生化工程考試題A(答案及給分標(biāo)準(zhǔn))

生化工程復(fù)習(xí)題１．培養(yǎng)基中微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比，因此培養(yǎng)基２．深層過(guò)濾除菌的設(shè)計(jì)要以總過(guò)濾效果的最高點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)。（×）３．細(xì)胞的比耗氧速率隨溶氧濃度的增加而升高，因此在培養(yǎng)過(guò)程中要使溶氧濃度達(dá)到或者接近飽和溶氧濃度才能使細(xì)胞代謝正常進(jìn)行。（×）４．以空氣直線(xiàn)流速相同原則進(jìn)行空氣流量放大時(shí)，放大后單位體積培養(yǎng)液在單位時(shí)間內(nèi)通入的空氣量會(huì)增加。（×）５．動(dòng)物細(xì)胞固定化培養(yǎng)是將動(dòng)物細(xì)胞與水不溶性載體結(jié)合起來(lái)進(jìn)行培養(yǎng)，只６．發(fā)酵液隨著離開(kāi)攪拌器的距離增大粘度上升，則該發(fā)酵液是擬塑性流體。（√）７．?dāng)嚢璺磻?yīng)器中擋板的作用是防止湍流在攪拌反應(yīng)器中出現(xiàn)。（×）8.莫諾方程描述的是微生物細(xì)胞數(shù)量與底物利用之間的關(guān)系。（×）9.同一攪拌器在相同的轉(zhuǎn)速下，通氣比不通氣時(shí)輸入液體的功率低。（√）10.細(xì)胞在分批培養(yǎng)過(guò)程中所處的環(huán)境時(shí)刻在變化，不能自始至終處于最優(yōu)條１．生物反應(yīng)器空氣流量一般有兩種表示方法：1.以單位培養(yǎng)液在單位時(shí)間內(nèi)通入的空氣量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）來(lái)表示,2.以操作狀態(tài)下的空氣直線(xiàn)速度Vs表示。V２．對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行比擬放大，已知=64，D=4D，P=2P，用空氣的截面212121V直線(xiàn)速度相等作為放大的基準(zhǔn)，則放大前后之比為2﹕1。3.增加流加物料的進(jìn)液點(diǎn)是縮短大型反應(yīng)器混合時(shí)間的有效方法。4.以恒定的攪拌葉輪端線(xiàn)速度作為放大原則或者校正原則，其目的是保護(hù)菌體。生長(zhǎng)5.固定化酶使用時(shí)的半衰期是指酶活力降低一半的使用時(shí)間。7.發(fā)酵產(chǎn)物的生成速率與菌體生長(zhǎng)速率之間大致存在三種不同類(lèi)型的關(guān)聯(lián)，它們是生長(zhǎng)偶聯(lián)型、混合生長(zhǎng)偶聯(lián)型和非生長(zhǎng)偶聯(lián)型。9.反應(yīng)器的D/HCSTRD/H越大，越接近活塞流PFR型理想反應(yīng)器。10.空氣過(guò)濾器操作時(shí)，被認(rèn)為捕集空氣中雜菌和塵埃效率高的三個(gè)機(jī)制是慣性沖撞、攔截和布朗擴(kuò)散。11.連續(xù)培養(yǎng)時(shí)微生物在葡萄糖中的生長(zhǎng)符合莫諾方程，μ=0.5h，-1mKs=0.1g/L，D=0.4h，則在穩(wěn)態(tài)時(shí)微生物的比生長(zhǎng)速率μ為0.4h，流出物中葡-1-1萄糖的濃度為0.4g/L。12．發(fā)酵罐比擬放大時(shí)需要確定的操作參數(shù)主要是空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌功率，需要確定的幾何尺寸主要是反應(yīng)器的直徑和高度。13.連續(xù)發(fā)酵體系中，Kla=3S，氧氣的飽和濃度C*=5ppm，假設(shè)在發(fā)酵液中-1試題Ａ總4頁(yè)第1頁(yè)生化工程15溶解的氧氣完全被利用，即發(fā)酵液中完全沒(méi)有氧氣，則氧氣的傳遞速率是。14.Pg的含義是通氣時(shí)發(fā)酵罐的攪拌軸功率。1.返混現(xiàn)象反應(yīng)器中停留時(shí)間不同的物料之間的混合稱(chēng)為返混。2.PFR模型活塞流反應(yīng)器，指反應(yīng)器中物料的流動(dòng)狀況滿(mǎn)足活塞流假設(shè)，通過(guò)反應(yīng)器的物料沿同一方向以相同的速度向前流動(dòng)，在流動(dòng)方向上沒(méi)有物料返混，所有物料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間都是相同的。3.絕對(duì)過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的空隙小于細(xì)菌和孢子，當(dāng)空氣通過(guò)時(shí)微生物被阻留在介質(zhì)的一側(cè)。4.沖出現(xiàn)象連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程中稀釋率大于臨界稀釋率Dc反應(yīng)器中的細(xì)胞濃度不斷降低，最后細(xì)胞從反應(yīng)器中被洗出。5.細(xì)胞系由原代培養(yǎng)產(chǎn)生的，能進(jìn)行無(wú)限次代培養(yǎng)的動(dòng)植物細(xì)胞群稱(chēng)做細(xì)胞系。1高溫短時(shí)滅菌的原因是什么？滅菌的兩個(gè)最主要的控制參數(shù)是什么？培養(yǎng)基被加熱滅菌時(shí)，要求即達(dá)到滅菌的目的，同時(shí)又不破壞或較少破壞培養(yǎng)基中有用成分。由動(dòng)力學(xué)分析知，微生物受熱死亡時(shí)的活化能一般要比營(yíng)養(yǎng)成分熱分解的活化能大得多，這意味著當(dāng)溫度升高時(shí)，微生物死亡速率的增加，要比營(yíng)養(yǎng)成分破壞速率的增加大得多。所以要采用高溫短時(shí)的滅菌方法。滅菌的控制參數(shù)是溫度和時(shí)間。2.什么是半連續(xù)培養(yǎng)？半連續(xù)培養(yǎng)主要有哪兩種不同的方式？并說(shuō)明細(xì)胞濃度和底物濃度的變化特點(diǎn)。分批培養(yǎng)過(guò)程中，于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的中后期，出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)限制或代謝副產(chǎn)物之前，取出部分營(yíng)養(yǎng)液。再補(bǔ)充新鮮的新鮮的培養(yǎng)液。這種反復(fù)將分批培養(yǎng)的培養(yǎng)液部分取出，重新又加入等量的新鮮培養(yǎng)基，使反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)液的總體積保持不變的培養(yǎng)方式，叫做半連續(xù)培養(yǎng)分為:主要有在取出部分培養(yǎng)液的同時(shí)同時(shí)取出部分細(xì)胞不取出細(xì)胞兩種方式。特點(diǎn)：取出細(xì)胞的培養(yǎng)方式，細(xì)胞濃度和底物濃度呈上下反復(fù)變化特點(diǎn)。（1分）不取出細(xì)胞的培養(yǎng)方式，細(xì)胞濃度一直升高，底物濃度呈上下反復(fù)變化特點(diǎn)。3說(shuō)明動(dòng)態(tài)法測(cè)量Kla的原理和方法原理：利用非穩(wěn)態(tài)時(shí)，溶氧濃度的變化速率等于溶入的氧濃度和耗氧濃度之差，即：dc/dt=Kla（C*-C）-QX重排列上式：C=-1/Kla（dc/dt+QX）+CO2O2將非穩(wěn)態(tài)時(shí)溶氧濃度C對(duì)（dc/dt+QX）作圖，可得一直線(xiàn)，此直線(xiàn)的斜率O2試題Ａ總42頁(yè)生化工程值即為-1/。采用的方法是：：停止通氣，使發(fā)酵罐中的溶氧濃度下降。：恢復(fù)通氣（在溶氧濃度降到臨界溶氧濃度之前恢復(fù)通氣）。4.雙膜理論基本論點(diǎn)是什么？1）在氣液兩個(gè)流體間存在界面，在界面兩側(cè)各有一層穩(wěn)定的薄膜，即氣膜和液膜，均呈滯留狀態(tài)。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。（2分）3）傳遞阻力都集中在氣膜和液膜之中。5.說(shuō)明動(dòng)物細(xì)胞連續(xù)培養(yǎng)和灌注培養(yǎng)的聯(lián)系和區(qū)別。聯(lián)系：連續(xù)培養(yǎng)和灌注培養(yǎng)都是連續(xù)向反應(yīng)器中以一定的速度流加培養(yǎng)基，并以相同的流速排出舊的培養(yǎng)基，操作方式相同。區(qū)別：連續(xù)培養(yǎng)模式排出培養(yǎng)基的同時(shí)也排出和培養(yǎng)液相同濃度的細(xì)胞；而灌注培養(yǎng)在排出舊培養(yǎng)液的時(shí)候不排除細(xì)胞或者排出少量的細(xì)胞。6.酶和細(xì)胞的固定化有哪些方法，分別說(shuō)明這些方法？酶和細(xì)胞的固定化有載體結(jié)合法、交聯(lián)法和包埋法。載體結(jié)合法是指將酶或細(xì)胞通過(guò)共價(jià)鍵、離子鍵、物理吸附等鍵合力固定到水不溶性載體上的方法。交聯(lián)法是使酶或細(xì)胞與具有兩個(gè)以上官能團(tuán)的試劑（如戊二醛）進(jìn)行反應(yīng)，應(yīng)用化學(xué)鍵把酶或細(xì)胞固定。包埋法是將酶包裹在凝膠微小格子內(nèi)，或是將酶包裹在半透性聚合物膜內(nèi)的固定化方法。7.生物反應(yīng)器空氣流量的放大原則有哪些？并說(shuō)明這些放大原則的特點(diǎn)？以單位培養(yǎng)液體積中空氣流量相同的原則；以空氣直線(xiàn)流速相同的原則放大；以傳氧速率常數(shù)KLa相同的原則放大。第一個(gè)原則特點(diǎn)：VVM不變，Vs增加。第二個(gè)原則特點(diǎn)：Vs不變，VVM減小。第三個(gè)原則特點(diǎn)：VVM減小，但是減少倍數(shù)小于直線(xiàn)流速相同原則，Vs增加，但是增加倍數(shù)小于單位培養(yǎng)液體積中空氣流量相同的原則。五、在一連續(xù)操作的攪拌槽式反應(yīng)器中，用乳糖培養(yǎng)大腸桿菌，反應(yīng)器的體積為1L160mg/L時(shí)，結(jié)果如下：0.20.40.8104012試題Ａ總43頁(yè)生化工程1.01006求大腸桿菌最大比生長(zhǎng)速率μ和Ks。mS解：根據(jù)莫諾方程：，由μ=D=F/V，求得一定稀釋率下的μ，代入mKSs莫諾方程，只要列出兩組方程，解得μ=1.2h，Ks=20mg/L。-1m六、舉例論述溶氧濃度對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物生成影響的不一致性。很多時(shí)候培養(yǎng)的目的是為了取得細(xì)胞而是為了獲得代謝產(chǎn)物，溶氧濃度對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物的生成影響可能是不同的，即對(duì)于細(xì)胞生長(zhǎng)的最佳氧濃度和產(chǎn)物生成的影響可能是不同的，不一定就是生成產(chǎn)物的最佳氧濃度。如對(duì)于谷氨酸和天冬氨酸類(lèi)氨基酸的生產(chǎn)，當(dāng)溶氧濃度低于臨界溶氧濃度時(shí)，氨基酸的生產(chǎn)量下降，但是對(duì)這是因?yàn)楣劝彼岷吞於彼岬纳a(chǎn)是通過(guò)TCA循環(huán)進(jìn)行的，而苯丙氨酸，纈氨酸和亮氨酸則是通過(guò)酵解產(chǎn)物丙酮酸而得到的，供氧充足時(shí)，三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物豐富，因此谷氨酸和天冬氨酸的產(chǎn)量就高，供氧不足時(shí)，通過(guò)三羧酸循環(huán)的糖代謝受阻，因此有利于苯丙氨酸，纈氨酸和亮氨酸的生產(chǎn)。七、論述生物反應(yīng)器開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)和未來(lái)方向。1．開(kāi)發(fā)活力高和選擇性高的生物催化劑將繼續(xù)占主要地位。主要途徑是利用基因工程技術(shù)改變酶的初級(jí)結(jié)構(gòu)，定向改造生物細(xì)胞，改進(jìn)酶和細(xì)胞的固定化技術(shù)，得到更多的酶活性回收，更長(zhǎng)的使用壽命。2．改進(jìn)生物反應(yīng)器熱量、質(zhì)量傳遞的方法，隨生物催化劑比活力的提高，生物反應(yīng)器的性能受傳質(zhì)傳熱的限制就急需解決，必須改進(jìn)生物反應(yīng)器傳質(zhì)傳熱的方法和設(shè)施。3.生物反應(yīng)器正向大型化和自動(dòng)化方向發(fā)展。反應(yīng)器體積的放大降低了操作成本，但大型反應(yīng)器的