生化工程考點(diǎn)

1、1在恒化器中，可通過控制培養(yǎng)基的流動速 度F的變化來控制生長速率卩的水平。這也稱為單罐恒流速連續(xù)發(fā)酵。2單罐連續(xù)培養(yǎng)時的最大稀釋率Dn為理論上連續(xù)培養(yǎng)中最適宜的稀釋率。3微生物產(chǎn)物形成的動力學(xué)模型有偶聯(lián)型、非偶聯(lián)型、混合型三種。4連續(xù)發(fā)酵時的臨界稀釋率是指： 當(dāng)D* m 時，心0,即稀釋率達(dá)到最大，此時 D=Dc（臨界稀釋率） =卩m, S So。5補(bǔ)料分批培養(yǎng)主要應(yīng)用在間歇補(bǔ)料操作、 連續(xù)補(bǔ)料操作、循環(huán)分批操作、循環(huán)間歇補(bǔ) 料操作、循環(huán)連續(xù)補(bǔ)料操作五種。6固定化酶的優(yōu)點(diǎn)可概括為： 酶穩(wěn)定性增強(qiáng)、 酶能反復(fù)利用、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化酶反應(yīng)、縮小反應(yīng)體積、反應(yīng)條件易控制、可提高產(chǎn)物的純度和產(chǎn)率、充分利用

2、資源、節(jié)省能源、環(huán) 境保護(hù)等方面的優(yōu)點(diǎn)。7酶固定化的方法有吸附法、包埋法、交聯(lián)法、共價結(jié)合法、聯(lián)合固定化法。8影響固定化酶性能的因素有：酶結(jié)構(gòu)的改變、位阻效應(yīng)、分配效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)。9固定化酶的方法有多種，每一種由于固定 化條件不同，其固定化酶性能也不同，評價固定化效率的指標(biāo)有：酶的固定化率、 酶活力表現(xiàn)率、酶活力效率、有效因子。10固定化酶反應(yīng)器的選擇應(yīng)考慮的因素 有:反應(yīng)形式，反應(yīng)速率，反應(yīng)器操作成本， 底物濃度性質(zhì)，物質(zhì)傳遞速率，活性失活方 式11. 固定化酶的反應(yīng)器種類有：攪拌罐、汽 - 化床、膜式反應(yīng)器、鼓泡塔、固定床發(fā)酵罐。12. 微生物反應(yīng)器種類有：機(jī)械攪拌發(fā)酵罐、自吸式發(fā)酵罐、氣

3、升式發(fā)酵塔、塔式發(fā)酵罐、 氣升式流化床、固定床。13. 在恒化器中，如果通過的干物料速率過快，造成表現(xiàn)產(chǎn)率系數(shù)下降導(dǎo)致生產(chǎn)率Pc大幅降彳氐（因?yàn)镈增大，剛進(jìn)入的細(xì)胞未來 得及生長就被沖走，Pc下降）。14. 比較圓盤、平直葉、彎葉、箭葉渦輪攪 拌器，在相同的轉(zhuǎn)速下平直葉輸出功率最 大，箭葉造成軸向流動最強(qiáng)。15. 固定化細(xì)胞有兩種，即固定化活細(xì)胞和 固定化休眠細(xì)胞。16. 設(shè)計(jì)空氣預(yù)處理流程最關(guān)鍵的系數(shù)是捕 _ 集效率,一般要求進(jìn)空氣過濾器的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是微粒及纟田菌微生物的尺寸為 m。17. 一般深層空氣過濾器設(shè)計(jì)是以最低捕集效率時的空氣流速計(jì)算,這時，單纖維慣性碰撞捕集效率等于 0。18.

4、 咼溫瞬時火菌是基于咼快速滅菌又能有效保存培養(yǎng)基中的有效成分。19. 培養(yǎng)基滅菌主要考慮所需的無菌程度和 培養(yǎng)基中有效成分被破壞的允許范圍兩個 因素。20. 深層過濾除菌機(jī)理包括慣性碰撞、攔 _ 布朗擴(kuò)散、重力沉降、靜電吸引。選擇題1. 所謂發(fā)酵罐中“三進(jìn)”是從下列管道中進(jìn) 入蒸汽：空氣進(jìn)口、排料口、取樣口2. Mo nod模型使用條件如下：平衡生長、培 養(yǎng)基充分混合、被認(rèn)為是非結(jié)構(gòu)模型。3. 培養(yǎng)基滅菌應(yīng)考慮的因素：滅菌的殺死程 度、營養(yǎng)成分的破壞率、低溫慢速對培養(yǎng)基 成分破壞大。4. 恒化連續(xù)培養(yǎng)達(dá)穩(wěn)定時：dx/dt=0、ds/dt=o、dp/dt=o5. 設(shè)計(jì)空氣預(yù)處理流程應(yīng)考慮：濕空氣

5、的含濕量大小、進(jìn)罐時空氣的溫度在40 C左右6. 對于恒化培養(yǎng)：基質(zhì)存在限制作用、恒 定基質(zhì)流量7. 單罐連續(xù)發(fā)酵中，理論推導(dǎo)公式=s（卩m-D）假定：培養(yǎng)液流加量與罐內(nèi)發(fā)酵液體積恒定、罐中發(fā)酵液充分混合、滿足Monod 模型、Yx/s=常數(shù)8. 管式維持器中培養(yǎng)基流型應(yīng)是：活簡答題1. 高溫瞬時滅菌經(jīng)濟(jì)實(shí)用， 有時常用分批 操作，即加熱、保溫、冷卻，如何處理這三 個操作段，使其達(dá)到最優(yōu)答：三個階段對孢子的死亡和培養(yǎng)基中有效 成分破壞所作貢獻(xiàn)不等。孢子受熱死亡符合-Dn/dt=K n,Ln No/N=L nN O/N1+L nN1 /N2+L nN2/N，即LnNo/N由三塊面積組成，滅菌過程

6、 中保溫是主要的，加熱和冷卻特別是冷卻階段滅菌作用很小， 而且物料在這兩段時間營 養(yǎng)破壞更多，所以要盡可能的加快換熱速 度，以縮短加熱和冷卻的時間。一般認(rèn)為當(dāng) 溫度超過100 c后，才有殺菌作用，且作用 隨溫度的升高而增大。（No-初始活雜菌總數(shù)，N1-加熱結(jié)束后活雜菌總數(shù)，N2-保溫結(jié)束后活雜菌總數(shù)，N-冷卻結(jié)束后活雜菌總 數(shù)）。2. 連續(xù)滅菌比分批滅菌優(yōu)越， 具體體現(xiàn)在 哪些方面答：連續(xù)滅菌操作易提高溫度，易實(shí)現(xiàn)高溫瞬時滅菌， 可減少培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的損 失，提高產(chǎn)物收率連續(xù)滅菌操作條件恒 定，可獲得穩(wěn)定的滅菌質(zhì)量易實(shí)現(xiàn)自動化 控制系統(tǒng)避免反復(fù)的加熱和冷卻， 可提高 熱利用率總滅菌時間較分

7、批滅菌短， 縮短 了發(fā)酵周期。3. 連續(xù)發(fā)酵有很多優(yōu)點(diǎn)， 為什么工業(yè)中應(yīng) 用較少答：穩(wěn)定性問題：連續(xù)發(fā)酵要求系統(tǒng)穩(wěn)定 狀態(tài)，首先要求確保菌種穩(wěn)定，但大規(guī)模生 產(chǎn)發(fā)酵過程中常出現(xiàn)菌種變異和退化的現(xiàn) 象。無菌度問題：連續(xù)發(fā)酵是純種培養(yǎng)， 要求整個系統(tǒng)無雜菌，但由于發(fā)酵周期長， 染菌幾率大。勻態(tài)問題：如果混合不充分 或均勻度不夠，則微生物生長不一致， 發(fā)酵 操作不穩(wěn)定而降低產(chǎn)率。 連續(xù)培養(yǎng)流出的 發(fā)酵液中底物濃度低， 增加提取負(fù)荷， 增大 生產(chǎn)成本。放大問題：由于微生物出現(xiàn)特性和環(huán)境因素影響比較復(fù)雜， 從實(shí)驗(yàn)室放大 到生產(chǎn)規(guī)模也有不少問題。4. 微生物反應(yīng)動力學(xué)方程 U=UmS|S+Ks。 說明式中

8、各符號含義，并討論微生物生 長過程中的變化答：卩m最大比生長速率，s限制性基質(zhì)濃 度，Ks飽和常數(shù)（比生長速率達(dá)到最大時限 制性基質(zhì)濃度的一半），比生長速率 當(dāng)培養(yǎng)基中任一營養(yǎng)物濃度 SKs時，卩 =卩m，即各種營養(yǎng)物質(zhì)充足，無限制性生 長現(xiàn)象當(dāng)KSS U*s,即營養(yǎng)物濃度成為 限制微生物生長的因素，減小。從口m 開始減少時基質(zhì)底物濃度為臨界底物濃 度，如果任一營養(yǎng)物質(zhì)的濃度高于臨界濃 度，則為非限制性底物， 低于限制性濃度為 限制性底物。一般卩m變化不大，Ks變化 較大5. 莫諾方程的適用條件以及與米氏方程 的比較答： 適用條件 1 ，非結(jié)構(gòu)動力學(xué) 2，細(xì)胞組 成不變 3，底物對細(xì)胞的親和力

9、不隨其他條 件的變化而變化 4，無抑制條件下生長的微 生物 5，單一限制基質(zhì) 莫諾方程與米氏方程形式上是一樣的， 因?yàn)?微生物生長可以看做酶反應(yīng)的粗略代表， 不 同的是米氏方程是應(yīng)用酶反應(yīng)理論推導(dǎo)得 到的，莫諾方程是經(jīng)驗(yàn)公式， 兩方程的意義 也是不同的，米氏方程表達(dá)了底物 S消耗很 少，產(chǎn)物生成極少時反應(yīng)初速度與底物濃度 的關(guān)系， 莫諾方程表達(dá)了微生物比生長速率 與單一限制性基質(zhì)濃度之間的關(guān)系。6. 連續(xù)發(fā)酵可用于哪些方面答： 1，研究微生物對環(huán)境因子的響應(yīng)以及 確定最佳環(huán)境條件。2，可在高選擇性破壞條件下篩選和富集培養(yǎng)專一類型的微生物。 3，用于基因重組微生物質(zhì)粒穩(wěn)定性的研究 4，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)

10、室生物反應(yīng)動力學(xué)研究，有 利于制定生物反應(yīng)控制策略 5，工業(yè)上用于 生產(chǎn)微生物細(xì)胞， 一級代謝產(chǎn)物以及能量產(chǎn) 生和細(xì)胞增殖和有關(guān)代謝產(chǎn)物7. 固定化酶反應(yīng)動力學(xué)有哪些特征答： 固定化酶的反應(yīng)動力學(xué)與溶液酶顯著 不同，如酶的活力，反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)，底物 專一性都可能發(fā)生變化， 這不僅是由于酶固 定化后其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化， 而且是由于傳 質(zhì)阻力增大等原因造成的。1 ， 底物專一性由于空間位阻， 固定化酶對 高分子量底物的活性顯著減少，2，反應(yīng)最適PH值：因酶蛋白和不溶性載體的不同而 變動 3，最適反應(yīng)溫度：比游離酶高，也有 與游離酶相同。4, Km,有些不變，有些則 變化很大 5，最大反應(yīng)速度，與游

11、離酶大多 是相同的，視固定方法不同有些差異8. 何為深層纖維除菌機(jī)理，寫出用于滅菌 或除菌計(jì)算的對數(shù)定律公式答：深層過濾其介質(zhì)孔不一定小于固定顆 粒，他是借過濾層的曲折通道把顆粒截留， 其過濾機(jī)理是一種滯留現(xiàn)象， 是由多種作用 機(jī)制構(gòu)成的，主要有慣性沖擊，攔截，布朗擴(kuò)散，重力沉降和靜電吸附等 .LnNs/No=-KL、K=L90、K/n o=4 a( 1+a) / n df (1- a)9. 比較攪拌罐與固定化床這兩種酶反應(yīng) 器的優(yōu)缺點(diǎn)答：攪拌罐；優(yōu)點(diǎn)，能根據(jù)實(shí)際情況和需要為之提供較高的傳質(zhì)速率和必要的混合 速度。缺點(diǎn)，機(jī)械攪拌的驅(qū)動功率較高因而 其容積受到限制固定床 優(yōu)點(diǎn) 1 .單位反應(yīng)器容積的固定化 酶顆粒裝填密度高，最大可達(dá) 74%。 2.構(gòu)造 簡單， 易工程放大 3.剪切力小， 適用于易磨 損固定化生物催化劑 4. 反應(yīng)內(nèi)