生化反應工程原理知識點

生物反應工程原理復習資料1生物反應工程：生物反應工程是一門以研究生物反應過程中帶有共性的工程技術問題的學科。是以生物學、化學、工程學、計算機與信息技術等多學科為基礎的交叉學科。2生物反應過程：是指將實驗室的成果經放大而成為可供工業(yè)化生產的工藝過程，包括實現工業(yè)化生產過程的高效率運轉，或者說提高生產過程效率。生物反應器：是指以活細胞或酶為生物催化劑進行細胞增殖或生化反應提供適宜環(huán)境的設備或者場所。生物反應過程的縮小：根據生產實際，在實驗室中使用小型反應器來模擬生產過程，以進行深入研究。轉化率：某反應物的轉化濃度與該反應物起始比值的百分比收率：指按反應物進行量計算，生成目的產物的百分數。用質量百分數或者體積百分數表示流加操作：是指先將一定量基質加入反應器內，在適宜的條件下將微生物菌種接入反應器中，反應開始，反應過程中將特定的限制性基質按照一定要求加入到反應器中，以控制限制性基質濃度保持一定，當反應結束時取出反應物料的操作方式。指數流加操作：通過采用隨時間呈指數變化的方式流加基質，維持微生物細胞對數生長的操作方式。非結構模型：在確定論模型的基礎上，不考慮細胞內部結構的不同，即認為細胞為單一組分，在這種理想狀態(tài)下建立起來的動力學模型。13Da準數：最大反應速率和最大傳質速率之比。分批發(fā)酵：是指將新鮮的培養(yǎng)基一次性加入發(fā)酵罐中，在適宜的條件下接種后開始培養(yǎng)，培養(yǎng)結束后，將全部發(fā)酵液取出的培養(yǎng)方法。連續(xù)培養(yǎng)發(fā)酵連續(xù)式操作(continuousoperation):是指以一定的速率不斷向發(fā)酵罐中供給新鮮的培養(yǎng)基，同時等量地排出發(fā)酵液，維持發(fā)酵罐中液量一定的培養(yǎng)方法。稀釋率：培養(yǎng)液流入速度和反應器內培養(yǎng)液的體積之比，他表示連續(xù)反應器中物料的更新快慢程度。得率系數;是對碳元素等物質生成細胞或是其他產物的潛力進行定量評價的重要參數。細胞得率：消耗1克基質生成細胞的克數稱為細胞得率或是生長得率。動植物細胞培養(yǎng)：是一項將動植物的組織、器官或細胞在適當的培養(yǎng)基上進行無菌培養(yǎng)的技術。返混：不同停留時間的物料的混合，稱為返混。21能量生長偶聯型：當有大量合成菌體材料存在時，微生物生長取決于ATP的供能，這種生長就是能量生長偶聯型。攪拌器軸功率：攪拌器輸入攪拌液體的功率是指攪拌器以既定的轉速回轉時，用以克服介質的阻力所需用的功率，簡稱軸功率。它不包括機械傳動的摩擦所消耗的功率，因此它不是電動機的軸功率。酶的固定化技術：是指將水溶性酶分子通過一定的方式如靜電吸附、共價鍵等與載體結合，制成固相酶的技術。懸浮培養(yǎng)：通過震蕩或是轉動裝置使細胞始終處于分散懸浮于培養(yǎng)液內的培養(yǎng)方法。

25停留時間：停留時間t是指反應物料進入反應器時算起，至離開反應器時為止所經歷的時間。26填充床型反應器（PBR）：把催化劑填充在固定床（填充床）中的反應器叫做填充床（固定床）型反應器。27微生物：肉眼不能直接觀察到的個體微小、結構簡單，但能維持生命并繁殖的微生物的通稱28有效電子數：當lmol碳源完全氧化時，所需要氧的摩爾數的4倍成為該基質的有效電子數。29微生物的比生長速率：單位重量菌體的瞬時增量30流化床型反應器（FBR）：裝有較小顆粒的垂直塔式反應器。底物以一定流速從下向上流過，使固定化酶顆粒在流體中維持懸浮狀態(tài)進行反應。313233西勒準數：表面濃度下的反應速率與內部擴散速率之比。生物膜反應器（MBR）313233西勒準數：表面濃度下的反應速率與內部擴散速率之比。微生物的生長速率：在單位時間內微生物細胞濃度的變化量。構象改變：在分子生物學里，一個蛋白質可能為了執(zhí)行新的功能而改變去形狀；每一種可能的形狀被稱為構象，而在其之間的轉變即稱為構象改變。連續(xù)滅菌：就是將配制好的培養(yǎng)基在通入發(fā)酵罐時進行加熱,保溫，降溫的滅菌過程，也稱連消。連續(xù)培養(yǎng)及穩(wěn)態(tài)：又叫開放培養(yǎng)，是相對分批培養(yǎng)或密閉培養(yǎng)而言的。連續(xù)培養(yǎng)是采用有效的措施讓微生物在某特定的環(huán)境中保持旺盛生長狀態(tài)的培養(yǎng)方法.生理學家把正常機體在神經系統(tǒng)和體液以及免疫系統(tǒng)的調控下，使得各個器官、系統(tǒng)的協(xié)調活動，共同維持內環(huán)境的相對穩(wěn)定狀態(tài)，叫做穩(wěn)態(tài)。反饋流加：分間接控制，直接控制，定值控制和程序控制等流加培養(yǎng)。恒化器：一種微生物連續(xù)培養(yǎng)器。它以恒定的速度流出培養(yǎng)液，使容器中的微生物生長繁殖始終低于最快生長速度。這種容器反映的是培養(yǎng)基的化學環(huán)境恒定。而恒濁器反映的是細胞濁度（濃度）的恒定。恒濁器：一種連續(xù)培養(yǎng)微生物的裝置?？梢愿鶕囵B(yǎng)液中的微生物的濃度，通過光電系統(tǒng)觀控制培養(yǎng)液的流速，從而使微生物高密度的以恒定的速度生長雙膜理論：在氣液兩個流體相間存在界面，界面兩旁具有兩層穩(wěn)定的薄膜，即氣膜和液膜。這兩層穩(wěn)定的薄膜在任何流體動力學條件下，均呈滯留狀態(tài)；在氣液界面上，兩相的濃度總是相互平衡（空氣中氧的濃度與溶解在液體中的氧的濃度處于平衡狀態(tài)），即界面上不存在氧的傳遞阻力在兩膜以外的氣液兩相的主流中，由于流體充分流動，氧的濃度基本上是均勻的,也就是無任何傳質阻力，因此，氧由氣相主體到液相主體所遇到的阻力僅存在于兩層滯留膜中。42CSTR、PFR代表什么含義？比較CSTR型和PFR型酶反應器的性能。答：CSTR代表連續(xù)全混流酶反應器。PFR代表連續(xù)活塞式酶反應器。CSTR型和PFR型酶反應器的性能比較：達到相同轉化率時，PFR型酶反應器所需停留時間較短。在相同的停留時間達到相同轉化率時，CSTR型反應器所需酶量要大大高于PFR型反應器。因此一般來說，CSTR型反應器的效果比PFR型差，但是，將多個CSTR型反應器串聯時，可克服這種不利情況。與CSTR型酶反應器相比，PFR型酶反應器中底物濃度較高，而產物濃度較低，因此，發(fā)生底物抑制時，PFR型酶反應器轉化率的降低要比CSTR型劇烈得多；而產物抑制對

CSTR型酶反應器影響更顯著。43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到相應的菌體濃度。恒濁器則是通過監(jiān)測菌體密度來反饋調節(jié)流量。前者通過計量泵、溢流管來保證恒定的流量；后者通過光電池監(jiān)測細胞密度，以反饋調節(jié)流量來保證細胞密度的恒定。恒化器便于控制，其應用更為廣泛。44影響kLa的因素有哪些，如何提高kLa或Nv答：影響kLa的因素有：設備參數如設備結構尺寸、攪拌器直徑；操作參數如攪拌轉速、通風量；發(fā)酵液性質，如流變學性質。提高kLa或Nv的措施有：提咼轉速N，以提咼Pg，從而提咼kLa。增大通風量Q。當Q不大時，增大Q可明顯提高kLa；但當Q已較大時，繼續(xù)提高Q,將降低Pg，其綜合效果不會明顯提高kLa,甚至可能降低，因此有些調節(jié)措施是將提高轉速N和增大通風量Q二者結合。為了提高NV，除了提高kLa之外，提高C*也是可行的方法之一。通入純氧或在可行的條件下提高罐內操作壓力，均可提高C*。絲狀菌的生長導致發(fā)酵液粘度的急劇上升和kLa的急劇下降。過分提高轉速和通氣量可能導致菌絲體的機械破壞和液泛。在此情況下可重復地放出一部分發(fā)酵液，補充新鮮滅菌的等體積培養(yǎng)基，這樣可使kLa大幅度回升。向發(fā)酵液中添加少量氧載體，可提高kLa。45公式1?米氏方程v=Vmax1?米氏方程v=VmaxX[S]/(Km+[S])V停留時間e二-F稀釋率D=VSF稀釋率D=VS-S轉化率％=弋t0rDa準數Da=~m-Nm7.內擴散效率因子H=—in

in ror外擴散效率因子“ =~o?toutrodX菌體得率Y=X/S-dSdX菌體得率常數yg=(—dS)反應器生產能力P=P (分批式)Pr=牛=也十rtt ree連續(xù))產物生成比速Qp= —PXdt換熱裝置的傳熱面積 F=J—K-Atm呼吸商RQ=Q/QCO2 O246比較米氏方程和Monod方程卩S莫諾方程：卩―Km<SSrS米氏方程：丫-AK+Sm描述微生物生長描述酶促反應經驗方程理論推導的機理方程方程中各項含義：卩：生長比速(h-J卩：最大生長比速(h-i)maxS:單一限制性底物濃度(mol/L)K:半飽和常數(mol/L)S方程中各項含義：r：反應速率(mol/L.h)r:最大反應速率(mol/L.h)maxS：底物濃度(mol/L)K：米氏常數(mol/L)m適用于單一限制性底物、不存在抑制的情況適用于單底物酶促反應不存在抑制的情況47比較酶促反應中競爭性抑制、非競爭性抑制、反競爭性抑制Km、rmax的變化類 VI公 A'Jut醫(yī)■十［或|Pm*.- J■問_ _|増SKL一 j冋不變(1卜攀)［砂|M小2(1普［BJ48分批式操作的特點及其優(yōu)缺點:特點：微生物所處的環(huán)境不斷變化；適合于少量多品種的發(fā)酵生產；發(fā)生雜菌污染時終止操作容易；④可比較容易通過改變處理對策來改變運轉條件變化或轉產新產品⑤對原料組成要求較粗放等。優(yōu)點：設備制作費用低；同一設備可進行多種產品生產；發(fā)生雜菌污染或菌種變異概率低等缺點：反應器非生產周期長頻繁滅菌易使檢測裝置損傷；③每次培養(yǎng)均要接種導致生產成本增加；④需要非穩(wěn)定過程控制費用等49補料分批次操作(流加操作)的優(yōu)缺點優(yōu)點：同一套設備可進行多種產品生產；可任意控制反應器中的基質濃度；③可確保微生物所需的環(huán)境；如果能夠了解菌體在分批過程中的性質，可獲得產物高收率缺點：存在非生產周期；要較高的投入（需要控制和高價的檢測裝置）；人員操作加大了污染的危險；由于頻繁染菌，易使檢測裝置損傷。50連續(xù)式操作的優(yōu)缺點優(yōu)點：可維持穩(wěn)定的操作條件，從而使產率和產品質量保持相應穩(wěn)定；能夠有效實現機械化和自動化，降低勞動強度，減少操作人員與病原微生物和毒性產物接觸的