生物反应工程复习.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,生物反应工程复习,一、判断题（对的打，错的打）（每题1-1.5分，共15分）,二、填空题（每空1分，共10分）,三、名词解释（每题2-3,共20分）,四、简答题（共20-30分）,五、计算题（证明题）（共20-30分）,内 容,绪论,培养基灭菌,生 化 反 应 动 力 学,酶及微生物细胞固定化,氧的供需,空气除菌,微生物发酵动力学,比拟放大,一、判断题,在对数生长期，细胞浓度与培养时间成直线函数关系。,米氏方程为理论方程，,monod,方程为经验方程。,酶固定化后活力大都提高，稳定性一般都下降。,L,90,为过滤除菌效率为,90%,时过滤介质的厚度。,灭菌计算中，常取灭菌度,Ns=10,-3,，其含义为灭菌后每罐培养基中残留的活菌数为,1/1000,个。,比拟放大就是按比例放大。,单位菌体浓度的耗氧速率为呼吸强度。,微生物细胞的固定化以包埋法为主。,在单级连续培养中，有菌体循环比无菌体循环的发酵效率高。,单级恒化器是具有恒定化学环境的反应器。,当,Km=S,时，,V=,（,1/2,）,Vmax,；当,Km=2S,时，,V=,Vmax,。,在几种基质中，,KS,最大的那种为微生物的最适基质。,与,D,的单位相同，所以是相同的概念。,在对数生长期，细胞浓度与培养时间成直线函数关系。,微生物只能利用溶解氧。,速率与细胞浓度,X,无关，而比速率,X,有关。,培养基灭菌最常使用的方法是湿热灭菌。,在传氧阻力中，液膜阻力是控制因素。,高温短时间灭菌即能快速地灭菌，又能有效地保存培养基中的有效成分，这是灭菌动力学所得出的重要结论之一。,培养基中的油脂、糖、蛋白等有机物会增加微生物的耐热性，而高浓度的盐类、色素则削弱微生物的耐热性。,分批培养的优点是发酵周期短，菌种退化几率小。,连续培养的缺点是易染菌，菌种易退化。,酶固定化后活力大都提高，稳定性一般都下降。,L,90,越大，说明介质过滤性能越好。,有些酶反应在底物浓度升高时反应速率反而下降，表现为高底物浓度抑制。,生化工程初步形成于青霉素由小规模实验生产到大规模工业化生产的过程中。,对同一种微生物，其营养细胞和芽孢的比热死速率常数,k,值有差别,因此有不同的死亡曲线。,一种酶有几种底物就有几种,Km,值。,酶的,pH,值,酶活性曲线均为钟罩形。,稳态学说中所谓的稳态是指中间复合物,ES,的生成速率与分解速率相等，达到动态平衡,正协同效应使酶与底物亲和力增加。,m,是酶的特征常数。在任何条件下，,Km,是常数。,酶固定化后活力大都提高，稳定性一般都下降。,当,时，反应速率趋向于,Vmax,，此时只有通过增加来增加反应速率。,增加不可逆抑制剂的浓度，可实现酶活性的完全抑制。,酶反应的温度系数高于一般反应的温度系数。,固定化细胞可以是处于生长状态的活细胞、休眠状态的活细胞和死亡的细胞（细胞内的酶仍具活力）。,在单级连续培养中，有菌体循环比无菌体循环的发酵效率高。,连续培养技术可筛选特殊微生物，如可富集到耐高温或耐低温菌。,培养基中的油脂、糖、蛋白等有机物会削弱微生物的耐热性。,重组,DNA,技术和细胞融合技术为代表的一系列新成就，成为第三代生物技术产品。,正协同效应使酶促反应速率增加。,从鼠脑分离的己糖激酶可以作用与葡萄糖（,Km=610-6 mol/L,）或果糖（,Km=210-3 mol/L,）。则己糖激酶对果糖的亲和力更高。,Km,是酶的特征常数，只与酶的性质有关，与酶浓度无关。,有些酶反应在底物浓度高时，反应速度反而下降。,生化工程是运用化学工程的原理与方法解决生物反应过程中出现的普遍意义的特殊工程技术问题的一门学科。,固定化增殖酵母细胞比固定化静止细胞生产乙醇生产能力差很多。,培养基中高浓度的盐类、色素会增加微生物的耐热性。,细胞生长的速率与细胞浓度无关，而细胞的比生长速率与细胞浓度有关。,培养基连续灭菌操作容易提高温度，易实现高温短时灭菌法。,培养基间歇灭菌操作设备造价低廉，不需另外设置加热、冷却装置，适用于小批量生产规模。,生化过程中能够在线分析测量的变量有酶活性、副产物和中间产物浓度、生物细胞量、培养液粘度等。,Monod,方程属于微生物生长动力学确定论的结构模型。,pH,愈低，培养基所需的灭菌时间愈短。,亚硫酸钠氧化法是测定非培养状态下发酵罐内亚硫酸钠溶液的体积溶氧系数，不是真实发酵液的体积溶氧系数。,76.单级连续培养中，如果调整成（比生长速率）D（稀释速率），最终将发生“冲出”现象。即细胞被全部洗出（wash out)。,77.限制性底物是指培养基中浓度最小的物质。,78 亚硫酸盐氧化法可以用于测量真实发酵液的Kla。,79.对培养基进行热灭菌必须以霉菌的孢子为杀灭对象。,80.在一定温度下，各种不同微生物的比热死亡速率常数值相等。,81.在微生物反应器的分批操作中，与其它操作方式相比，易发生杂菌污染。,82.返混是指不同停留时间物料之间的混合。,83.间歇培养好氧微生物时，菌体耗氧速率是常数。,84.单级恒化器的稀释速率可以任意调整大小。,85.连续培养微生物X过程中，污染了杂菌Y，若,X,Y,，则杂菌Y不能在系统中保留。,86.单级恒化器连续培养某种酵母达一稳态后，流出液中菌体浓度是培养时间的函数。,87.动态法测量Kla不能用于有菌体繁殖的发酵液。,88.控制好氧发酵的溶氧浓度一定小于微生物的临界溶氧值。,89.微生物的比生长速率是指单位时间内菌体的增量。,90.在单级连续培养中，一般由于S,0,Ks，所以根据Monod方程可以认为Dcrimax。,91.分配效应是由于固定化载体与底物或效应物之间的的亲水性、疏水性及静电作用引起微环境和宏观环境之间物质的不等分配，改变了酶反应系统的组成平衡，从而影响反应速率的一种效应。,92.固定化酶的表观速率是假定底物和产物在酶的微环境和宏观环境之间的传递是无限迅速，也就是在没有扩散阻力情况下的反应速率。,93.在微生物培养过程中有可能存在多种限制性底物。,94、间歇培养微生物的减速生长期，微生物的比生长速率小于零。,95、微生物营养细胞易于受热死灭，其比热死亡速率常数K值很高。,二、填空题,酶固定化的方法有,_,、,_,、,_,和,_,等四种。,培养基灭菌的方法主要有,_,、,_,和,_,，,_,方法广泛使用。,.,测定溶氧系数方法有,_,和,_,。,对培养液通气时，氧从空气气泡传递到细胞要克服一系列阻力，其中,_,阻力是控制因素。,生化工程是,_,与,_,两门学科相互渗透而形成的一门新学科，而非生物化学工程。,深层过滤除菌的机理比较复杂，是由多种机制构成的，主要有,_,、,_,、,_,、,_,、,_,五种机制。,在对啤酒酵母的分批培养中，消耗,1mol,的葡萄糖得酵母细胞,90.0g,（干重），则细胞对所消耗基质的得率系数,Yx/s,=_ g/mol,。,为比生长速率，,td,为倍增时间，则,td=_,。,固定化酶的主要优点包括,_,、,_,、,_,。,连续发酵的稀释率,D,的定义是,D,=_,，其中,F,为培养液流速，,V,为培养液体积,细胞中酶活性的调节方式主要有,_,、,_,、,_,、,_,、,_,五种方式。,在对假单胞菌的分批培养中，消耗,1mol,的甲醇得细胞,13.1g,（干重），则细胞对所消耗基质的得率系数,Yx/s,是,_ g/mol,。,酶的活性中心包括,_,和,_,两个功能部位，其中,_,直接与底物结合，决定酶的专一性。,_,是酶的化学反应的部位，决定催化反应的性质,.,、工程上广泛采用的培养基灭菌方法有,和,。,生化工程学科创立的基础是,_,。,培养基在保温设备中的流动情况有,_,、,_,、,_,三种。,酶促反应动力学的双倒数作图（,Lineweaver,Burk,作图法），得到的直线在横轴上的截距为,_,，纵轴上的截距为,_,。,体积溶氧系数,kLa,的测定方法主要有,_,，,_,。,氧溶解的过程是气体吸收过程，因此可用气体吸收的基本理论,_,理论阐述。,温度对酶活力影响有以下两个方面：一方面,_,，另一方面,_,。,莫诺方程的双倒数作图，得到的直线在横轴上的截距为,_,，纵轴上的截距为,_,。,在分批培养中，根据微生物生长速率的不同，可将其生长曲线划分为,_,、,_,、,_,、,_,、,_,五个阶段。,在传氧阻力中，,_,阻力是控制因素。,双底物酶反应按动力学机制可分为,_,、,_,和,_,。,pH,值影响酶活力的原因可能有以下几方面：影响,_,，影响,_,，影响,_,，影响,_,。,固定化酶的优点包括,_,，,_,，,_,等。,影响培养基灭菌的因素有,_,，,_,，,_,，,_,，,_,，,_,。,单级恒化器连续培养细胞的稳态操作条件,_,。,生化工程模型可分为,_,、,_,。,固定化酶（细胞）反应器,_,、,_,、,_,。,31.微生物的比热死亡速率常数由微生物菌体的,和,两个因素决定。,32.单纤维捕集效率中，重要的三个机制是,、,和,。,33.发酵罐通气条件下的搅拌功率通常,不通气条件下的搅拌功率。,34.Monod方程中动力学常数的求算常采用,或,。,35.酶和活细胞的固定化方法有、,和,。,36.工程上广泛采用的培养基灭菌方法有,和,。,37.Monod模型的数学表达式为,。,38.为比生长速率，td为倍增时间，则td=,。,39.深层过滤器的设计中，最重要的设计参数是,。,40、分批发酵中微生物处于限制性的条件下生长，其生长周期为,、,、,、,、,。,一、名词解释,固定化酶的分配效应、固定化酶的位阻效应,恒化器、恒浊法、细胞回流的单级恒化器,均衡生长、非均衡生长,临界底物浓度,Scrit,微生物的热阻,返混,限制性底物,酶的竞争、非竞争、反竞争性抑制,临界溶氧浓度,Y,P/S,、,Y,X/S,、,y,p/x,k,d,k,L,a,比生长速率,介质厚度,L,90,呼吸强度,稀释率、临界稀释率,分批培养、连续培养,二、简答题,1、有细胞回流的单级连续培养是怎样的操作方式？与单级恒化器相比有什么优点？,2、高温快速杀菌（高温短时间灭菌）的原因是什么？灭菌的控制参数是什么？,3、灭菌的方法主要有哪几种？发酵工业中为何应用最广的是湿热灭菌?,4、连续培养技术的应用有哪些？连续培养的缺陷有哪些？,5、Monod方程建立的几点假设是什么？Monod 方程与米氏方程主要区别是什么？,6、图示分析培养基间歇灭菌过程和连续灭菌过程的温度变化情况，写出间歇灭菌过程中各阶段对灭菌的贡献,。,7、主要有哪几种测量Kla的方法，说明它们的适用场合。,8、说明动态法测量Kla的原理和方法。,9、酶和细胞的固定化有哪几种方法，举出两个应用实例。,10、工业上空气除菌所用的过滤介质（如棉花、玻璃纤维、活性炭等）的滤孔远大于菌体，为何能达到除菌目的？,11、在间歇培养中，根据微生物生长速率的不同，可将其生长曲线划分为哪几个阶段？各阶段的基本特点是什么？,12、你所知道的提高溶氧速率Nv的途径有哪些？,13、根据莫诺方程简述一下在培养过程中，调节限制性底物浓度对微生物生长的影响。,14、氧溶解过程的双膜理论的基本论点有哪些？传氧速率公式及各项的物理意义。,15、对活细胞的实验表明，酶的底物浓度通常就在这种底物的Km附近，请解释其生理意义。为什么底物浓度不是大大高于或大大低于Km？,16、简述在相对过滤介质中，气流速度的大小对除菌效率的影响。,五、计算题,1、求得率系数。,2、游离酶、固定化酶动力学,3、对数残留定律,4、对数穿透定律,5、有无抑制剂米氏方程,6、推导,Study,Study,once more Study,复习内容到此结束,谢 谢,