生化工程復(fù)習(xí)題

1、生化工程（12級）（一）填空題（10分左右）（二）單選題（15分左右）（三）判斷題（10分左右）（三）名詞解釋（2-4題10分左右）1、相對熱阻：指在相同條件下兩種微生物熱阻的比值。2、能量偶聯(lián)型生長：當(dāng)有大量合成菌體材料存在時(shí)，微生物生長取決于ATP的供能，這種生長就是能量偶聯(lián)型生長。（YATP±10g/mol）3、能量非偶聯(lián)型生長：當(dāng)缺少合成菌體的材料或存在生長抑制物質(zhì)，這時(shí)的生長取決于合成菌體材料的供應(yīng)或合成反應(yīng)的進(jìn)程，這種生長就是能量非偶聯(lián)型生長。（這時(shí)多余的ATP會(huì)被相應(yīng)的酶水解，能量以廢熱的方式釋放）（YATP<10g/mol）3、稀釋率：在連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)中，F(xiàn)/V被

2、稱為稀釋率（dilutionrate）用符號(hào)“D”表示。仇=D4、臨界氧濃度：微生物的比耗氧速率受發(fā)酵液中氧的濃度的影響，各種微生物對發(fā)酵液中溶氧濃度有一個(gè)最低要求，即不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度，稱為臨界氧濃度，以Ccr表示。5、軸功率：所謂攪拌器輸入攪拌液體的功率，是指攪拌器以既定的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時(shí)，用以克服介質(zhì)的阻力所需要用的功率，或簡稱為軸功率。它不包括機(jī)械傳動(dòng)的摩擦所消耗的功率，因此它不是電動(dòng)機(jī)的軸功率或耗用功率。6、呼吸商：RQ=C02生成速率/O2消耗速率7、反饋補(bǔ)料8、非反饋補(bǔ)料9、呼吸強(qiáng)度：呼吸強(qiáng)度（比耗氧速率）QO2：單位質(zhì)量干菌體在單位時(shí)間內(nèi)消耗氧的量。單位：mmolO2/（

3、kg干菌體h）。10、CSTR反應(yīng)器：均勻混合的生物反應(yīng)器（全混式，CSTR）即連續(xù)攪拌反應(yīng)器，又分為恒化器（chemostat）和恒濁器（turtitostat）兩種，前者是使培養(yǎng)液中限制性營養(yǎng)物質(zhì)保持恒定，后者是使培養(yǎng)液中的細(xì)胞濃度維持恒定。11、細(xì)胞理論得率：菌體得率（細(xì)胞得率）=YX/s=AX/（-AS）=（dX/dt）/（-dS/dt）=dX/（-dS）單位為g/g或g/mol反應(yīng)過程中產(chǎn)生細(xì)胞的量除以反應(yīng)過程中消耗基質(zhì)的量。菌體理論得率（Yg）Yg=（生成菌體的量）/（用于同化為菌體碳源消耗）=dX/（-dS）G12、反混：在實(shí)際的反應(yīng)器中，與流動(dòng)方向相垂直的截面上存在著不同的流速

4、分布，這必然存在物料微團(tuán)間的軸向混合。這種是經(jīng)歷了不同反應(yīng)時(shí)間的物料的混合，稱為反混。13、Z值：使十進(jìn)熱死時(shí)間延長或縮短十倍所需降低或提高的溫度，從另一角度代表細(xì)胞對熱的抵抗力大小（滅菌溫度系數(shù)）。（四）簡答題（2題）（10分左右）1、簡述兩級冷卻、分離、加熱空氣除菌流程、冷熱空氣直接混合式除菌流程特點(diǎn)。 兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程：流程的特點(diǎn)是：兩次冷卻，兩次分離，適當(dāng)加熱。兩次冷卻，兩次分離油水的好處是，能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻用水，油水分離得比較完全。經(jīng)第一次冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒，且霧粒濃度比較大，故適宜旋風(fēng)分離器分離。第二冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出一部分

5、較小的霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，這樣發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧粒和分離效果高的作用。經(jīng)二次分離的空氣帶的霧沫就較少，兩級冷卻可以減少油膜污染對傳熱的影響。這種流程適合濕度較大的地區(qū)。 冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程：它的特點(diǎn)：可省第二冷卻分離設(shè)備和空氣再加熱設(shè)備，流程比較簡單，冷卻水用量較少，利用壓縮空氣的熱量來提高空氣溫度。壓縮空氣從貯罐分成兩部分流出，一部分進(jìn)入冷卻器，冷卻到較低的溫度，經(jīng)分離器分離水、油霧后與另一部分未處理過的高溫壓縮空氣混合。2、提高體積溶氧系數(shù)和溶氧速率的方法有哪些？1、增加攪拌器轉(zhuǎn)速N,以提高Pg,可以有效的提高KLa。2、加大通氣量Q,以提高Vs。在低通氣量時(shí)

6、，提高Q可以顯著增大kLa。但當(dāng)通氣量已經(jīng)很高時(shí),進(jìn)一步提高Q,Pg也將隨之劇烈降低,其綜合效果將不會(huì)使kLa增加，甚至可能下降。只有在增大Q的同時(shí)也相應(yīng)提高N,使Pg不致過分降低的情況下,才能最有效地提高kLa3、為提高Nv,除了提高kLa之外，提高C*也是可行的方法之一。在空氣中通入純氧，或在可能時(shí)提高罐內(nèi)操作壓力，均可使C*增高，從而提高了氧的傳遞推動(dòng)力。4、高徑比調(diào)節(jié)。增加高徑比H/D,另一方面液相中的平均壓力增高，傳質(zhì)推動(dòng)力（C*-C）增大，從而提高溶氧速率；另一方面在通風(fēng)比Q/V一定的情況下，高徑比大，反應(yīng)器截面積小，空截面上的空氣線速度Vs將增大，從而提高溶氧速率。增加H/D還有

7、利于降低單位溶解氧功耗即提高傳氧效率。5、絲狀真菌的繁殖導(dǎo)致發(fā)酵液粘度的急劇上升和kLa的急劇下降。過分地提高轉(zhuǎn)速及通氣速率可能導(dǎo)致菌絲體的機(jī)械破壞及液泛。在這種情況下可重復(fù)地放出一部分發(fā)酵液，補(bǔ)充新鮮滅菌的等體積培養(yǎng)基，這樣可以使kLa大幅度回升。6、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，如正十二烷，氧在其中的溶解度為35°C,105Pa壓力時(shí)為54.9mg/L,故這類液體稱為氧載體。7、傳氧效率單位溶解氧功耗kLa值的大小是評價(jià)生化反應(yīng)器的重要指標(biāo)，但不是唯一指標(biāo)。一個(gè)性能良好的反應(yīng)器不僅應(yīng)具有較高的溶氧系數(shù)kLa值，而且其能量消耗是最低的

8、。作為評價(jià)通氣生化反應(yīng)器的另一個(gè)重要指標(biāo)是單位溶解氧功耗，即溶解1kg或1kmolO2所需要的功率，它反映該反應(yīng)器傳氧效率的高低。3、利用阿累尼烏斯方程簡述高溫短時(shí)滅菌方法原理。實(shí)驗(yàn)表明細(xì)菌抱子熱死反應(yīng)的活化能E很高，營養(yǎng)成分破壞的活化能較低。隨著溫度上升,菌體孢子死亡速度常數(shù)增加倍數(shù)大于培養(yǎng)基成分破壞速度常數(shù)增加倍數(shù)。所以當(dāng)溫度升高時(shí)，雜菌死亡速度要比營養(yǎng)成分破壞速度快得多。根據(jù)這一原理，培養(yǎng)基滅菌采用高溫短時(shí)的方法能達(dá)到滅菌的效果，又可以減少營養(yǎng)成分的破壞。阿累尼烏斯方程：K=Ae-E/RT4、簡述溶氧雙膜理論的內(nèi)容。氣泡和包圍著氣泡的液體之間存在著界面，在界面的氣泡一側(cè)存在著一層氣膜，在

9、界面液體一側(cè)存在著一層液膜；氣膜內(nèi)氣體分子和液膜內(nèi)液體分子都處于層流狀態(tài)，氧以濃度差方式透過雙膜；氣泡內(nèi)氣膜以外的氣體分子處于對流狀態(tài)，稱為氣體主流，任一點(diǎn)氧濃度，氧分壓相等；液膜以外的液體分子處于對流狀態(tài)，稱為液體主流，任一點(diǎn)氧濃度、氧分壓相等。在雙膜之間界面上，氧分壓與溶于液體中氧濃度處于平衡關(guān)系氧傳遞過程處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳質(zhì)途徑上各點(diǎn)的氧濃度不隨時(shí)間而變化。5、與分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)比較，補(bǔ)料分批培養(yǎng)有那些特點(diǎn)？與分批培養(yǎng)比較（1）可解除培養(yǎng)過程中的底物抑制、產(chǎn)物的反饋抑制和葡萄糖的分解阻遏效應(yīng)。（2）對于耗氧過程，可以避免在分批培養(yǎng)過程中因一次性投糖過多造成的細(xì)胞大量生長、耗氧過多以至通

10、風(fēng)攪拌設(shè)備不能匹配狀況；在某種程度上可減少微生物細(xì)胞的生成量、提高目的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率；（3）微生物細(xì)胞可被空中在一系列的過渡態(tài)階段，可用來控制細(xì)胞的質(zhì)量；并可重復(fù)某一時(shí)期細(xì)胞培養(yǎng)的過渡態(tài)，可用來理論研究。與連續(xù)培養(yǎng)方式比較：1. 不需要嚴(yán)格的無菌條件。2. 不會(huì)產(chǎn)生微生物菌種的老化和變異。3. 最終產(chǎn)物濃度較高，有利于產(chǎn)物的分離。4. 使用范圍廣。6、發(fā)酵產(chǎn)物動(dòng)力學(xué)分哪幾種，動(dòng)力學(xué)方程各是什么，舉例說明。1）偶聯(lián)型（相關(guān)型）在該模式中，產(chǎn)物形成速度與生長速度的關(guān)系可表示為：dP/dt=a（dX/dt）=apXP產(chǎn)物濃度（g/L）a產(chǎn)物相對于細(xì)胞的生成速度（g產(chǎn)物/g細(xì)胞），即：YP/X2）非偶聯(lián)

11、型（非相關(guān)型）dP/dt=pXP非生長關(guān)聯(lián)的產(chǎn)物形成常數(shù)（g產(chǎn)物/g細(xì)胞.h）3）混合型（部分相關(guān)型）dP/dt=apX+0X7、簡述空氣深層過濾機(jī)制介質(zhì)過濾（深層過濾）介質(zhì)過濾除菌是目前工業(yè)上用的較多的空氣除菌方法，它是采用定期滅菌的介質(zhì)來阻截流過的空氣所含的微生物，而取得無菌空氣。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭或玻璃纖維等。深層過濾所用的過濾介質(zhì)如棉花的纖維直徑一般為1620um。填充系數(shù)為8%時(shí)，棉花纖維所形成網(wǎng)絡(luò)的孔隙為2050um,微粒隨氣流通過濾層時(shí)，濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進(jìn)，使氣流出現(xiàn)無數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和方向，繞過纖維前進(jìn)，這些改變引起微粒對濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、阻攔、重力沉降、布朗擴(kuò)散、靜電吸引等作用而把微粒滯留在纖維表面上。介質(zhì)中過濾系統(tǒng)中由哪一種過濾機(jī)理起主導(dǎo)作用，由顆粒性質(zhì)、介質(zhì)的性質(zhì)和氣流速度等決定，只有靜電吸附只受塵?；蛭⑸锖徒橘|(zhì)所帶電荷作用，不受外界因素影響。當(dāng)氣流速度小時(shí)，慣性碰撞作用不明顯，以阻截、沉降和布朗運(yùn)動(dòng)為主。此時(shí)，除菌效率隨速度的增大而降低，當(dāng)增大到某值時(shí)，除菌效率最低，也