海大生物反應(yīng)工程原理大全

均相酶促反響動力學(xué)；是以爭論酶促反響機制為目的,解釋了酶促反響機制和過程，還應(yīng)對器的合理設(shè)計和確定反響過程的最正確條件。均相酶催化反響：酶與反響物系同處液相的酶催化反響。單底物酶促反響：一種反響物參與的不行逆反響。返混：不同停留時間的物料的混合，稱為返混。酶的固定化技術(shù)：是指將水溶性酶分子通過肯定的方式如靜電吸附、共價鍵等與載體結(jié)合，制成固相酶的技術(shù)。能量生長偶聯(lián)型：當(dāng)有大量合成菌體材料存在時，微生物生長取決于ATP的供能，這種生長就是能量生長偶聯(lián)型。有效電子轉(zhuǎn)移：是指物質(zhì)在氧化過程中伴隨著能量釋放所進展的電子轉(zhuǎn)移。生物反響工程：生物反響工程是一門以爭論生物反響過程中帶有共性的工程技術(shù)問題的學(xué)科。是以生物學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)、計算機與信息技術(shù)等多學(xué)科為根底的穿插學(xué)科。生物反響器：是使生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和生產(chǎn)力的關(guān)鍵設(shè)備。酶：是生物體為其自身代謝活動而產(chǎn)生的生物催化劑.生物反響過程業(yè)化生產(chǎn)過程的高效率運轉(zhuǎn)，或者說提高生產(chǎn)過程效率。生物反響器或者場所。生物反響過程的縮小深入爭論。轉(zhuǎn)化率：某反響物的轉(zhuǎn)化濃度與該反響物起始比值的百分比收率系統(tǒng)生物學(xué)型。生長得率:1g基質(zhì)生成干細胞的克數(shù)分批式操作將全部反響物料取出的操作方式。反復(fù)分批式操作基質(zhì)，再依據(jù)分批式操作方式，反復(fù)進展。半分批式操作是指先將肯定量基質(zhì)參加反響器內(nèi)，在適宜條件下將微生物菌種接入反響器性基質(zhì)保持肯定，當(dāng)反響終止時取出反響物料的操作方式。反復(fù)半分批式操作基質(zhì)，再依據(jù)流加操作方式進展，反復(fù)進展。連續(xù)式操作〔如反響液體積等不隨時間變化的操作方式?；钚晕勰喾ㄌ幚韽U水、固定化微生物反響等多承受連續(xù)式操作。指數(shù)流加操作作方式。非構(gòu)造模型在這種抱負狀態(tài)下建立起來的動力學(xué)模型。外集中效率因子ηout：是指有外集中影響是的實際反響速率和無外集中的固定化酶外外表處的反響速率之比。Da準(zhǔn)數(shù)：最大反響速率和最大傳質(zhì)速率之比。分批發(fā)酵：是指將穎的培育基一次性參加發(fā)酵罐中，在適宜的條件下接種后開頭培育，培育完畢后，將全部發(fā)酵液取出的培育方法。連續(xù)培育發(fā)酵連續(xù)式操作地排動身酵液，維持發(fā)酵罐中液量肯定的培育方法.稀釋率慢程度得率系數(shù);是對碳元素等物質(zhì)生成細胞或是其他產(chǎn)物的潛力進展定量評價的重要參數(shù)細胞得率1克基質(zhì)生成細胞的克數(shù)成為細胞得率或是生長得率。動植物細胞培育術(shù)。懸浮培育：通過震蕩或是轉(zhuǎn)動裝置使細胞始終處于分散懸浮于培育液內(nèi)的培育方法。停留時間τ是指反響物料進入反響器時算起22填充床型反響器(PBR)：把催化劑填充在固定床〔填充床〕中的反響器叫做填充床〔固定床〕型反響器。流化床型反響器(FBR)：裝有較小顆粒的垂直塔式反響器。底物以肯定流速從下向上流過，使固定化酶顆粒在流體中維持懸浮狀態(tài)進展反響。生物膜反響器〔MBR〕：利用膜的分別功能，同時完成反響和分別過程的反響器。酶反響器：酶作為催化劑進展生物反響的場所。微生物的生長速率：在單位時間內(nèi)微生物細胞濃度的變化量。微生物的比生長速率：單位重量菌體的瞬時增量固定化酶的一種不溶于水，但仍具有活性的酶。酶活力測定〔初速度的測定。速率〔rate〕：指變化快慢程度，包含反響速率和傳質(zhì)速率。反響速率〔reactionrate〕：單位時間、單位反響體積生成的產(chǎn)物量。傳質(zhì)速率〔transferrate〕：單位面積上單位時間的傳遞量。失活作用或全部喪失活性。影響酶促反響的主要因素有哪些？主要因素：濃度〔酶、底物〕。外因：壓力、pH、溫度、溶液的介電常數(shù)與離子強度等。內(nèi)因：底物、效應(yīng)物濃度、酶構(gòu)造等固定化酶的特性？〔1〕底物專一性的轉(zhuǎn)變由于立體障礙，使的底物特異性發(fā)生轉(zhuǎn)變。例如，胰蛋白酶既作化后，胰蛋白酶對二肽或多肽的作用不變，但對酪蛋白的作用僅為游離酶的3％左右?！?〕穩(wěn)定性增加一般固定化酶比游離酶穩(wěn)定性好，表現(xiàn)在熱穩(wěn)定性，保存和使用穩(wěn)定性〔3〕最適pH值和最適溫度變化酶固定化載體為多聚陽離子性質(zhì)時，固定化酶的最適pH值向酸性一側(cè)移動；酶固定化載體為多聚陰離子性質(zhì)時，固定化酶的最適pH值向堿性一側(cè)移動；產(chǎn)物為酸性時，固定化酶最適pH值向酶性一側(cè)移動；產(chǎn)物為中性時，最適pH值一般無變化?！?〕動力學(xué)參數(shù)的變化酶經(jīng)固定化后，表觀米氏常數(shù)發(fā)生變化。影響固定化酶促反響的主要因素？分子構(gòu)象的轉(zhuǎn)變指固定化過程中酶與載體的相互作用引起酶的活性中心或調(diào)整中心的構(gòu)象發(fā)生了變化，導(dǎo)致酶與底物的結(jié)合力下降。位阻效應(yīng)由于載體的遮擋作用或固定化方法不當(dāng)，給酶的活性中心或調(diào)整中心造成空間障礙，使底物和酶無法與酶接觸。微擾效應(yīng)由于載體的親水性、疏水性、介電常數(shù)等性質(zhì)，使酶所處的微環(huán)境與宏觀環(huán)境不同，從而轉(zhuǎn)變了酶的催化力量或酶對效應(yīng)物的調(diào)整力量的效應(yīng)。安排效應(yīng)物質(zhì)的不等安排，從而影響酶促反響速率的一種效應(yīng)集中效應(yīng)由于底物、產(chǎn)物或其他效應(yīng)物的遷移和傳遞速度所受到的限制，當(dāng)物質(zhì)集中系物濃度產(chǎn)生差異?？焖倨胶夥ǎ簬c假設(shè)：1〕[S]>>初始酶濃度e，中間復(fù)合物ES的形成不會降低[S]?！?〕不考慮E+P→ES這個可逆反響。〔3〕ES→E+P為整個反響的限速階段，此ES分解成產(chǎn)物缺乏以破壞這個平衡。穩(wěn)態(tài)法：幾點假設(shè)：〔1〕〔2〕與快速平衡法一樣〔3〕中間復(fù)合物ES一經(jīng)分解，產(chǎn)生的游離酶馬上與底物結(jié)合，使中間復(fù)合物ES濃度保持衡定。Kla的因素，如何影響？操作變量：溫度、壓力、通風(fēng)量、轉(zhuǎn)速?！?Kla↑培育液的理化性質(zhì)：黏度、外表張力、氧的溶解度、培育液組成、培育液流淌狀態(tài)、發(fā)酵類型。 黏度↓、外表張力↓、氧的溶解度↑ Cpro↑C酯醇酮↓Kla↑反響器的構(gòu)造：反響器的類型、各局部尺寸的比例、空氣分布器的型式。有擋板或冷卻管、高徑比↑ Kla↑ 攪拌器的組成與間距要依據(jù)培育液的特性打算外集中過程與內(nèi)集中過程的比較外集中過程Da準(zhǔn)數(shù)是打算外集中效率因子的唯一參數(shù)

內(nèi)集中過程準(zhǔn)數(shù)是打算內(nèi)集中效率因子的主要參數(shù)rDa準(zhǔn)數(shù)定義：Da max

西勒準(zhǔn)數(shù)定義：2

R2r maxkaCL Sr

9KmDer外集中效率因子定義：

out

outr

內(nèi)集中效率因子定義：in

rin0Da<1，過程為反響掌握，Da準(zhǔn)數(shù)越小， <0.3時，in越接近1；Da>1，過程為外集中掌握，

out1，過程為反響掌握。outDa準(zhǔn)數(shù)越大，

out

越趨近于零。

>0.3

時，in

<1，過程為內(nèi)集中掌握。舉例簡要說明何為微生物反響的構(gòu)造模型？答：由于細胞的組成是復(fù)結(jié)的，當(dāng)微生物細胞內(nèi)部所含有的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、核酸、維生素等的含量隨環(huán)境條件的變化而變化時，建立起的動力學(xué)模型稱為構(gòu)造模型。Monod方程建立的幾點假設(shè)是什么？Monod方程與米氏方程主要區(qū)分是什么？答：Monod方程建立的根本假設(shè)：微生物生長中，生長培育基中只有一種物質(zhì)的濃度會影響其生長速率，這種物質(zhì)被稱為限制性基質(zhì)，并且認為微生物為均衡生長且為簡潔的單一反響。 S r S莫諾方程： max 米氏方程：r max K SS

K Sm描述微生物生長閱歷方程方程中各項含義：μ：生長比速(h-1)

描述酶促反響理論推導(dǎo)的機理方程方程中各項含義：r：反響速率(mol/L.h)μ ：最大生長比速(h-1)max

r ：最大反響速率(mol/L.h)maxS:單一限制性底物濃度(mol/L)K(mol/L)S

S：底物濃度(mol/L)K(mol/L)m簡要答復(fù)微生物反響與酶促反響的最主要區(qū)分？此外，二者還有以下區(qū)分：酶促反響由于其專一性，沒有或少有副產(chǎn)物，有利于提取操作，對于微生物反響困難，這正是造成目前發(fā)酵行業(yè)下游操作簡單的緣由之一。對于微生物反響，除產(chǎn)生產(chǎn)物外，菌體自身也可是一種產(chǎn)物，假設(shè)其富含維生素或蛋白質(zhì)或酶等有用產(chǎn)物時，可用于提取這些物質(zhì)。與微生物反響相比，酶促反響體系較簡潔，反響過程的最適條件易于掌握。微生受細胞因素的影響，并且微生物會發(fā)生遺傳變異，因此，實際掌握有肯定難度。酶促反響多限于一步或幾步較簡潔的生化反響過程，與微生物反響相比，在經(jīng)濟上有時并不抱負。舉例說明連續(xù)培育的應(yīng)用。限制，目前主要用于面包酵母的生產(chǎn)、及污水處理。連續(xù)培育在科研領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：利用恒化器測定微生物反響動力學(xué)參數(shù)。例如μ

、Ks的測定。m確定最正確培育條件。例如面包酵母生產(chǎn)中最正確葡萄糖濃度確實定。利用沖消滅象進展菌種的篩選。CSTR、PFRCSTRPFR型酶反響器的性能。CSTR代表連續(xù)全混流酶反響器。PFR代表連續(xù)活塞式酶反響器。CSTR型和PFR型酶反響器的性能比較：到達一樣轉(zhuǎn)化率時，PFR型酶反響器所需停留時間較短。在一樣的停留時間到達一樣轉(zhuǎn)化率時，CSTR型反響器所需酶量要大大高于PFR型反響器。因此一般來說，CSTR型反響器的效果比PFR型差，但是，將多個CSTR型反響器串聯(lián)時，可抑制這種不利狀況。與CSTR型酶反響器相比，PFR型酶反響器中底物濃度較高，而產(chǎn)物濃度較低，因PFR型酶反響器轉(zhuǎn)化率的降低要比CSTRCSTR型酶反響器影響更顯著。2在啤酒酵母的生長試驗中，消耗了0.2kg葡萄糖和0.0672kgO，生成0.0746kg2酵母菌和0.121kgCOY

和呼吸2RQ。

X/S解：假設(shè)反響的質(zhì)量平衡式為：aC H O bO cCH O dCO eH O6 12 6 2 2 2則：a 0.21000

1.11 b

0.06721000

2.112612166 32d0.12110002.75 e(0.20.06720.07460.121)1000412162 18依據(jù)元素平衡式，有C： 1.116c2.75H： 1.1112c42O： 1.11622.1c2.7524聯(lián)立求解，得c3.91 1.36 0.35所以，可確定該反響的質(zhì)量量平衡式為：1.11C H O 2.1O 3.91CH O 2.75CO 4H O6 12 6 2 1.36 0.35 2 2X 0.0746Y X/S

S

0.20.121

0.373(kg/kg)RQ

CO2

440.0672

1.3O232微生物物生殖過程中分裂一次生成兩個子細胞，也有4分裂或8分裂的，試證明當(dāng)n分裂時，有如下式子：t /t ln2/lnn，式中：t 為倍增時間，t 為世d g d g代時間。證：dX 邊界條件：t0,XXXdt

0X積分，得ln

tX0X ln2tt ,d X0

2,t d X lnnttg

對于n分裂，X0

g t /td g

ln2/lnn1.04100mol葡萄糖和48mol48mol312mol432mol解：依據(jù)題意，可假定反響的質(zhì)量平衡式為：100CH O bO 48NH 48CHNO 312CO 432HO6 12 6 2 3 2 2RQ

CO2

3121.04，O b2b300300mol。依據(jù)元素平衡，有C：60048312H：1200483484322N：4848O：6002300483122432聯(lián)立方程求解，得6 101 3酵母菌體的化學(xué)組成為C6H10N1O3。分別承受含有蛋白胨和牛肉膏的復(fù)合培育基、含有20余種氨基酸的合成培育基和根本培育基進展運動發(fā)酵單胞菌厭氧培育，碳源為葡萄糖，獲得如下表所示結(jié)果。菌體的含碳量〔以碳源/細胞計〕為0.45g/g，求承受不同培育基時的Y 。KJ培育基Y 〔g/mol〕X/SY 〔mol/mol〕P/SY 〔mol/mol〕P/S菌體中由葡萄糖〔以細胞/葡萄糖計〕〔以乙醇/葡萄糖計〕〔以乳酸/葡萄糖計〕所來碳元素的量根本4.11.50.21.0合成5.01.50.20.62復(fù)合8.01.60.20.48H解：由化工手冊可知， GHL

2816KJ/mol，HE1363KJ/mol，Ha

1368KJ/mol，22.15KJ/gk=1.0。YYKJ k

X/S 〔-H )Y 1 2 Y

(H

Y (H )Ya X/S

X/S S1

P/S

P P/S 4.122.154.110.451.04.12816(1.513680.21363) 72 0.0080g/KJ) 〔2〕承受合成培育基時，k=0.62。YKJ

YX/S k (H

1 2 Y (H

Y (H )Ya X/S

X/S S1

P/S

P P/S 5.022.155.010.450.625.02816(1.513680.21363) 72 0.0091g/KJ) 〔3〕承受復(fù)合培育基時，k=0.48。YKJ

YX/S k (H

1 2 Y (H

Y (H )Ya X/S

X/S S1

P/S

P P/S 8.022.158.010.450.488.02816(1.613680.21363) 72 3個細胞，由以下生長數(shù)據(jù)求：〔1〕此微生物理學(xué)的比生長速率(h1)；〔2〕此微生物細胞的平均世代時間。時間/h〔g/L〕

00.10

0.50.15

1.00.23

1.50.34

2.00.51解：〔1〕dX 〔16-1〕Xdtt0XX0式積分，得ln(/X)t 〔16-〕0以ln(X/X)~t作圖，將得一條直線，直線斜率為。0依據(jù)數(shù)據(jù)，計算ln(X/X)，列入表中，并繪制ln(X/X)~t曲線。0 0t/h00.51.01.52.0X〔g/L〕0.100.150.230.340.51ln(X/X)000.4050.8331.221.63lnln(X/X)01.81.6y=0.8167x1.4R2=0