生物反应发酵作业题参考

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1、1、生物反应器与过程操作优化的过程的主要决策变量有哪些？其中最主要的变量时哪个，说明理由。答：三大决策变量：反应器型式、操作条件、操作方式。其中操作方式起最主要作用，因为反应器物料加入和流出方式是反应物浓度和反应速率的决定性因素，对于多数生物反应过程，操作方式的变化对过程动力学速率和反应结果都有较大的影响，2、说明底物抑制酶反应的最优反应条件对反应速率的影响作用。答：底物抑制酶反应动力学方程为：式中【SES】—不具催化反应活性，不能分解为产物的三元复合物；rss—底物抑制的反应常数；KSI—底物抑制的解离常数；Cs—底物浓度求导得：结论：最大反应速率由底物浓度决定，最优底物浓

2、度由动力学常数决定3、分别从微生物生理学和细胞反应动力学的角度说明得率系数的意义。答：（1）从微生物生理学角度：生长得率是假定所利用的基质与生成的细胞之间的固定化学计量关系。这种关系只有在培养物生长在限制性基质上和在一定的条件下成立，即消耗单位基质所生成的细胞量为一常数。最简单的表示得率的方法是以（g细胞/g基质消耗），此无因次系数便称为得率系数Y。（2）从细胞反应动力学角度：细胞反应的得率系数常用Yi/j表示。它所表示的是在细胞反应过程中，细胞利用底物所产生的细胞物质和代谢产物与底物消耗量之间的一种数量关系，是描述细胞过程的一个重要参数。4、生物反应动力学的基本特征有哪些？

3、如何从基本动力学特征的判断选择过程优化和反应器设计的决策变量？对细胞生长动力学速率对一定化学计量关系：同理答：生物反应动力学基本特征：有抑制性/可激活性；自催化特性；时变性；非均衡生长/均衡生长细胞反应的生物反应器操作方式和连续操作反应器型式选择的有下述主要依据：1.细胞反应的有抑制动力学特性；2.细胞生长动力学的自催化反应特性。对细胞生长动力学速率对一定的化学计量关系同理在反应器型式和操作条件已经确定的情况下，反应器体积取决于生物反应速率，速率越大的过程，反应进行所需的空间越小。同时反应速率又可随反应时间或反应器内的空间位置而变化，因此就需要找出这些变化参数的数学关系式（即

4、反应动力学方程），从而确定反应器体积。此外根据细胞生理特性的不同，建立和选择合适的生长动力模型（如均衡生长模型和非均衡生长模型），进一步达到过程和设计优化。5、在发酵过程优化和操作时，如何避免碳源和氧作为底物的“葡萄糖效应”和“氧效应”？答：（1）确定一种细胞在培养基中进行好氧呼吸时的临界氧浓度，采用溶解氧反馈控制及连续培养方法；调节EMP途径中特定酶活性，从而减少氧浓度对EMP途径运行速率的影响（2）高生长速率或高葡萄糖浓度下的生长会阻遏呼吸代谢，从而降低细胞得率，对于酵母菌来说，降低糖酵解速率，可以降低最大葡萄糖吸收速率对生长的限制作用；对于细菌来说，控制比生长速率和葡萄

5、糖浓度6、说明细胞反应产物生成的Gaden分类的三种类型。答：（1）生长偶联型产物。该类型系指产物的生成直接与细胞的生长偶联，产物的积累是细胞能量代谢的直接结果，它是细胞的初级代谢产物（2）生长部分偶联型产物。该类型系指产物的生成是细胞能量代谢的间接结果。产物生成与细胞生长仅部分偶联，属于中间类型。（3）非生长偶联型产物。该类型系指产物的生成与细胞的生长无直接联系。它不是胞内分解代谢或能量代谢的结果，而是由细胞的独立生物合成反应所生成的，它是次级代谢产物。7、对反应速率与底物浓度单调上升关系的酶反应，比较它们在全混流与平推流反应器中的空时和空速的大小答：8、说明恒化器操作的“

6、洗出状态“与临界稀释率的概念。答：参见反应工程P1479、说明补料分批培养操作方式的各种类型。其中哪种方式的生产能力最大？答：参见反应工程P178和PPT4.210、从细胞反应动力学特性分析说明循环式恒化器和多级串联恒化器的设计原理答：循环式恒化器设计原理：参见P159；多级串联恒化器设计原理参见P16511、说明空时与空速的概念，对特定过程与反应器型式，它们与反应速率间的关系如何？答：概念见反应工程P133连续操作的搅拌槽式反应器P143连续操作的管式反应器P169补料分批操作反应器P179分批操作的搅拌槽式反应器P13512、解释理想流动与非理想流动的概念。答：理想流动：

7、全混流与平推流，全混流返混最大，平推流最小。非理想流动：流动与混合状态偏离全混流与平推流两种极端状态。13、说明补料分批培养的恒流量流加方式的主要特征答：参见反应工程P18014、说明微生物发酵的“葡萄糖效应“和”氧效应”，并讨论反应器中与微观混合性质有关的浓度梯度对微生物生长与代谢的影响。答：微生物可通过需氧或厌氧途径利用氧，酵母在有氧条件下的细胞得率比厌氧下高，氧抑制酵母发酵生成乙醇的作用称为巴斯德效应（氧效应）。葡萄糖效应是指葡萄糖对细胞有氧呼吸的抑制作用。微生物生长和代谢越旺盛，反应速率和转化率