生化工程考点.doc

1.在恒化器中，可通过控制培养基的流动速度F的变化来控制生长速率μ的水平。这也称为单罐恒流速连续发酵。
2.单罐连续培养时的最大稀释率Dn为理论上连续培养中最适宜的稀释率。
3.微生物产物形成的动力学模型有偶联型、非偶联型、混合型三种。
4.连续发酵时的临界稀释率是指：当D=μm时，X→0，即稀释率达到最大，此时D=Dc（临界稀释率）=μm，S→So。
5补料分批培养主要应用在间歇补料操作、连续补料操作、循环分批操作、循环间歇补料操作、循环连续补料操作 五种。
6.固定化酶的优点可概括为：酶稳定性增强、酶能反复利用、可实现连续化酶反应、缩小反应体积、反应条件易控制、可提高产物的纯度和产率、充分利用资源、节省能源、环境保护等方面的优点。
7.酶固定化的方法有吸附法、包埋法、交联法、共价结合法、联合固定化法。
8.影响固定化酶性能的因素有：酶结构的改变、位阻效应、分配效应、扩散效应。
9.固定化酶的方法有多种，每一种由于固定化条件不同，其固定化酶性能也不同，评价固定化效率的指标有：酶的固定化率、酶活力表现率、酶活力效率、有效因子。
10.固定化酶反应器的选择应考虑的因素有：反应形式，反应速率，反应器操作成本，底物浓度性质，物质传递速率，活性失活方式
11.固定化酶的反应器种类有：搅拌罐、汽化床、膜式反应器、鼓泡塔、固定床发酵罐。
12.微生物反应器种类有：机械搅拌发酵罐、自吸式发酵罐、气升式发酵塔、塔式发酵罐、气升式流化床、固定床。
13.在恒化器中，如果通过的干物料速率过快，造成表现产率系数下降导致生产率Pc大幅降低（因为D增大，刚进入的细胞未来得及生长就被冲走，Pc下降）。
14.比较圆盘、平直叶、弯叶、箭叶涡轮搅拌器，在相同的转速下平直叶输出功率最大，箭叶造成轴向流动最强。
15.固定化细胞有两种，即固定化活细胞和固定化休眠细胞。
16.设计空气预处理流程最关键的系数是捕集效率，一般要求进空气过滤器的空气质量标准是微粒及细菌微生物的尺寸为0.5~2.0µm。
17.一般深层空气过滤器设计是以最低捕集效率时的空气流速计算，这时，单纤维惯性碰撞捕集效率等于0。
18.高温瞬时灭菌是基于高温瞬时灭菌既能快速灭菌又能有效保存培养基中的有效成分。
19.培养基灭菌主要考虑所需的无菌程度和培养基中有效成分被破坏的允许范围两个因素。
20.深层过滤除菌机理包括惯性碰撞、拦截、布朗扩散、重力沉降、静电吸引。
选择题
1.所谓发酵罐中“三进”是从下列管道中进入蒸汽：空气进口、排料口、取样口
2. Monod模型使用条件如下：平衡生长、培养基充分混合、被认为是非结构模型。
3.培养基灭菌应考虑的因素：灭菌的杀死程度、营养成分的破坏率、低温慢速对培养基成分破坏大。
4. 恒化连续培养达稳定时：dx/dt=0、ds/dt=o、dp/dt=o
5. 设计空气预处理流程应考虑：湿空气的含湿量大小、进罐时空气的温度在40℃左右
6. 对于恒化培养：基质存在限制作用、恒定基质流量
7. 单罐连续发酵中，理论推导公式D.X=D.Yx/s[So-Ks.D/(μm-D)]假定：培养液流加量与罐内发酵液体积恒定、罐中发酵液充分混合、满足Monod模型、Yx/s=常数
8. 管式维持器中培养基流型应是：活塞流

简答题
1. 高温瞬时灭菌经济实用，有时常用分批操作，即加热、保温、冷却，如何处理这三个操作段，使其达到最优？
答：三个阶段对孢子的死亡和培养基中有效成分破坏所作贡献不等。孢子受热死亡符合-Dn/dt=Kn,LnNo/N=LnNo/N1+LnN1/N2+LnN2/N，即LnNo/N由三块面积组成，灭菌过程中保温是主要的，加热和冷却特别是冷却阶段灭菌作用很小，而且物料在这两段时间营养破坏更多，所以要尽可能的加快换热速度，以缩短加热和冷却的时间。一般认为当温度超过100℃后，才有杀菌作用，且作用随温度的升高而增大。（No-初始活杂菌总数，N1-加热结束后活杂菌总数，N2-保温结束后活杂菌总数，，N-冷却结束后活杂菌总数）。
2. 连续灭菌比分批灭菌优越，具体体现在哪些方面？
答：①连续灭菌操作易提高温度，易实现高温瞬时灭菌，可减少培养基中营养成分的损失，提高产物收率②连续灭菌操作条件恒定，可获得稳定的灭菌质量③易实现自动化控制④系统避免反复的加热和冷却，可提高热利用率⑤总灭菌时间较分批灭菌短，缩短了发酵周期。
3. 连续发酵有很多优点，为什么工业中应用较少？
答：①稳定性问题：连续发酵要求系统稳定状态，首先要求确保菌种稳定，但大规模生产发酵过程中常出现菌种变异和退化的现象。②无菌度问题：连续发酵是纯种培养，要求整个系统无杂菌，但由于发酵周期长，染菌几率大。③匀态问题：如果混合不充分或均匀度不够，则微生物生长不一致，发酵操作不稳定而降低产率。④连续培养流出的发酵液中底物浓度低，增加提取负荷，增大生产成本。⑤放大问题：由于微生物出现特性和环境因素影响比较复杂，从实验室放大到生产规模也有不少问题。
4. 微生物反应动力学方程U=UmS|S+Ks。
说明式中各符号含义，并讨论微生物生
长过程中的变化
答：μm最大比生长速率，s限制性基质浓度，Ks饱和常数（比生长速率达到最大时限制性基质浓度的一半），μ比生长速率
①当培养基中任一营养物浓度S>>Ks时，μ=μm，即各种营养物质充足，无限制性生长现象②当KS>>S，U∝s,即营养物浓度成为限制微生物生长的因素，μ减小。③μ从μm开始减少时基质底物浓度为临界底物浓度，如果任一营养物质的浓度高于临界浓度，则为非限制性底物，低于限制性浓度为限制性底物。④一般μm变化不大，Ks变化较大
5. 莫诺方程的适用条件以及与米氏方程的比较
答：适用条件1，非结构动力学2，细胞组成不变3，底物对细胞的亲和力不随其他条件的变化而变化4，无抑制条件下生长的微生物5，单一限制基质
莫诺方程与米氏方程形式上是一样的，因为微生物生长可以看做酶反应的粗略代表，不同的是米氏方程是应用酶反应理论推导得到的，莫诺方程是经验公式，两方程的意义也是不同的，米氏方程表达了底物S消耗很少，产物生成极少时反应初速度与底物浓度的关系，莫诺方程表达了微生物比生长速率与单一限制性基质浓度之间的关系。
6. 连续发酵可用于哪些方面？
答：1，研究微生物对环境因子的响应以及确定最佳环境条件。2，可在高选择性破坏条件下筛选和富集培养专一类型的微生物。3用于基因重组微生物质粒稳定性的研究 4，应用于实验室生物反应动力学研究，有利于制定生物反应控制策略 5，工业上用于生产微生物细胞，一级代谢产物以及能量产生和细胞增殖和有关代谢产物
7. 固定化酶反应动力学有哪些特征？
答： 固定化酶的反应动力学与溶液酶显著不同，如酶的活力，反应动力学参数，底物专一性都可能发生变化，这不仅是由于酶固定化后其结构可能发生变化，而且是由于传质阻力增大等原因造成的。
1， 底物专一性由于空间位阻，固定化酶对高分子量底物的活性显著减少，2，反应最适PH值：因酶蛋白和不溶性载体的不同而变动3，最适反应温度：比游离酶高，也有与游离酶相同。4，Km，有些不变，有些则变化很大5，最大反应速度，与游离酶大多是相同的，视固定方法不同有些差异
8. 何为深层纤维除菌机理，写出用于灭菌或除菌计算的对数定律公式
答：深层过滤其介质孔不一定小于固定颗粒，他是借过滤层的曲折通道把颗粒截留，其过滤机理是一种滞留现象，是由多种作用机制构成的，主要有惯性冲击，拦截，布朗扩散，重力沉降和静电吸附等.
LnNs/No=-KL、K=2.303/L90 、K/ηo=4α（1+4.5α）/πdf（1-α）
9. 比较搅拌罐与固定化床这两种酶反应器的优缺点
答：①搅拌罐；优点，能根据实际情况和需要为之提供较高的传质速率和必要的混合速度。缺点，机械搅拌的驱动功率较高因而其容积受到限制
②固定床 优点1.单位反应器容积的固定化酶颗粒装填密度高，最大可达74%。2.构造简单，易工程放大3.剪切力小，适用于易磨损固定化生物催化剂4.反应内流动状态近似于平流
10． 补料分批培养优点
答：1.可以解除营养物抑制产物反馈抑制和分解产物阻碍作用。2.避免好氧发酵中一次性投料过多造成的细胞大量生长耗氧过多
通气搅拌设备无法适应的情况。3.可以减少微生物细胞数量，提高有用产物转化率。4.使微生物细胞处于连续的过渡态阶段，便于理论研究。5. 便于进行培养过程的最优化和自动控制