生化工程原理復習題及答案

生化工程原理復習題及答案

一、名詞解釋口

1、生化工程：將生物技術的實驗室成果經工藝及工程開辟，成為可

供工業(yè)生產的工藝過程，常稱為生化工程。「

2、滅菌：是指用物理或者化學方法殺滅物料或者設備中的一切生命

物質

白劍程。［

3、慣性沖撞機制：氣流中運動的顆粒，質量，速度，具有慣性，當

微粒隨氣流以一定的速度向著纖維垂直運動時，空氣受阻改變方向，繞過

纖維前進，微粒由于慣性的作用，不能及時改變方向，便沖向纖維表面，

并滯留在纖維表面。n

4、細胞得率口

：是對碳的細胞得率。=生成細胞量某細胞含碳量或者口

二消耗基質量某基質「

^50:。n

5、生物反應動力學：是研究在特定的環(huán)境條件下，微生物的生長、

產物的生成、底物的消耗之間的動態(tài)關系及規(guī)律，以及環(huán)境因了對這些關

系的影響?？?/p>

生物反應工程：是一門以生物反應動力學為基礎，研究生物反應過程

優(yōu)化和控制以及生物反應器的設計、放大與操作的學科?？?/p>

6、返混：反應器中停留時間不同的物料之間的混合稱為返混。！1

7、細非結構模型：【

8、非結構模型：如果把菌體視為單組分，則環(huán)境的變化對菌體組成

的影響可被忽略，在此基礎上建立的模型稱為非結構模型。n

結構模型：在考慮細胞組成變化基礎上建立的微生物生長或者相關的動

力學觸n

9、限制性底物：是培養(yǎng)基中任何一種與微生物生長有關的營養(yǎng)物，

只要該營養(yǎng)物相對貧乏時，就可能成為限制微生物生長的因子，可以是C

源、N源、無機或者有機因子。「

10、絕對過濾介質：絕對過濾介質的孔隙小于細菌和狗子，當空氣通

過時微生物被阻留在介質的一側。n

深層過濾介質：深層過濾介質的截面孔隙大于微生物，為了達到所需

的除菌效果，介質必須有一定的厚度，因此稱為深層過濾介質。(1

11、均衡生長：在細胞的生長過程中，如果細胞內各種成份均以相同

的比例增加，則稱為均衡生長?？?/p>

非均衡生長:細胞生長時胞內各組分增加的比例不同，稱為非均衡生

長?？?/p>

二、問答口

1、試述培養(yǎng)基滅菌通常具有哪些措施？滅菌動力學的重要結論有哪

些？答：培養(yǎng)基滅菌措施有：口

(1)使用的培養(yǎng)基和設備需經滅菌?？?/p>

(2)好氧培養(yǎng)過程中使用的空氣應經除菌處理?？?/p>

(3)設備應嚴密，生物反應器中要維持高于環(huán)境壓力。(4)培養(yǎng)過

程中加入的物料應經過滅菌。(5)使用無污染的純粹種子。滅菌動力學

的重要結論：

(1)細菌抱子熱死滅反應的很高，而大部份營養(yǎng)物質熱破壞反

應的AE很低，于是將T提高到一定程度會加速細菌胞子的熱死滅速率，

從而縮短在升高溫度下的滅菌時間(ln(N/NO)二-Kt)；1

(2)由于營養(yǎng)成份熱破壞的很低，上述的溫度提高只能稍微增

大其熱破壞程度，但由于滅菌時間的顯著縮短，結果是營養(yǎng)成份的破壞量

在允許的范圍內。［］

(3)高溫短時滅菌方法是滅菌動力學得出的重要結論，它既能快速

滅菌，又能有效地保存培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成份。］

2、為什么要進行培養(yǎng)基滅菌？若培養(yǎng)基不滅菌，會產生什么不良后

果？n

答：這是由于生物反應系統(tǒng)中通常含有比較豐實的營養(yǎng)物質，容易受

到雜菌污染，由于雜菌的存在，會有以下各種不良后果：n

(1)由于雜菌污染，使生物反應的基質或者產物，因雜菌的消耗而

損

失，造成生產能力的下降?！?/p>

(2)由于雜菌所產生的一些代謝產物或者在染菌后改變了發(fā)酵液的

某

些理化性質，使產物的提取艱難，造成收得率降低或者使產品質量下降。

(3)污染的雜菌大量繁殖，會改變反應體系的pH,從而使生物反應

發(fā)生異常變化。(4)發(fā)生噬菌體污染，微生物細胞被裂解，而使生產失

敗。口

3、控制溶氧的工藝手段有哪些？答：①改變通氣速率；口

②改變攪拌速度；（不適合動植物培養(yǎng)體系）n

③改變氣體組成中氧分壓；（適合動植物培養(yǎng)體系，可用于短期溶

解氧）④改變罐壓；n

⑤改變發(fā)酵液理化性質；⑥加入傳氧中間介質。u

4、試述深層過濾介質除菌的機理?？?/p>

答：（1）纖維介質對顆粒的攔截：在氣流速度在臨界速度以下，由于

速度很低時，在纖維周口

邊形成一層邊界滯留區(qū)，在滯留區(qū)內氣流速度更慢，在滯留區(qū)內的顆

粒緩慢接近纖維，并與之接觸，由于磨擦、粘著作用而被滯留。r

（2）顆粒的慣性碰撞：當微生物等顆粒隨空氣以一定的速度流動，在

接近纖維時，氣流碰到口

纖維而受阻，空氣就改變運動方向繞過纖維繼續(xù)前進。但微生物等顆

粒由于具有一定的質量，在以一定速度運動時具有慣性，碰到纖維時，由

于慣性作用而離開氣流碰在纖維表面上，由于磨擦、粘附作用，被滯留在

纖維表面上。［

（3）布朗擴散：弱小顆粒在氣流速度很慢時在氣體中呈布朗擴散狀態(tài)。

但纖維間隙很小，微粒與纖維接觸的機會較大，纖維對顆粒有一定程度的

截留。1

5、試述微生物反應過程的主要特征。答：（1）微生物是該反應過程

的主體；n

（2）微生物反應的本質是復雜的酶催化反應體系；（3）微生物反應

是非常復雜的反應過程。r

復雜性主要表現在以下方面：口

②微生物反應有多種代謝途徑，不同的條件會得到不同的產物?！?/p>

③微生物反應過程中，細胞的形態(tài)、組成、活性都處在一動態(tài)變化過

程。上述這些因素，造成為了描述、控制和開辟微生物反應過程的復雜性

。n

6、試述對數穿透定律的假設條件。答：對數穿透定律的四點假設：口

（1）過濾器中過濾介質中，每一根纖維周圍的空氣流態(tài)并不因其它

臨近纖維的存在而受影響。r

（2）空氣中的微粒與纖維表面接觸后即被吸附，再也不被空氣帶走

O

（3）過濾器中的過濾效率與空氣中的微粒的濃度無關,u

（4）空氣中微粒在濾層中的減遞均勻，即每一纖維薄層除去同樣百

分率的菌體。1

7、試述發(fā)酵過程中不斷地通過通風和攪拌，氣態(tài)中的氧經過哪些傳

遞步驟到液相。答：（1）從氣相主體擴散到氣象界面；（2）穿過氣液界

面；「

（3）從氣液界面擴散通過液膜到液相主體中?？?/p>

擴展：（1

氧氣的傳遞過程可以分為供氧和耗氧兩個方面，供氧是指空氣中的氧

氣從空氣泡通過氣膜、氣液界面和液膜擴散到液相主體中；耗氧是指份子

氧自液相主體通過液膜、液固界面、細胞壁和膜擴散到細胞內?？?/p>

氧從空氣泡傳遞到細胞內涉及如下過程：（1）從氣相主體擴散到氣

象界面；（2）穿過氣液界面；「

（3）從氣液界面擴散通過液膜到液相主體中；（4）通過液相主體到

細胞或者細胞團外的液膜；（5）通過細胞或者細胞團外的液膜；「

（6）穿過液相主體與細胞團之間的液固界面；（7）擴散進入細胞團

內；「

（8）穿過細胞壁和細胞膜到達反應位點。8、試述雙膜理論的要事有

哪些。n

答：（1）在氣液兩個流體相間存在界面，在界面兩側各有一層穩(wěn)定

的薄膜，即氣膜與液膜，液膜內的液體份子溫和膜內的氣體份子都處于層

流狀態(tài)，份子間無對流運動，氧的份子只能以擴散方式穿過雙膜進入液相

主體。D

（2）兩相界面上氧的分壓強與溶于界面液膜中的氧的濃度之間達到

氣液平衡狀態(tài)，因此在界面上沒有物質傳遞的阻力。［

（3）傳質過程處于穩(wěn)定狀態(tài)，傳質途徑上各點的氧濃度不隨時間而

變。0

9、試述微生物反應過程的計量學原理。答：①1

是對基質的細胞得率，指生成細胞的質量與消耗基質質量之比。口

二消耗基質量某基質含碳量?！?/p>

②是對碳的細胞得率。二生成細胞量某細胞含碳量或者⑨

是對ATP生成的細胞得率。即每消耗Imol碳源所生成的ATP的摩爾

數?！?/p>

10、生物反應器比擬放大要解決哪些問題？口

答：用小型生物反應設備進行科學實驗，并獲得某種產品的優(yōu)化結果,

如何把這種優(yōu)化的結果在大型的工業(yè)生產設備中賦予重現，即大型設備的

幾何尺寸、功率、空氣流量、攪拌轉數都是怎樣的才干再現小型設備里的

優(yōu)化結果，這就是生物反應器比擬放大要解決的問題?？?/p>

11、試述基質消耗動力學、產物的生產動力學及它們之間的相互關系。

答：（一）基質消耗動力學：基質消耗速率的物料平衡式可表示為：口

n

十M某弋

——細胞的生長得率系數，g/mol——產物得率系數，mol/moln

m---細胞的維持系數，mol/（g.）□

（二）產物的生成動力學：根據產物生成速率與細胞生長速率之間的

關系，將產物生成動力學模型分成三種類型。［

類型I為相關模型，反映產物生成與細胞生長相關的過程，其動力

學方程可表示為］

=口薪

二口「

式中：n

----單位質量細胞生成的產量，g/g或者mol/gu

類型II為部份相關模型，反映產物生成與細胞生長僅有間接關系的過

程。其動力學方程式表示為［

二a+B某「

與細胞生長有關，P某僅與細胞濃度有關?？?/p>

式中，a、0為常數：an

二aU+B口

=P某/

它們之間的相互關系：在分批培養(yǎng)時，培養(yǎng)液中基質的減少是由于細

胞和產物的生成，如果限制性基質是碳源，消耗掉的碳源中一部份形成細

胞物質，一部份形成產物，與部份供細胞維持生命活動之用?！?/p>

12、影響固定化酶反應動力學的因素有哪些？答：（1）構象效應。

醯固定化過程中，酶和載體的相互作用引起酶的活性中心或者調節(jié)中心的

構

象發(fā)生變化，導致酶的活力下降。口

（2）分配效應。由于載體內外物質分配不等，影響酶促反應速