生化工程-自考重點

1、第一章 緒論1、重點1.1 生化工程的定義（識記）將生物技術(shù)的實驗室成果經(jīng)工藝及工程開發(fā)，成為可供工業(yè)生產(chǎn)的工藝過程， 常稱為生化工程1.2生化工程的研究內(nèi)容（識記）1、培養(yǎng)基滅菌、空氣除菌、通氣攪拌、反應(yīng)器及比擬放大2、微生物的連續(xù)培養(yǎng)3、生物反應(yīng)動力學4、固定化酶技術(shù)及應(yīng)用2、次重點 生化工程的發(fā)展歷程（識記） 生化工程學誕生于上世紀 40 年代。早期的發(fā)酵工業(yè)只有較少種類的產(chǎn)品，其中厭氧發(fā)酵產(chǎn)品居多。如酒類、乳酸。厭氧發(fā)酵由于不大量供應(yīng) 氧氣，染雜菌導致生產(chǎn)失敗的機會較少，故而深層液體厭氧發(fā)酵早就具有相當大的規(guī)模。那時只有少數(shù)的 好氧發(fā)酵產(chǎn)品采用了深層液體發(fā)酵生產(chǎn)法，如面包酵母 ，醋酸。

2、前者因為酵母的比生長速率較高，后者因 為醋酸的生成導致發(fā)酵液中 pH 降低，不易污染雜菌。40 年代前期，正好是第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)場上有成千上萬的傷員需要救治，急需藥物（非磺胺類）防 止傷口感染。早在1928年英國的學者Fleming發(fā)現(xiàn)了青霉素，1940年分離出純品，19411942年在臨床上應(yīng)用，證 明有非常好的療效，這時急待將青霉素投入工業(yè)化生產(chǎn)。第二章 培養(yǎng)基滅菌和空氣除菌1 、重點（1 ）微生物的熱死滅動力學（應(yīng)用）（ 2 ）空氣過濾設(shè)計（應(yīng)用）2、次重點（1 ）分批滅菌的設(shè)計（應(yīng)用）分批滅菌：就是將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培 養(yǎng)基和所用設(shè)備一起進行加熱滅

3、菌的過程，通常也稱為實罐滅菌。（ 2 ）連續(xù)滅菌反應(yīng)器的流體流動模型（理解）（3）連續(xù)滅菌設(shè)計（應(yīng)用）連續(xù)滅菌：培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套連續(xù)滅菌設(shè)備，以比分批滅菌高的溫度 和較短的時間進行快速連續(xù)加熱滅菌，并快速冷卻，再立即輸入預(yù)先經(jīng)過空罐滅菌后的發(fā)酵罐中3 、一般（ 1 ）空氣除菌方法（理解） （加熱滅菌 ,輻射滅菌 ,化學滅菌 ,靜電除塵 ,介質(zhì)過濾 ）（2）典型空氣除菌流程（識記）（高空采風 空壓機貯罐冷卻器 總過濾器 分過濾器 凈化空氣 進罐 ）（北方）（濕度大時 ,應(yīng)該在冷卻器后加上油水分離器和除霧器）（ 3 ）新型過濾器（理解） （聚乙烯醇過濾器 ,折式過濾除菌器 ,高效燒結(jié)金屬過

4、濾器 ,絕對過濾器 ）第三章 氧的供需1 、重點（ 1 ）概念：比耗氧速率 :單位質(zhì)量的細胞（干重）在單位時間內(nèi)消耗氧的量。攝氧率 : 單位體積培養(yǎng)液，在單位時間內(nèi)耗氧量。 臨界氧濃度 : 指不影響菌體的呼吸和財務(wù)合成的最低氧濃度。氧的傳遞通量 :雙膜理論 :（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，這兩層穩(wěn)定的薄膜在任何流體力學條件下，均呈滯流狀態(tài)（湍流時，滯流層?。粚恿鲿r，滯流層厚。（2）界面上不存在傳遞阻力，那么在兩相界面上，兩相濃度總是相互平衡的（氣體中氧的濃度與溶解在液體 中氧濃度處于平衡狀態(tài)） 。（3）傳遞阻力都集中在氣膜和液膜之中。即氣膜和液膜

5、以外無傳遞阻力，氣相氣體和液相主體中氧氣濃度 均勻。體積溶氧速率 （Nv）體積溶氧系數(shù)：KLa以氧濃度為推動力的容積氧傳遞系數(shù)，反映了設(shè)備的供氧能力OTR=Ka （C* - CL ）（2 ）影響供氧的因素（理解）（3）攝氧率和 kLa 的測定（理解）（1）亞硫酸鈉氧化法 （2） 動態(tài)法用溶氧電極 （3） 氧衡算法2、次重點培養(yǎng)過程中的氧傳遞（識記）3、一般：（1）溶解氧對細胞生長的影響（識記）（2）溶解氧對發(fā)酵代謝產(chǎn)物生成的影響（識記）第四章 機械攪拌軸功率計算1、重點（1 ）概念：軸功率 :攪拌器以既定的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時 ,用以克服介質(zhì)的阻力所需要的功率 .功率準數(shù) Np: 表示機械攪拌器所施與單

6、位體積被攪拌液體的外力與單位體積被攪拌的慣性力之比.通氣準數(shù) Na: 它表示發(fā)酵罐內(nèi)空氣的表觀流速與攪拌葉頂端流速之比（2 ）攪拌器軸功率計算（應(yīng)用）2、次重點非牛頓流體的攪拌器軸功率的計算（理解）3、一般：通氣攪拌反應(yīng)器的攪拌槳葉類型 p47 （識記）1. 螺旋漿式攪拌器 2.圓盤平直渦輪攪拌器3. 圓盤彎葉渦輪攪拌器 4. 圓盤平直箭葉攪拌器（一般 6 片，最少 3 片，最多 6 片）攪拌的作用：把通入的氣體打碎，強化湍流程度，使空氣與發(fā)酵液充分混合，氣、液、固三相更好地接觸，增加了溶氧 速率，使微生物懸浮混合均勻，促進代謝產(chǎn)物的傳質(zhì)速率。攪拌器的型式、 直徑大小、 轉(zhuǎn)速、 組數(shù)、 攪拌器

7、間距以及在罐內(nèi)的相對位置等對氧的傳遞速率都有影響。第五章 發(fā)酵罐的比擬放大1、重點：（1 ）幾何尺寸放大（應(yīng)用）幾何尺寸放大在反應(yīng)罐的放大中，放大倍數(shù)實際上就是罐的體積增加倍數(shù)。放大倍數(shù)m=V放大/V模型一般要保持幾何相似的原則，那么 = = 常數(shù)， = （ ） 3=m, = =m1/3,（2 ）空氣流量放大（應(yīng)用）（1）以單位培養(yǎng)液體積中空氣流量相同的原則放大：（vvm）1=（vvm）2Vs * (vvm)VL/PD2 * (vvm)D/P =, VS2 可求以空氣直線流速相同的原則放大 ：VS2= VS1 ,= =(VVM ) 2可求。(3) 以 KLa 值相同的原則放大 Kd=(2.36

8、+3.30Ni)?(Pg/V)0.56Vs0.7N0.710-9式中有Pg、N等未定參數(shù)?？煽紤]用其它經(jīng)驗式，女口 KLa *，最后推導出：=x( ) 2/3 。(3) 以 kLa 值相同的原則放大(應(yīng)用)溶氧系數(shù)是所有好氣性發(fā)酵的主要指標，任何通氣發(fā)酵在一定條 件下都有一個達到最大產(chǎn)率的溶氧系數(shù)，故維持大、小罐的溶氧系數(shù)相等進行放大是合理的。經(jīng)過實驗和有關(guān)準數(shù)的整理，可得通風量 Q 與溶氧系數(shù) kLa * (Q/V)HL 2/3kLa 體積溶氧系數(shù)( 1/h ) Q 通風量 (m3 /min);V 發(fā)酵液體積 (m3 ) HL 發(fā)酵液深度 (m)(4) 恒定等體積功率放大 P92 (應(yīng)用)對

9、于連續(xù)發(fā)酵和在發(fā)酵過程中需要補料的分批發(fā)酵，要求整個反應(yīng) 器的液體快速均勻混合， 使液體中產(chǎn)物和底物的濃度均勻一致， 這時就必須按 P/V 相等的原則進行放大。2、次重點( 1 )概念：周線速度：攪拌葉輪尖端線速度 混合時間：把少許具有與攪拌罐內(nèi)的液體相同物性的液體注入攪拌罐內(nèi)，兩者達到分子水平的均勻混合所 需要的時間。3、一般：攪拌液流速度壓頭(H )、攪拌液流循環(huán)量(Q)以及Q/H比值對比擬放大的意義 P85 (應(yīng)用)第六章 細胞反應(yīng)動力學1 、重點( 1 )概念：絕對速率：是在單位時間、單位體積某一組分的變化量比速率：是單位濃度細胞為基準的各組分變化速率，反映了細胞活力的大小。,ii =

10、 (dx/dt) /x;單位為1/h ,其中 x 菌體濃度( g/L )得率系數(shù)：是基質(zhì)轉(zhuǎn)化為細胞或其他產(chǎn)物潛力的定量評價。 理論得率：微生物反應(yīng)過程中，部分碳源作為基質(zhì)被同化為擠爆成分，就碳源被同化為菌體的觀點來看菌 體的得率。限制性基質(zhì)：在培養(yǎng)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)中，對微生物的生長起到限制作用的營養(yǎng)物。 (2)無抑制的細胞生長動力學 Monod 方程(應(yīng)用)當培養(yǎng)基中不存在抑制細胞生長的物質(zhì)時，細胞的生長速率與基質(zhì)濃度關(guān)系(Monod 方程式)(4) 基質(zhì)消耗動力學(理解)( 5 )產(chǎn)物生成動力學(理解)2、次重點分批培養(yǎng)細胞反應(yīng)動力學模型(理解)3、一般其他類型的細胞生長動力學模型(識記)

11、細胞的產(chǎn)物生成動力學由于代謝產(chǎn)物的復(fù)雜性，沒有統(tǒng)一的模型。Gaden 根據(jù)產(chǎn)物生成速率與細胞生長速率之間的關(guān)系，分成了三種類型：相關(guān)模型(/PPXqY=)、部分相關(guān)模型(Pqagp =)和非相關(guān)模型(Pqp=)o 第七章 連續(xù)培養(yǎng)動力學1 、重點( 1 )概念：稀釋率 （D） ：補料速度與反應(yīng)器體積的比值。 （F/V） 物料循環(huán)比（體積比） ：加熱管的總截面與降液截面之比 細胞濃縮比和循環(huán)濃縮因子（識記）（2）單級連續(xù)培養(yǎng)動力學方程的推導和模型參數(shù)的計算（應(yīng)用）（3 ）連續(xù)培養(yǎng)原理的應(yīng)用（理解） 連續(xù)培養(yǎng)：由于新鮮培養(yǎng)基不斷補充，所以不會發(fā)生營養(yǎng)物的枯竭，另一方面，發(fā)酵液不斷取出，發(fā)酵罐 內(nèi)的微生物始終處于旺盛的指數(shù)生長期，罐內(nèi)細胞濃度X、比生長速率M、以及t, pH等都保持恒定。2、次重點：進行細胞回流的單級連續(xù)培養(yǎng)方程的推導和模型參數(shù)的計算（應(yīng)用）3、一般 : 多級連續(xù)培養(yǎng)（識記）多級連續(xù)培養(yǎng) 根據(jù)各級反應(yīng)器的物料衡算，可得出穩(wěn)態(tài)下第 n 級反應(yīng)器中的細胞濃度、比生長速率、限制性基質(zhì)濃度和 產(chǎn)物濃度的表達式 :Xn= , x2 >