多。為什么要進(jìn)行培養(yǎng)基滅菌？（滅菌的必要性）由于生物反應(yīng)系統(tǒng)中通常含有比較豐實(shí)的營養(yǎng)物質(zhì)，容易受到雜菌污染，由于雜菌的存在，會(huì)有以下各種不良后果：1）生物反應(yīng)的基質(zhì)或產(chǎn)物因雜菌的消耗而損失，造成生產(chǎn)能力的下降。2）由于雜菌所產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物改變了發(fā)酵液的某些理化性質(zhì)，使目標(biāo)產(chǎn)物的提取困難，造成收得率降低或使產(chǎn)品質(zhì)量下降。3）污染的雜菌可能會(huì)分解產(chǎn)物，而使生產(chǎn)失效。4）發(fā)生噬菌體污染，微生物細(xì)胞被裂解，而使生產(chǎn)失效。高溫致死原理?由于它使微生物的蛋白質(zhì)和核酸等重要生物高分子發(fā)生變性、破壞，例如它可使核酸發(fā)生脫氨、脫嘌吟或降解，以及破壞細(xì)胞膜上的類脂質(zhì)成分等。每一種微生物都有一定的最適生長溫度范圍。當(dāng)微生物處于最低溫度以下時(shí)，代謝作用幾乎停止而處于休眠狀態(tài)。當(dāng)溫度超過最高限度時(shí)，微生物細(xì)胞中的原生質(zhì)膠體和酶起了不可逆的凝固變性，使微生物在很短時(shí)間內(nèi)死亡，加熱滅菌即是根據(jù)微生物這一特性而進(jìn)行的。微生物的熱死原理一對(duì)數(shù)殘存定律?濕熱蒸汽冷凝時(shí)釋放大量潛熱，并具有強(qiáng)大的穿透力，在高溫和水存在時(shí)，微生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)極易發(fā)生不可逆的凝固性變性，致使微生物在短時(shí)間內(nèi)死亡。高溫短時(shí)滅菌原理？細(xì)菌抱子熱死滅反應(yīng)的△￡很高，而大部分營養(yǎng)物質(zhì)熱破壞反應(yīng)的涎很低，因而將T提高到一定程度會(huì)加速細(xì)菌抱子的死滅速率，從而縮短在升高溫度下的滅菌時(shí)間（ln（N/N0）=—Kt）；由于營養(yǎng)成分熱破壞的△￡很低，上述的溫度提高只能稍微增大其熱破壞溫度，但由于滅菌時(shí)間的顯著縮短，結(jié)果是營養(yǎng)成分的破壞量在允許的范圍內(nèi)。間歇滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)？間歇滅菌將配好的培養(yǎng)基打入發(fā)酵罐，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用的設(shè)備（一般是發(fā)酵罐）一起進(jìn)行滅菌，也稱實(shí)罐滅菌。優(yōu)點(diǎn):1.設(shè)備投資較少2.染菌的危險(xiǎn)性較小3.人工操作較方便4.對(duì)培養(yǎng)基中固體物質(zhì)含量較多時(shí)更為適宜。缺點(diǎn)：滅菌過程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大，一般只限于中小型發(fā)酵裝置。連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)：保留較多的營養(yǎng)質(zhì)量，容易放大，較易自動(dòng)控制，糖受蒸汽的影響較少，縮短滅菌周期，在某些情況下，可使發(fā)酵罐的腐蝕減少，發(fā)酵罐利用率高，蒸汽負(fù)荷均勻。缺點(diǎn)：設(shè)備比較復(fù)雜，投資較大，容易造成污染?；钊鞣磻?yīng)器滅菌狀況：在PFR內(nèi)進(jìn)行恒溫?zé)釡缇?，沿流?dòng)的方向，活抱子的濃度N下降，熱死滅速率也相應(yīng)下降，但對(duì)于同一截面上活抱子濃度相等，熱死滅速率也相等；沿流動(dòng)方向，活抱子濃度及熱死滅速率相應(yīng)下降，下降的規(guī)律決定于空氣除菌的目的及重要性？在好氧深層培養(yǎng)中，微生物細(xì)胞的繁殖代謝需要溶解氧，因?yàn)橛醒跹趸瘜?duì)生物體來說是能量放出最多的途徑。在該過程中脫去了很多H，H經(jīng)電子傳遞鏈，最后被O2吸收，所以要提供氧?，F(xiàn)在深層培養(yǎng)都是純種培養(yǎng)，培養(yǎng)基接種之前都經(jīng)過滅菌，通入的氧氣也應(yīng)是無菌的。空氣除菌是好氧發(fā)酵工程上的一個(gè)重要環(huán)節(jié)好氣性發(fā)酵對(duì)空氣無菌程度的要求？好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到絕對(duì)無菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟(jì)的。發(fā)酵對(duì)無菌空氣的要求是：無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無油，正壓等幾項(xiàng)指標(biāo)；發(fā)酵對(duì)無菌空氣的無菌程度要求是：只要在發(fā)酵過程中不因無菌空氣染菌，而造成損失即可。在工程設(shè)計(jì)中一般要求1000次使用周期中只允許有一個(gè)菌通過，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-3過濾除菌的機(jī)制？使空氣通經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒滯留在介質(zhì)中而達(dá)到除菌的目的。常用的過濾介質(zhì)一般是棉花、活性炭、超細(xì)玻璃纖維、石棉濾紙及燒結(jié)材料等。過濾材料孔徑一般比細(xì)菌大，對(duì)細(xì)菌的滯留主要靠滯留作用，由多種機(jī)制構(gòu)成：慣性碰撞、阻攔、布朗運(yùn)動(dòng)、重力沉降、靜電吸引等重力沉降作用機(jī)理？重力沉降是一個(gè)穩(wěn)定的分離作用，當(dāng)微粒所受的重力大于氣流對(duì)它的拖帶力時(shí)，微粒就容易沉降。就單一的重力沉降情況下，大顆粒比小顆粒作用顯著，對(duì)于小顆粒只有在氣流速度很慢時(shí)才起作用。一般它是與攔截作用相配合的，即在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用提高了攔截滯留的捕集效率。靜電吸附作用機(jī)理？干空氣對(duì)非導(dǎo)體的物質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)磨擦?xí)r，會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)電荷，纖維和樹脂處理過的纖維，尤其是一些合成纖維更為顯著。懸浮在空氣中的微生物微粒大多帶有不同的電荷，這些帶電的微粒會(huì)受帶異性電荷的物體所吸引而沉降。影響介質(zhì)過濾效率的因素？介質(zhì)過濾效率與介質(zhì)纖維直徑關(guān)系很大，在其他條件相同時(shí)，介質(zhì)纖維直徑越小，過濾效率越高。對(duì)于相同介質(zhì)，過濾效率與介質(zhì)濾層厚度、介質(zhì)填充密度和空氣流量有關(guān)。制備無菌空氣的大致過程？空氣-高空取氣管-除塵器-空氣壓縮機(jī)-貯氣罐-一級(jí)冷卻器-油水分離器-二級(jí)分離器-除霧氣-加熱器-總過濾器-分過濾器-無菌空氣。對(duì)空氣除菌流程的要求？附屬設(shè)備要求盡量采用新技術(shù)，提高效率，減少設(shè)備，精簡設(shè)備投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和動(dòng)力消耗，簡便操作。流程的制訂就根據(jù)所在的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件而考慮。在環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方，要考慮改變吸風(fēng)的條件，以降低過濾器的負(fù)荷，提高空氣的無菌程度；在溫暖潮濕的南方，要加強(qiáng)除水設(shè)施，以確保和發(fā)揮過濾器的最大除菌效率；在壓縮機(jī)耗油嚴(yán)重的設(shè)備流程中則要加強(qiáng)消除油霧的污染等等。高效前置過濾除菌流程？高效前置過濾器，壓縮機(jī)，貯罐，冷卻器，絲網(wǎng)分離器，加熱器，過濾器?？諝鈨艋牧鞒蹋课鼩饪谖氲目諝庀冉?jīng)過壓縮前的過濾，進(jìn)入空氣壓縮機(jī)（120-150度）冷卻（20-25度），除去油、水，再加熱至30-35度。最后通過總過濾器和分過濾器除菌，獲得潔凈度、壓力、溫度和流量都符合要求的無菌空氣。提高過濾除菌效率的措施？1減少進(jìn)口空氣的含菌數(shù)；2設(shè)計(jì)合理的空氣預(yù)處理設(shè)備，以達(dá)到除油，水和雜質(zhì)的目的；3設(shè)計(jì)和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質(zhì)；4降低進(jìn)入空氣過濾器的空氣的相對(duì)濕度，保證過濾介質(zhì)在干燥狀態(tài)下工作。機(jī)械攪拌的更重要功能在？a）打碎通入空氣的氣泡b）增加氣液接觸面積c）減少氣液膜厚度d）阻擋氣泡使慢些排出，以提高溶氧效率。非牛頓型流體的剪應(yīng)力與切變率之間的關(guān)系？擬塑性流體，凱松流體，漲塑性流體，平漢塑性流體雙膜理論要點(diǎn)？（1）相界面兩側(cè)流體的對(duì)流傳質(zhì)阻力全部集中在界面兩側(cè)的兩個(gè)停滯膜內(nèi)，膜內(nèi)傳質(zhì)方式為分子擴(kuò)散。（2）相界面上沒有傳質(zhì)阻力，即可認(rèn)為所需的傳質(zhì)推動(dòng)力為零，或氣液兩相在相界面處達(dá)到平衡。（3）兩相主體中不存在濃度梯度。氧的傳遞途徑及傳質(zhì)阻力？1氣相主體到氣液界面的氣膜傳遞阻力；2氣液界面的傳遞阻力；3從氣液界面通過液膜的傳遞阻力；4液相主體的傳遞阻力；5細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)表面的傳遞阻力；6液體與細(xì)胞（團(tuán)）之間界面阻力；7細(xì)胞團(tuán)內(nèi)的傳遞阻力；8細(xì)胞壁的阻力；9反應(yīng)阻力。氧的供需平衡？如果溶氧速度小于微生物的耗氧速度，則發(fā)酵液中的氧逐漸耗盡，當(dāng)溶液中氧的濃度低于臨界氧濃度時(shí)，就要影響微生物的生長發(fā)育和代謝產(chǎn)物的生成。因此傳氧與耗氧要保持平衡，即：Nv=kLa（C*-C）=qo2.X或者kLa=qo2.X/（C*-C）用亞硫酸鹽氧化法測定溶氧系數(shù)優(yōu)缺點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)：氧溶解速度與亞硫酸鹽濃度無關(guān)，且反應(yīng)速度快不需要特殊儀器。缺點(diǎn)：不能在真實(shí)發(fā)酵條件下進(jìn)行測定發(fā)酵液的溶氧，因?yàn)閬喠蛩猁}對(duì)微生物的生長有影響，且發(fā)酵液的成分、消泡劑、表面張力、黏度、特別是菌體都影響氧的傳遞。這種方法測定的結(jié)果僅能說明某種發(fā)酵罐在該操作條件下的性能，而不能說明溶氧和微生物耗氧的全過程，故只能在一定的范圍應(yīng)用。主要用于作為設(shè)備溶氧系數(shù)的測定。提高KLa的途徑？（1）增加攪拌轉(zhuǎn)數(shù)N，以提高Pg，可以有效提高Kla（2）增大通氣量Q，以提高Vs3）為提高Nv（傳氧有效速率），除了提高KLa之外，提高傳質(zhì)推動(dòng)力也是可行的，通入純氧或者提高罐壓均可提高C*。4）高徑比調(diào)節(jié)。5）向發(fā)酵液中添加少量的水不溶另一液相，氧在這一液相中具有比在水中高得多的溶解度。動(dòng)態(tài)法測量Kla的原理和方法。答：動(dòng)態(tài)法是在不穩(wěn)態(tài)條件下，通過測定醪液中溶解氧隨時(shí)間的變化曲線來確定kLa值的。方法是在發(fā)酵的過程中暫時(shí)停止通氣，短時(shí)間后繼續(xù)通氣，人為地制造一個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài)即發(fā)酵液中溶氧處于不平衡狀態(tài)（Nv尹r）。根據(jù)菌體生長、碳源利用和產(chǎn)物的形成諫度分為三種：偶聯(lián)型，其產(chǎn)物消耗的速度與菌體細(xì)胞合成的速度是平行的混合型，微生物的生長和產(chǎn)物合成是分開的，如谷氨酸、賴氨酸等。非偶聯(lián)型，其產(chǎn)物是微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物，產(chǎn)物合成與利用碳源無準(zhǔn)量關(guān)系。Monod方程的局限性：最大|Jmax在工業(yè)上有很大意義。一般而言，細(xì)菌的Jmax比真菌的大，就同一種細(xì)菌，溫度升高，Jmax變大。營養(yǎng)物不同，Jmax也不同，易利用的營養(yǎng)物的Jmax大。微生物在水難溶性營養(yǎng)物質(zhì)中的生長會(huì)受到各種養(yǎng)料擴(kuò)散速率或溶解速率的限制，氧就是其中一例。氧就作為限制性基質(zhì)，比生長率與氧的濃度成正比。補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)？可以解除營養(yǎng)物抑制、產(chǎn)物反饋抑制和分解產(chǎn)物阻遏作用?？删徑庠缙谏L過旺而造成的氧供應(yīng)不足及盡可能使原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物?？梢允辜?xì)胞處于連續(xù)過渡狀態(tài)，便于進(jìn)行理論研究。便于進(jìn)行培養(yǎng)過程的最優(yōu)化和自動(dòng)控制。固定化醯和固定化細(xì)胞在實(shí)際中應(yīng)用的顯著特點(diǎn)是什么？1、可以連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)2、反應(yīng)產(chǎn)物的純度高，質(zhì)量好3生產(chǎn)的副產(chǎn)物少4在使用時(shí)可以再生活回收，可反復(fù)使用5、容易實(shí)行連續(xù)反應(yīng)6能大大提高酶、細(xì)胞的生產(chǎn)能力7反應(yīng)的PH、T可以按需要來調(diào)節(jié)生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)和操作的限制性因素有哪些？1、生物催化劑的濃度和比活力2、反應(yīng)器的傳質(zhì)和傳熱能力微載體懸浮培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是什么？1微載體單位體積具有的表面積大，因此它的單位體積培養(yǎng)基的細(xì)胞產(chǎn)率高，相應(yīng)的產(chǎn)物濃度也高2由于把懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)融合在一起，具有兩種培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)，有利于培養(yǎng)環(huán)境后檢測和控制，培養(yǎng)系統(tǒng)重組性好3放大容易解釋YX/S、YC、YATPYX/S是對(duì)基質(zhì)的細(xì)胞得率，指生成細(xì)胞和消耗基質(zhì)質(zhì)量之比YC是對(duì)碳的細(xì)胞得率YATP是對(duì)ATP生成的細(xì)胞得率空氣除菌的主要流程包括哪些步驟，試述每一步設(shè)備的作用。主要流程:高空采風(fēng)一一無油潤滑空壓機(jī)一一空氣儲(chǔ)罐一一冷卻器一一油水分離器一一除霧器一一加熱器一一總過濾器一一分過濾器預(yù)過濾器無菌過濾一一凈化空氣——進(jìn)罐設(shè)備的作用：1.要制備較高無菌程度，具有一定壓力的無菌空氣，它的流程設(shè)備有空氣壓縮機(jī)。2.附屬設(shè)備要求盡量采用新技術(shù)，提高效率，減少設(shè)備，精簡設(shè)備投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和動(dòng)力消耗，簡便操作。3.流程的制訂就根據(jù)所在的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件而考慮。在環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方，要考慮改變吸風(fēng)的條件，以降低過濾器的負(fù)荷，提高空氣的無菌程度；5.在溫暖潮濕的南方，要加強(qiáng)除水設(shè)施，以確保和發(fā)揮過濾器的最大除菌效率；6.在壓縮機(jī)耗油嚴(yán)重的設(shè)備流程中則要加強(qiáng)消除油霧的污染等等。7.要保持過濾器有比較高的過濾效率，應(yīng)維持一定的氣流速度和不受油、水的干擾。8.氣流速度可由操作來控制；9.要保持不受油、水干擾則要有一系列冷卻、分離、加熱的設(shè)備來保證空氣的相對(duì)濕度在50%?60%的條件下過濾。酶和細(xì)胞的固定化有哪幾種方法，舉出兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例。方法：1.吸附法（包括電吸附法）2.結(jié)合法（無機(jī)多孔材料）3.交聯(lián)法（雙功能試劑）4.包埋法（微膠囊法）實(shí)例：抗體、抗原利用了特異性的免疫吸附反應(yīng)；酶的提純利用了酶抑制劑可與酶特異性結(jié)合的性質(zhì)等固定化酶和固定化細(xì)胞使用期間活性下降的主要原因是什么？A：酶變性，細(xì)胞自消化（自溶）。B：固定化酶或細(xì)胞吸附了抑制物。C：染菌。D：酶、細(xì)胞流失。E：載體崩解。與單級(jí)連續(xù)培養(yǎng)相比，多級(jí)連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)是什么？A：有利于解決不同生產(chǎn)階段有不同生產(chǎn)要求的矛盾，如菌體生長和產(chǎn)物生成的溫度不一至。B：有利于解決快速生長和營養(yǎng)物充分利用之間的矛盾。酶反應(yīng)器的重要操作參數(shù)有那些？分別說明。A：空間時(shí)間：表示反應(yīng)物在連續(xù)操作反應(yīng)器內(nèi)停留（或平均停留）的時(shí)間。B：轉(zhuǎn)化率：表示加入反應(yīng)器中底物的轉(zhuǎn)化率，用（So-St）/So來計(jì)算。C：生產(chǎn)率（生產(chǎn)能力）：指反應(yīng)器單位體積單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)物生成量。D：選擇率：指實(shí)際轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物量與全部底物可生成產(chǎn)物的理論量之比。微生物間歇培養(yǎng)過程各階段的比生長速率如何變化？A：遲緩期：p=0。B：加速生長期：p增加，p2大于p廣C：對(duì)數(shù)生長期：p達(dá)到最大值，為常數(shù)。D：減速生長期：p減小，p2小于p廣E：平衡期：p=0。1亞硫酸鹽氧化法原理：在反應(yīng)器中含有Cu2+或Co2+為催化劑的亞硫酸鈉溶液，進(jìn)行通氣攪拌，亞硫酸鈉與溶解氧生成硫酸鈉的速度非?？?，反應(yīng)速度在很大范圍內(nèi)?.93N-0.035N）與NH2SG3的濃度無關(guān)，氧一溶解，馬上就反應(yīng)。氧的溶入速度（氧的傳遞速度）決定反應(yīng)速度。反應(yīng)式如下：2Na2SG3+G2f2Na2SG42極譜法原理：對(duì)浸在液體中的陰極和參考陽極加上電壓，記錄在不同的電壓下通過的電流，當(dāng)電解電壓為0.6?1.0v時(shí)，溶解氧被還原成H2G2。酸性時(shí)：02+2H++2e-H2G2中性或堿性時(shí)：G2+2H2G+2e-H2G2+GH-與陰極接觸的液體中的溶解氧發(fā)生上述電極反應(yīng)而被消耗，陰極表面便與液體主體存在氧的濃度差，于是液體主體的溶解氧擴(kuò)散到陰極表面參加電極反應(yīng)，使電路中維持一定的電流。當(dāng)氧的擴(kuò)散過程達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，擴(kuò)散電流和溶解氧濃度成正比。3溶氧電極法原理:溶氧電極不需要外加電源，可以看作是一種電解電池。將一對(duì)具有不同電極電位的電極裝入電解質(zhì)溶液中，一只是銀絲做成的陰極，另一只是鉛皮卷成的陽極。這對(duì)電極裝置在兩端開口的細(xì)長套管中，在靠近陰極的底端用一種耐熱的、只允許溶氧透過而不透過水及離子的塑料薄膜覆蓋，形成一個(gè)有一定容積的電池，在電池內(nèi)加入數(shù)毫升的電解質(zhì)溶液5mol/LHAc+0.5mol/LNaAc+0.1mol/LPbAc2）陽極上：PbfPb2++2e陰極上：2e+1/2O2+H2O-2OH-如果將此電極插入待測的攪拌液體中，在兩極間接一電流表，此電流的大小正比與測量液體中的溶氧速率。所以電極產(chǎn)生的電流強(qiáng)度與測量液體中的溶氧濃度成正比。簡述高溫短時(shí)滅菌原理。實(shí)驗(yàn)表明：細(xì)菌抱子熱死滅反應(yīng)的活化能很高，而待滅菌的培養(yǎng)基某些有效成分熱破壞反應(yīng)的活化能較低。因而將溫度迅速提到較高的滅菌溫度，可加快細(xì)菌抱子的死滅速度，縮短在高溫下的滅菌時(shí)間。高溫短時(shí)滅菌既能快速的滅菌，又能有效地保存培養(yǎng)基的一些有效成分。概述亞硫酸鈉氧化法測定Kla的原理。在反應(yīng)器中含有Cu2+或Co2+為催化劑的亞硫酸鈉溶液，進(jìn)行通氣攪拌，亞硫酸鈉與溶解氧生成硫酸鈉的速度非常快，反應(yīng)速度在很大范圍內(nèi)0.93N-0.035N）與Na2SO3的濃度無關(guān)，氧一溶解，馬上就反應(yīng)。氧的溶入速度（氧的傳遞速度）決定反應(yīng)速度。反應(yīng)式如下：2Na2SO3+O2"Na2SO4剩余的NaSO過量的碘作用：NaSO+I2+HO-NaSO+2HI乙J乙J乙乙剩余的I2用標(biāo)定的NaSO溶液滴定：NaSO+\…NaSO+2NaI14'2232232246標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3用量決定于溶解氧的量。每1mol溶氧可氧化2molNa2SO3，就剩余2molI2，也就消耗掉4molNa2S2O3，因此，每滴定消耗1molNa2S2O3必有1/4mol溶氧。什么是好氧微生物培養(yǎng)的臨界溶氧濃度？如何測定？是否所有的好氧微生物培養(yǎng)過程都必需控制溶氧濃度在臨界溶氧濃度以上？舉例說明。微生物的比耗氧速率隨溶氧濃度的增加而升高，當(dāng)溶解氧增加到一定值時(shí)，比耗氧速率不再增加，這時(shí)的溶氧濃度稱為臨界溶氧濃度。測法：將供氧充分的微生物培養(yǎng)體系停止通風(fēng)，檢測培養(yǎng)系統(tǒng)的溶氧濃度變化情況，首先是溶氧濃度呈直線下降趨勢(shì)，下降到一定程度后，開始呈緩慢下降趨勢(shì)，溶氧濃度曲線拐點(diǎn)處的溶氧濃度值即為該微生物的臨界溶氧濃度。并非所有的好氧培養(yǎng)過程都需要控制溶氧濃度在臨界溶氧濃度以上，比如以丙酮酸為前體的苯丙氨酸、纈氨酸和亮氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)就應(yīng)控制溶氧濃度在臨界溶氧濃度以下。主要有哪幾種測量Kla的方法，說明它們的適用場合。主要有亞硫酸鹽氧化法、溶氧電極法和氧的衡算法。亞硫酸鹽氧化法不能用于測定真實(shí)發(fā)酵液的Kla，但具有參比價(jià)值。溶氧電極法用于測量真實(shí)發(fā)酵液的Kla，大、小反應(yīng)器均可用該法測量Kla。氧的衡算法適合體積大的反應(yīng)器Kla的測定。流加式操作：先將一定量基質(zhì)加入反應(yīng)器內(nèi)，在適宜條件下將微生物菌種接入反應(yīng)器中，反應(yīng)開始，反應(yīng)過程中將特定的限制性基質(zhì)按照一定要求加入反應(yīng)器內(nèi)，以控制限制性基質(zhì)濃度保持一定，當(dāng)反應(yīng)終止時(shí)取出反應(yīng)物料的操作方式°CSTR、PFR代表什么含義？比較CSTR型和PFR型酶反應(yīng)器的性能。答：CSTR代表連續(xù)全混流酶反應(yīng)器。PFR代表連續(xù)活塞式酶反應(yīng)器。CSTR型和PFR型酶反應(yīng)器的性能比較：（1）達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率時(shí)，PFR型酶反應(yīng)器所需停留時(shí)間較短。2）在相同的停留時(shí)間達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率時(shí)，CSTR型反應(yīng)器所需酶量要大大高于PFR型反應(yīng)器。因此一般來說，CSTR型反應(yīng)器的效果比PFR型差，但是，將多個(gè)CSTR型反應(yīng)器串聯(lián)時(shí)，可克服這種不利情況。3）與CSTR型酶反應(yīng)器相比，PFR型酶反應(yīng)器中底物濃度較高，而產(chǎn)物濃度較低，因此，發(fā)生底物抑制時(shí)，PFR型酶反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率的降低要比CSTR型劇烈得多；而產(chǎn)物抑制對(duì)CSTR型酶反應(yīng)器影響更顯著。何謂恒化器，何謂恒濁器，二者有何區(qū)別？答：恒化器、恒濁器指的是兩種控制方法。恒化器是通過控制流量而達(dá)到相應(yīng)的菌體濃度。恒濁器則是通過監(jiān)測菌體密度來反饋調(diào)節(jié)流量。前者通過計(jì)量泵、溢流管來保證恒定的流量；后者通過光電池監(jiān)測細(xì)胞密度，以反饋調(diào)節(jié)流量來保證細(xì)胞密度的恒定。恒化器便于控制，其應(yīng)用更為廣泛影響固定化酶促反應(yīng)的主要因素有哪些？1分子構(gòu)象的改變。酶固定化過程中，酶和載體的相互作用引起酶的活性中心或調(diào)節(jié)中心的構(gòu)象發(fā)生變化，導(dǎo)致酶的活力下降。2位阻效應(yīng)。指由于載體的遮蔽作用，使酶與底物無法接觸。3微擾效應(yīng)。是指由于載體的親水性、疏水性及介電常數(shù)等，使固定化酶所處微環(huán)境發(fā)生變化，導(dǎo)致酶活力的變化。4分配效應(yīng)。由于載體內(nèi)外物質(zhì)分配不等，影響酶促反應(yīng)速率。5擴(kuò)散效應(yīng)。底物、產(chǎn)物及其他效應(yīng)物受傳遞速度限制，當(dāng)酶的催化活性很高時(shí)，在固定化酶周圍形成濃度梯度，造成微環(huán)境與宏觀環(huán)境之間底物、產(chǎn)物的濃度產(chǎn)生差別舉例說明連續(xù)培養(yǎng)的應(yīng)用。由于連續(xù)培養(yǎng)存在雜菌污染問題、菌種變異問