生化工程原理復(fù)習(xí)題及答案

生化工程原理復(fù)習(xí)題及答案

一、名詞解釋口

1、生化工程：將生物技術(shù)的實驗室成果經(jīng)工藝及工程開辟，成為可

供工業(yè)生產(chǎn)的工藝過程，常稱為生化工程?！?/p>

2、滅菌：是指用物理或者化學(xué)方法殺滅物料或者設(shè)備中的一切生命

物質(zhì)

白劍程。［

3、慣性沖撞機制：氣流中運動的顆粒，質(zhì)量，速度，具有慣性，當(dāng)

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(xì)胞得率口

：是對碳的細(xì)胞得率。=生成細(xì)胞量某細(xì)胞含碳量或者口

二消耗基質(zhì)量某基質(zhì)「

^50:。n

5、生物反應(yīng)動力學(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態(tài)關(guān)系及規(guī)律，以及環(huán)境因了對這些關(guān)

系的影響?？?/p>

生物反應(yīng)工程：是一門以生物反應(yīng)動力學(xué)為基礎(chǔ)，研究生物反應(yīng)過程

優(yōu)化和控制以及生物反應(yīng)器的設(shè)計、放大與操作的學(xué)科。口

6、返混：反應(yīng)器中停留時間不同的物料之間的混合稱為返混。！1

7、細(xì)非結(jié)構(gòu)模型：【

8、非結(jié)構(gòu)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(chǔ)上建立的模型稱為非結(jié)構(gòu)模型。n

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者相關(guān)的動

力學(xué)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(guān)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?！?/p>

10、絕對過濾介質(zhì)：絕對過濾介質(zhì)的孔隙小于細(xì)菌和狗子，當(dāng)空氣通

過時微生物被阻留在介質(zhì)的一側(cè)。n

深層過濾介質(zhì)：深層過濾介質(zhì)的截面孔隙大于微生物，為了達(dá)到所需

的除菌效果，介質(zhì)必須有一定的厚度，因此稱為深層過濾介質(zhì)。(1

11、均衡生長：在細(xì)胞的生長過程中，如果細(xì)胞內(nèi)各種成份均以相同

的比例增加，則稱為均衡生長。口

非均衡生長:細(xì)胞生長時胞內(nèi)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(xué)的重要結(jié)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(shè)備需經(jīng)滅菌。口

(2)好氧培養(yǎng)過程中使用的空氣應(yīng)經(jīng)除菌處理。口

(3)設(shè)備應(yīng)嚴(yán)密，生物反應(yīng)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(yīng)經(jīng)過滅菌。(5)使用無污染的純粹種子。滅菌動力學(xué)

的重要結(jié)論：

(1)細(xì)菌抱子熱死滅反應(yīng)的很高，而大部份營養(yǎng)物質(zhì)熱破壞反

應(yīng)的AE很低，于是將T提高到一定程度會加速細(xì)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(jié)果是營養(yǎng)成份的破壞量

在允許的范圍內(nèi)。［］

(3)高溫短時滅菌方法是滅菌動力學(xué)得出的重要結(jié)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(chǎn)生什么不良后

果？n

答：這是由于生物反應(yīng)系統(tǒng)中通常含有比較豐實的營養(yǎng)物質(zhì)，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(yīng)的基質(zhì)或者產(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)物或者在染菌后改變了發(fā)酵液的

某

些理化性質(zhì)，使產(chǎn)物的提取艱難，造成收得率降低或者使產(chǎn)品質(zhì)量下降。

(3)污染的雜菌大量繁殖，會改變反應(yīng)體系的pH,從而使生物反應(yīng)

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

敗?？?/p>

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(zhì)；⑥加入傳氧中間介質(zhì)。u

4、試述深層過濾介質(zhì)除菌的機理?？?/p>

答：（1）纖維介質(zhì)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(nèi)氣流速度更慢，在滯留區(qū)內(nèi)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(dāng)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(zhì)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(yīng)過程的主要特征。答：（1）微生物是該反應(yīng)過程

的主體；n

（2）微生物反應(yīng)的本質(zhì)是復(fù)雜的酶催化反應(yīng)體系；（3）微生物反應(yīng)

是非常復(fù)雜的反應(yīng)過程。r

復(fù)雜性主要表現(xiàn)在以下方面：口

②微生物反應(yīng)有多種代謝途徑，不同的條件會得到不同的產(chǎn)物?！?/p>

③微生物反應(yīng)過程中，細(xì)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(yīng)過程的復(fù)雜性

。n

6、試述對數(shù)穿透定律的假設(shè)條件。答：對數(shù)穿透定律的四點假設(shè)：口

（1）過濾器中過濾介質(zhì)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(guān),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(fēng)和攪拌，氣態(tài)中的氧經(jīng)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。口

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(xì)胞壁和膜擴散到細(xì)胞內(nèi)。口

氧從空氣泡傳遞到細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞或者細(xì)胞團外的液膜；（5）通過細(xì)胞或者細(xì)胞團外的液膜；「

（6）穿過液相主體與細(xì)胞團之間的液固界面；（7）擴散進入細(xì)胞團

內(nèi)；「

（8）穿過細(xì)胞壁和細(xì)胞膜到達(dá)反應(yīng)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(cè)各有一層穩(wěn)定

的薄膜，即氣膜與液膜，液膜內(nèi)的液體份子溫和膜內(nèi)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(dá)到

氣液平衡狀態(tài)，因此在界面上沒有物質(zhì)傳遞的阻力。［

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

變。0

9、試述微生物反應(yīng)過程的計量學(xué)原理。答：①1

是對基質(zhì)的細(xì)胞得率，指生成細(xì)胞的質(zhì)量與消耗基質(zhì)質(zhì)量之比。口

二消耗基質(zhì)量某基質(zhì)含碳量?！?/p>

②是對碳的細(xì)胞得率。二生成細(xì)胞量某細(xì)胞含碳量或者⑨

是對ATP生成的細(xì)胞得率。即每消耗Imol碳源所生成的ATP的摩爾

數(shù)?！?/p>

10、生物反應(yīng)器比擬放大要解決哪些問題？口

答：用小型生物反應(yīng)設(shè)備進行科學(xué)實驗，并獲得某種產(chǎn)品的優(yōu)化結(jié)果,

如何把這種優(yōu)化的結(jié)果在大型的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中賦予重現(xiàn)，即大型設(shè)備的

幾何尺寸、功率、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)數(shù)都是怎樣的才干再現(xiàn)小型設(shè)備里的

優(yōu)化結(jié)果，這就是生物反應(yīng)器比擬放大要解決的問題。口

11、試述基質(zhì)消耗動力學(xué)、產(chǎn)物的生產(chǎn)動力學(xué)及它們之間的相互關(guān)系。

答：（一）基質(zhì)消耗動力學(xué)：基質(zhì)消耗速率的物料平衡式可表示為：口

n

十M某弋

——細(xì)胞的生長得率系數(shù)，g/mol——產(chǎn)物得率系數(shù)，mol/moln

m---細(xì)胞的維持系數(shù)，mol/（g.）□

（二）產(chǎn)物的生成動力學(xué)：根據(jù)產(chǎn)物生成速率與細(xì)胞生長速率之間的

關(guān)系，將產(chǎn)物生成動力學(xué)模型分成三種類型。［

類型I為相關(guān)模型，反映產(chǎn)物生成與細(xì)胞生長相關(guān)的過程，其動力

學(xué)方程可表示為］

=口薪

二口「

式中：n

----單位質(zhì)量細(xì)胞生成的產(chǎn)量，g/g或者mol/gu

類型II為部份相關(guān)模型，反映產(chǎn)物生成與細(xì)胞生長僅有間接關(guān)系的過

程。其動力學(xué)方程式表示為［

二a+B某「

與細(xì)胞生長有關(guān)，P某僅與細(xì)胞濃度有關(guān)?？?/p>

式中，a、0為常數(shù)：an

二aU+B口

=P某/

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

胞和產(chǎn)物的生成，如果限制性基質(zhì)是碳源，消耗掉的碳源中一部份形成細(xì)

胞物質(zhì)，一部份形成產(chǎn)物，與部份供細(xì)胞維持生命活動之用?！?/p>

12、影響固定化酶反應(yīng)動力學(xué)的因素有哪些？答：（1）構(gòu)象效應(yīng)。

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(diào)節(jié)中心的

構(gòu)

象發(fā)生變化，導(dǎo)致酶的活力下降?？?/p>

（2）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