2023年生化工程自考總結

包埋法固定化酶:將酶包在凝膠微小格子內，或是將酶包裹在半透性聚合物膜內的固定化方法。微生物消耗比率:單位時間內菌體對培養基的消耗率．細胞回流的單級恒化器:在反映器的出口處安裝細胞分離器,分離出一部分細胞進行濃縮后打回到反映器中的單級恒化器.微生物的生長速率：單位時間內單位體積發酵液中菌體的增量。反復分批補料培養法：在間歇培養的基礎上，流加一種或幾種底物或前體物進行培養，培養結束時不取出所有的發酵液，留下一部分發酵液作為種子，然后開始下一個補料培養過程的發酵方法。氧的滿足度：溶解氧濃度與臨界溶氧濃度之比。活塞流模型(ＰF):在反映器內與流體流向相垂直的橫截面上的流速分布是均一的,即不存在返混。活活塞流反映器:完全不存在返混的抱負反映器/ＣSＴR反映器：混合足夠強烈,達成完全返混的抱負反映器稀釋率:培養基體積流北與培養液體積之比傳氧速率:每單位界面上每小時的傳氧量連續式全混流型反映器(CFSTR)：反映器內的返混足夠強烈，因而反映器內物料的濃度處處相等,假如溫度均一，反映速度也處處相等不隨時間而變。多級全混流釜模型（ＣＦSTR－iｎ-ｓｅriｅs)高徑比不大，攪拌不充足的一個反映器，可以想象內部既有全混流成分，又存在活塞流成分。等效N個CFSＴＲ串連。擴散模型(Dispｅrｓionmodｅｌ）:高徑比較大的反映器如短管或塔式反映器內的流體流動具不大的返混（活塞流和軸向擴散的疊加）阻截:細菌質量小，,緊隨空氣流地流線而向前運動,當空氣流線中所挾帶地微粒由于和纖維相接觸而被捕集稱為阻截。擴散:微小的顆粒受到空氣分子的碰撞,發生布朗運動，由于布朗運動，顆粒與介質碰撞而被捕集稱為擴散。反映動力學：用數學模型定量描述生物反映過程各種環境因素與微生物代謝活動地互相作用隨時間而變化地規律。為生物反映過程的控制,小型實驗數據的放大,提高反映過程的產物的提純等提供理論依據。比擬縮小:將現有的生產規模發酵罐比擬縮小至實驗實規模。縮小原則：縮小的實驗室規模反映器中所能提供的微生物代謝活動的環境條件，實現有大規模型反映器中能實現的。意義：比擬縮小的實驗室規模裝置不僅可認為現有的生產規模裝置提供有效的生產菌株選育的場合，也可認為其工藝條件的優化提供服務。比擬縮小放大的原理方法相同!限制性的環節：外擴散(環節）限制：當反映達成穩態時,傳質速率與反映速率相等。內擴散（環節)限制：在固定化酶、細胞的內部不存在流體流動，其傳質完全依賴于擴散作用。在微生物反映過程中碳源重要消耗于：1、滿足于微生物菌體生長的需要（△S）G。2、維持微生物生存的消耗（△S)ｍ。3、生成代謝產物大的消耗(△Ｓ）ｐ。軸功率：即攪拌器輸入攪拌液的功率，指攪拌器以既定轉速回轉時,以克服介質阻力所需用地功率。氧載體:為非連續相，在攪拌地氣——液介質中被分散成比氣泡小得多的微滴。傳氧速率指標:每溶解1kg氧所消耗的電能（ｋw*h/kgO２)（它與kla的大小是評價發酵液的重要指標。)臨界溶氧濃度：維持好氧型細菌代謝活動穩定的最低溶氧濃度。混合時間：把少數具有與攪拌罐內的液體相同的物性的液體注入攪拌罐內,兩者達成分子水平的均勻混合所需時間。Yo/x：單位菌體（干重）所耗用的溶氧重量。Yx／s：菌體得率：指生成細胞得質量與消耗基質質量之比。YATＰ:’ATＰ對菌體的得率,指碳源對菌體的得率與消耗1MOL碳源由分解代謝產生ＡTP量之比/YC：碳對菌體得率，指么應過程中生成菌體中C的量與消耗基質中Ｃ的量之比菌體理論得率:碳源被同化為菌體得觀點，來看菌體的得率。連續培養:以一定速率不斷地向混合均勻的發酵罐中供應新鮮培養基，同時等量地排除發酵液,維持發酵罐中液量一定地培養方法。比生長速率:單位菌體在單位時間的增值量。限制性低物：在培養微生物的培養物質中，對微生物生長起到限制作用的營養物。營養物質相對貧乏：指該物質的濃度在比生長速率達成最大比生長速率時低底物濃度scrit以下的情形。恒化器:指具有恒定化學環境的反映器,恒化指明了操作穩定的狀態特性。載體結合法：將酶、細胞固定在非水溶性載體上。交聯法：使酶、細胞帶有兩個或兩個以上的官能團試劑進行交聯反映。包埋法:將酶、細胞包埋在凝膠格子里或半透膜聚合物的超濾膜內。固定化死細胞:在固定化前或后對微生物細胞進行加熱、冷凍、干燥、表面活性劑化學試劑等解決,使細胞處在死亡甚至是破碎狀態的固定化細胞。固定化活細胞:固定化后細胞仍存活但并不增值，生長處在靜止狀態的固定化細胞。固定化增殖細胞:是在固定化后細胞不僅存活,并且在使用過程中還能增值,生長處在增值狀態的固定化細胞。非抱負反映器:反映器中流體處在非抱負流動狀態的反映器。半衰期:固定化酶、細胞在使用中活性減少一半所需的時間。活性淤泥法:通過微生物反映除去廢水中的有機物質的一種方法。包埋法固定化酶：將酶包在凝膠微小格子內，或是將酶包裹在半透性聚合物膜內的固定化方法。微生物的生長速率：單位時間內單位體積發酵液中菌體的增量。反復分批補料培養法：在間歇培養的基礎上，流加一種或幾種底物或前體物進行培養，培養結束時不取出所有的發酵液，留下一部分發酵液作為種子,然后開始下一個補料培養過程的發酵方法。氧的滿足度:溶解氧濃度與臨界溶氧濃度之比。CRＡBＴREE：效應:糖濃度偏高,即使提供足夠的溶解氧，也不可避免地會進行酒精發酵導致酵母得率減少生化工程：以化學工程原理和方法進行生物工業生產/容積系數：壓縮機一次循環吸入氣體體積(V１-V4)和活塞掃過體積(V1-V3)之比.絕熱壓縮過程:壓縮過程中氣體所放出的熱量沒有向外界付出氣體溫度升高/等溫壓縮過程：壓縮過程中氣體所放出的熱量能所有排出外界使氣體壓縮前后的溫度相等/全擋板條件:消除漩渦所以需的最少擋板數.營養物質想對缺少：該物質的濃度在比生長速率U最畢生長速率UＭ的最低底物濃度SAIT以下時的情形,ＳAＩT為臨界底物濃度固定化細胞酶是一種在空間運動上受到限制或部分限制的細胞,酶.能量生長偶聯型,：當有大量合成菌體材料存在時,微生物生長取決于ATP的供能.能量生長非偶型：缺少材料或存在生長克制物質,生長取決于合成菌體.,材料的供應的進程式這時多的AＴP高能鍵被水解能量釋放真空連續培養地運用:1、擬定最佳培養條件,2、富集、選育特殊性狀的菌種，3、連續發酵與產物的形成。連續培養的問題:1、染菌污染問題,２、變易問題酶觸反映的影響:溫度,ＰH，克制劑與活性劑,高濃度低物,產物克制。1、發酵罐的比擬放大中，空氣流量放大常采用的三個原則是VVM相等、空截面氣速Vs相等和Kla相等。2、深層過濾器的設計中，最重要的設計參數是濾層厚度。3、Monod方程中動力學常數的求算常采用雙倒數作圖或線性回歸方法。4、絲狀菌培養用的發酵罐比擬放大后,常需校核攪拌葉輪尖端線速度指標。５、流加式操作特別適合于有底物克制的培養過程。6、乳酸菌生長和乳酸生成之間的關系符合混合生長偶聯型。7、用CSＴＲ反映器同時連續培養三種微生物A、Ｂ、Ｃ，已知μＡ<μB<μc，最后在反映器中存留的是微生物C8、多級連續培養中，第二級反映器的菌體濃度和底物濃度分別大于和小于第一級反映器的菌體濃度和底物濃度。9、酶反映器的操作參數有空間時間、轉化率和生產率。1０、發酵罐通氣條件下的攪拌功率通常小于不通氣條件下的攪拌功率。11、當發生底物克制時，要獲得同樣的底物轉化率,PFR的反映時間比CSＴＲ的長。12、縮短混合時間的最有效方法是增長反映器不同部位的進液點。13、單纖維捕集效率中,重要的三個機制是慣性沖撞攔截和布朗擴散。1、微生物的比熱死亡速率常數由微生物菌體的抗熱性能和滅菌溫度兩個因素決定。２、傳氧速率指標是指每溶解1kg溶氧消耗的電能。3、Moｎｏd模型的數學表達式為μ=μｍS／(Ks+S）。4、微生物細胞的比耗氧速率QO2（呼吸強度）是指單位重量的細胞在單位時間內消耗氧的量，單位是molＯ2/kg干細胞，ＱO2與溶氧濃度的關系為QO2=(QＯ2）max·C/(Ko+C)。5、動物細胞培養的反映器重要有懸浮培養反映器、貼壁培養反映器和微載體懸浮培養反映器。6、經驗和半經驗的發酵罐比擬放大方法中，模型罐和生產罐一般以幾何相似原則為前提。7、用ＣSTR反映器同時連續培養兩種微生物Ａ和B，已知μA>μB，最后在反映器中存留的是微生物Ａ。8、用載體結合法固定化細胞是指把細胞通過共價鍵、離子鍵或吸附作用結合到水不溶性載體上的方法。9、固定化酶的半衰期是指固定化酶活力減少一半的使用時間。10、微生物代謝產物的生成速率與菌體生長速率之間存在三種不同類型的關聯，它們是生長偶聯型、混合生長偶聯型和非生長偶聯型。11、發酵罐比擬放大時,攪拌功率及轉數放大常采用的三個原則是Po/V相等、Pｇ/Ｖ相等和Ｋla相等。微生物的比熱死速率數由菌體抗熱性能和滅菌溫度兩個回素決定。121度時ＡBＣD的比熱死速率常數分別為0.０50．０30．013.０.048上述ABCD受熱死容易限度為C．>B>D>Ａ分批滅菌的過程涉及升溫保溫降溫評價好氧發酵最重要的兩個指標是,Kla傳氧效率指標發酵罐比擬放大一般遵守幾何相似培養條件相同微生物在反映器中的充足分散策生物代謝產物的生成速率與菌體生長之間存在生長偶聯型混合生長偶聯型非生長偶聯型固定化每的半衰期指桑罵槐固定化每活性減少一半的使用時間每的培養過程重要經濟指標有兩個，轉化率生物反映器的生產強度深層液體發酵染菌較少發展快規模大深層液體的發酵酵母生長速率高醋酸生成減少PＨ影響雜菌增殖生化工程產生的標致通風攪拌會傳質問題美國固定化酰化氨基酸水解酶光學拆分Ｄ-L-氨基酸固定化G異構酶將G異構為果糖固定化細胞可處在生長靜止或死亡發酵過程中的豐質是，酶促反映熱滅菌法是最為簡便,有效,經濟的微生物營養細胞的均相熱死滅動力學符合化學反映一級\反映動力學比熱死速率常數K決定于菌體的種類用存在方式,滅菌溫度纖維介質捕集效率的機理可分為,慣性沖擊阻截擴散重力沉降和靜電除塵新型過濾器分為,聚乙烯過濾器和折式過濾除菌器和高效燒結金屬過濾器和絕對過濾發酵罐中常用的機械攪拌器大至分為軸向和徑向前者如螺旋漿式,后者如渦輪式攪拌器輸入攪拌功率取決于,葉輪與罐的相對尺寸轉速流體的物性附件的尺寸和數目攪拌導致的平均剪應速率重要決定于葉輪轉速與其它變數基本無關KＬＡ的變化是由菌體濃度表面活性物質和耗氧量不恒定導致的液體培養的操作方法有,間歇培養，連續培養,流加培養縮短混合時間的最有效方法是嗇反映器泣不同部位的進液點1１、發酵罐比擬放大時,攪拌功率及轉數放大常采用的三個原則是Pｏ/V相等、Pｇ／V相等和Klａ相等１、微生物的比熱死亡速率常數由微生物菌體的抗熱性能和滅菌溫度兩個因素決定。2、傳氧速率指標是指每溶解１kg溶氧消耗的電能。3、Ｍonod模型的數學表達式為μ=μｍＳ／(Ｋs+S)。4、微生物細胞的比耗氧速率QO2(呼吸強度）是指單位重量的細胞在單位時間內消耗氧的量,單位是moｌO2/kg干細胞,QO2與溶氧濃度的關系為QO２＝(ＱO２）ｍaｘ·Ｃ／(Kｏ＋C）。5、動物細胞培養的反映器重要有懸浮培養反映器、貼壁培養反映器和微載體懸浮培養反映器。6、經驗和半經驗的發酵罐比擬放大方法中,模型罐和生產罐一般以幾何相似原則為前提。7、用CSTR反映器同時連續培養兩種微生物A和Ｂ,已知μA>μB,最后在反映器中存留的是微生物A。8、用載體結合法固定化細胞是指把細胞通過共價鍵、離子鍵或吸附作用結合到水不溶性載體上的方法。判斷1、

間歇培養微生物的減速生長期,微生物的比生長速率小于零。（×)=２、

亞硫酸鹽氧化法可以用于測量真實發酵液的Ｋla。（×）3、活塞流反映器中,沿徑向的反映速度是常數。（√)=4、

連續反映器中物料的稀釋速率用Ｆ/Ｖ來計算。(√）5、

在微生物培養過程中有也許存在多種限制性底物。(√）＝6、

返混是指不同停留時間物料之間的混合。(√)7、

間歇培養好氧微生物時，菌體耗氧速率是常數。（×）８、

對培養基進行熱滅菌必須以霉菌的孢子為殺滅對象。（×）=9、

在一定溫度下,各種不同微生物的比熱死亡速率常數值相等。(×)10、在有細胞回流的單級恒化器中,總的出口處菌體濃度與恒化器中的菌體濃度完全相等。(×)=1、CSTR反映器中物料的返混限度最小。（×)=2、微生物的比生長速率是指單位時間內菌體的增量。（×）３、限制性底物是指培養基中濃度最小的物質。(×)4、控制好氧發酵的溶氧濃度一定小于微生物的臨界溶氧值。(×）=5、單級連續培養中,假如調整成D（稀釋速率)>μ(比生長速率),最終將發生“沖出”現象。（√)=6、一定溫度下，微生物營養細胞的均相熱死滅動力學符合化學反映的一級反映動力學。(√）7、在活塞流反映器中進行恒溫熱滅菌,沿物料流動方向菌體熱死滅速率逐漸下降。(√）=8、單級恒化器的稀釋速率可以任意調整大小。(×)9、任何微生物培養過程的ＹＡTP均等于10ｇ／mol左右。（×)=１0、連續培養反映器中物料的平均停留時間和稀釋速率互為倒數。（√)問答新型過濾器的種類及制備特點和優缺陷:聚乙烯醇(PVA)：乙酰化并以耐熱樹脂涂敷,制成片式過濾器。PVA過濾器的顯微攝影呈現致密的纖維結構，ＰＶA的過濾器能承受蒸汽反復滅菌。優點,PＶA除菌效率達９9.９999%以上，壓力降在1.5Kpａ一下,使用可以達1年以上，殺菌及干燥時間短，更換方便，占地面積小。超小型的空氣除菌裝置濾過線速度高達8０cm/s.折式過濾除菌器:采用超細玻璃纖維折成波紋型,并用支撐材料加固，紙端用樹脂粘結密封,然后粘封于過濾盒中，形成折式過濾器。（紙端密封齊為環氧樹脂１0０g,滑石粉55—6５ｇ，鄰—苯二甲酸二丁脂15g固化齊為間苯二胺（或乙二胺)15g紙端粘結后固化溫度為120—13０度。時間為1h。使用紅光超細玻璃纖維紙三層制造的過濾器，除塵效率達９9.９９%以上,這是一種高效空氣過濾器,有點是:結構簡樸,制造方便，過濾面積大，占地面積小，壓力減少小,費用低。缺陷：強度較低，不耐氣流沖擊,容易穿孔。高效燒結金屬過濾器:將金屬（蒙乃爾合金，青銅等)粉末燒結成板或管狀，微孔直徑微２０—30ｕｍ，過濾效率較高。如ＪLS型等過濾器,優點：過濾效率為99.999%壓力降為1０Kｐａ，能耐高溫２0０—26０度，機械強度可靠，耐壓小于等于1Mpａ可以反吹再生，壽命3－6個月，安裝更換方便。絕對過濾器：由于醫療特種發酵需要Miｌliporｅ薄膜微孔過濾器已推廣,微孔直徑約為0.2-0.45um小于菌體,因而微生物不能通過，稱為絕對過濾器，過濾效率接近1０0%過濾器中濾層提成兩層,外層采用超細玻璃纖維紙作為預過濾，內層采用過濾膜，以避免膜的微孔堵塞。要評價一種過濾介質是否優越,要看過濾效率，但它是K和L的函數。K值（阻攔因數）越大,L則越小,同時△P越小越好，因而把KL／△P值作為綜合性能指標來評價。比較抱負的空氣除菌流程應具以下特點：高空采風,吸氣風管設立在工廠的上風向高２0－３0ｍ處，以減少吸入的細菌含量。裝設前過濾器,以減輕總過濾器的承擔。采用無油潤滑壓縮機,減少壓縮后的空氣油霧污染。壓縮機后采用冷卻型的空氣貯罐可減少空氣的溫度，同時出去部分潤滑油。采用二級冷卻二級旋風分離器，使油水分離較完全。采用旋風金屬絲網除霧器，除去空氣中的霧滴。采用蒸汽加熱器將空氣加熱至約５０度，使空氣的相對濕度小于60%，再進入總過濾器,以保證總過濾器處在干燥狀態。空氣經總過濾器后進入分過濾器,再進入發酵罐，空氣的除菌限度達成９9.999%空氣除菌設備均采用蒸汽徹底滅菌,并能定期排除油水，能檢測各階段的空氣溫度以及凈化限度。必須防止冷凝水倒流入總過濾器設備應盡量簡樸連續滅菌器的流體模型:活塞流模型(PＦ):在反映器內與流體流向相垂直的橫截面上的流速分布是均一的(不存在返混）長徑比很大的管式反映器接近于這種。連續式全混流型反映器（CFSTR)：設定反映器內的返混足夠強烈，因而反映器內物料的濃度處處相等,假如溫度均一,反映速度也處處相等不隨時間而變。攪拌強烈（機械攪拌，氣流或液流攪拌等)的實際連續反映器，可以接近于ＣＦSTR特性。多級全混流釜模型(CFSTR－in-series）高徑比不大，攪拌不充足的一個反映器，可以想象內部既有全混流成分,又存在活塞流成分。等效N個CFSTR串連。擴散模型（Dispersioｎｍodel）:高徑比較大的反映器如短管或塔式反映器內的流體流動具不大的返混（活塞流和軸向擴散的疊加）攪拌器型式及流型：1螺旋槳式攪拌器：把液體向下或向上推動，形成軸向的螺旋流動，其混合效果尚好，單產生的剪率較低,對氣泡的分散效果不好。（常用的螺旋槳葉數為3片，螺距等于攪拌器直徑,最大葉端速度不超過25ｍ/s)2圓盤平直葉渦輪攪拌器：與無圓盤的攪拌特性相似,圓盤可使上升的空氣的氣泡受阻,避免大的起泡從軸部葉片空隙上升，保證氣泡更好地分散。圓盤平直葉渦輪攪拌器具有很大地循環輸送量和功率輸出,實用于各種流體地攪拌混合（涉及粘性液體及非牛頓流體）（Dｉ：di:L:Ｂ＝2０:１5：5:4）3圓盤彎葉渦輪攪拌器：攪拌流型與圓盤平直葉攪拌流型相似，前者導致的液體徑向流動較為強烈。因此在相同的攪拌速度時前者的較好,輸出功率較后者為小,因此在混合困難而溶氧速率規定相對較低的情況下,可用此(Ｄi:dｉ:L:B=2０:15:5：4)4圓盤箭葉渦輪攪拌器:與2,3攪拌流型相似,但軸向流較為強烈,在同樣的轉速下它導致的剪率低,輸出的功率葉較低,但混合效果較好。（Di:di:Ｌ:B：Ｃ=２0:15：5:4：2)功率消耗：平直葉>彎葉＞箭葉攪拌流型：攪拌器在罐內導致的液流型式,對氣、固、液相的混合,氧氣的溶解以及熱量的傳遞等有重大的影響,這種液流型式不僅決定于攪拌器自身,還受罐內附件如擋板、拉力筒及其安裝位置的影響。罐中軸裝垂直螺旋槳攪拌器的攪拌流型:無擋板，在軸中心形成凹陷的漩渦。安裝垂直擋板多塊,液體的螺旋狀流受到擋板拆流,被迫流向軸心，使漩渦消失。消除漩渦必須的最少擋板數為全擋板數渦輪攪拌器的攪拌流型：各在渦輪平面的上下兩側導致向上和向下的翻騰。擋板可以部分冷卻蛇管排所代替。裝有拉力筒時的攪拌流型:在罐內與垂直的攪拌器同軸線安裝套筒,可以大大地加強循環輸送效果,并能將液面地泡沫從套筒的上部入口軸吸道液體之中，具有自消泡能力（伍氏發酵罐)雙膜理論--－－-雙膜理論的基本前提：氣泡與包圍氣泡的液體之間存在著界面,界面的氣泡一側存在著一層氣膜,在界面的液體一側存在一層液膜。氣膜內的氣體分子與液膜中的液體分子都處在層理狀態,分子間無對流運動,氧的分子只能以擴散方式,即籍濃度差推動而穿過雙膜進入液相主流。（主流氣體：氣泡內除開氣膜以外的氣體分子處在對流狀態。主流中任意一點氧分子的濃度相等。液體主流液是如此）在雙膜之間的兩相界面上,氧的分壓強與溶于界面液膜中的氧濃度處在平衡關系。傳質過程處在穩定狀態，傳質途徑上各點的氧濃度不隨時間而變在穩定的傳質過程中,通過氣、液膜的傳氧數率應相等。H為亨利定律常數，隨氣體及溶劑及溫度而異，它表達氣體溶于溶劑的難易。氧難溶于水,H值很大提高Kla的途徑:增長攪拌轉速Ｎ,以提高Ｐg,可以有效提高Kｌａ。增大通氣量Q,以提高Vs。(在通氣量不是很高時)為了提高Nv，除了提高Klａ之外，提高C*也是可行的方法之一。通入純氧,或在也許的條件下提高罐內操作壓力,均可提高C*絲狀菌的繁殖導致發酵液粘度的急劇上升和Kla的急劇下降。在不能提高轉速的情況下可反復地放出一部分發酵液，補充新鮮滅菌等體積培養基這樣可以使Ｋla大幅度回升。發酵液中添加少量的水不容性另一液相,氧在這一液相中具有比在水中高很多的溶解度。七、說明動態法測量Kla的原理和方法(8)動態法測量Ｋlａ是運用溶氧電極進行的,測量的是真實發酵液的Klａ值。原理：運用非穩態時,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）-ＱＯ2X重排列上式：Ｃ＝－１/Kla（dc/dt+QO２Ｘ)+Ｃ將非穩態時溶氧濃度C對(dc/dt+QＯ2X）作圖,可得一直線,此直線的斜率值即為-1／Ｋｌa。(5分)采用的方法是：Ａ：停止通氣，使發酵罐中的溶氧濃度下降。B：恢復通氣(在溶氧濃度降到臨界溶氧濃度之前恢復通氣）。

固定化方法:載體結合法（共價結合法:將非水溶性載體和酶、細胞以共價鍵的型式固定在一起。離子結合法:是通過離子效應，將酶、細胞固定到具有離子互換基團的非水容性載體上。物理吸附法：將酶、細胞吸附到不溶于水的載體上而使酶、細胞固定的方法)交聯法(靠化學結合的方法使酶、細胞固定化,區別僅在于是否使用載體。交聯法是運用帶有兩個或兩個以上的官能團試劑與酶、細胞之間發生分子間的交聯而把酶、細胞固定化。)包埋法:（格子型：將酶、細胞包埋在聚合物的凝膠格子里中，使之處在不脫離狀態下，達成固定酶、細胞的目的。微膠囊型：將酶、細胞包裹在凝膠的微小格子。)其它固定方法（內固定法:對微生物的熱解決，物理射線照射或化學試劑解決使所需要的酶固定在細胞體內同時固定化菌體。自固定法：通過培養條件的選擇使所培養的微生物菌體絮凝。凝聚法：添加絮凝劑絮凝菌體)固定法酶、細胞的性質：固定化后活性大都減少（由于酶的活性中心的重要氨基酸與水不容性載體相結合，結構發生了變化,雖不失活,但酶與低物的互相作用受到空間位阻。)提高固定化酶的活力:可在固定的同時加入酶活性中心保護劑（低物、產物或其結果類似物）穩定性增長(因酶分子的結構或細胞被約束，也許減少其對外部惡劣環境的敏感，使其穩定性(對熱、對各種化學試劑、對不易被蛋白酶類的分解）增長。催化特性;（低物專一性、反映的最適PH值、反映的最適溫度、米氏常數(反映了酶和低物的親和能力)、最大反映速度)固定化酶、細胞運用領域：化學品制造(ＡTP、醫療(癌癥）、分析與診斷（酶試劑)、親和層析（乙型肝炎抗原）、固定化細胞器（H2)。Monod方程建立的幾點假設是什么?Monod方程與米氏方程重要區別是什么？：Monod提出了在特定溫度、pH值、營養物類型、營養濃度等條件下，微生物細胞的比生長速度與限制性營養物質的濃度之間存在關系式:μ＝μｍS／(Ks＋S)μｍ-－----最大的比生長速度Ｓ－-－--－-限制性營養物的濃度Ｋs--－----－－--飽和常數區別:Mｏnｏd方程與酶催化反映的米氏方程形式上是同樣的,由于微生物的生長可看作酶反映的粗略代表。但所不同的是,米氏方程是應用酶反映理論推導得到的,而Moｎoｄ方程卻是完全經驗得到的。連續培養優缺陷優點:1）提供了一個微生物在恒定狀態下告訴生長的環境，便于進行微生物的代謝、生理、生化和遺傳特性的研究；?2)在工業上可減少分批培養中每次清洗、裝料、滅菌、接種、放罐等的操作時間，提高生產效率。

３）產物質量比較穩定；4)所需設備和投資較少,便于實現自動化。缺陷:1)在長時間的培養過程中，微生物菌種容易發生變異,發酵過程易染菌;

2）新加入的培養基與原有的培養基不易完全混合,影響培養和營養物質的運用連續培養中的重要問題穩定性問題?連續培養系統規定處在穩定狀態，一方面規定保證菌種的穩定，但大規模連續培養過程中常出現菌種變異和退化的現象，特別是帶有營養缺陷、抗反饋突變等遺傳標記的生產菌。可采用半連續發酵。(2)無菌度問題

連續培養周期長、保持設備的密閉性以及培養液和空氣的無菌度更為嚴格。可在發酵掖中加入抗菌的藥物。

(3）勻態問題

所謂勻態是指連續培養規定菌體、基質和產物都要混合均勻作為前提。對于高黏度和非牛頓醪液,更難混勻。

（4)控制問題?連續培養規定各參數穩定，整個系統要在最佳化的條件下進行，才干獲得最高的產率和最大的生產能力。有些連續培養的最佳點與最壞點相稱接近。可見連續培養規定精確的控制技術。

(5)放大問題㈠生化反映器的特點①生化反映與一般化學反映的不同重要在于其反映皆由生物催化劑-酶來催化的。決定了酶反映必須在比較溫和的條件下進行,也就是在接近中性的pH、較低的溫度及近似細胞生理條件下進行。②生物的酶系是非常復雜的,在活細胞中它們是互相協調而處在最優化的狀態，故活細胞常被用來合成一些代謝產物如多糖及蛋白質等。由于反映的環境會隨著時間的進程而改變,就產生了一個如何控制反映過程使其最優化的問題。③對生長細胞來說,要考慮到如何維持發酵的最佳條件，重要涉及細胞營養、代謝的調控以及反映產物的干擾。④由于酶作用對底物的高度特異性，它可以定向的產生一些用一般化學方法難以甚至無法得到的產品。⑤大多數生化反映都在水相中進行，相對來說產物濃度較低,這就產生了一個產物回收工藝及成本的問題生物反映器的比擬放大,到底以什么為基準呢？一方面要從大量的實驗材料中把握和找出影響生產過程的重要矛盾，在著重解決重要矛盾的同時,不要使次要矛盾激化。例如，單純按照kLa相等為準則放大的生物反映器，液體剪切力也許會上升到剪切敏感系統不可接受的限度,投入生產,就可使生產失敗，必須注意不使這類情況出現，為此往往或多或少地犧牲幾何相似的原則。微生物反映過程的特點:1.微生物反映是生物化學反映，通常是在常溫、常壓下進行。?2.反映中參與反映的培養基成分多,反映途徑復雜,因而在微生物生長的同時往往還隨著著生成代謝產物反映。

3．微生物反映還受到眾多外界環境因素的影響1、與通用式機械攪拌罐相比，塔式生物反映器的優點是什么?A：省去了軸封,從主線上排除了因軸封導致的污染。（1分)Ｂ：反映器結構簡樸。(2分)C：功率消耗小。（1分）D:減少了剪切作用對細胞的損害。(1分)2、動植物細胞培養與微生物細胞培養的重要區別是什么？A:大多數動物細胞需附壁生長(１分)。B：動物細胞對培養基的營養規定相稱苛刻，規定具有多種氨基酸、維生素、無機鹽、血清等物質。（１分)C:因動物細胞沒有細胞壁保護，對剪切力非常敏感。(1分)D:生長緩慢。（1分）E:易染菌。(１分)３、寫出對培養基進行濕熱滅菌時微生物營養細胞的熱死滅動力學方程,說明方程中各符號的意義。-ｄN／dｔ=KN(2分)N:培養基中任意時刻的活微生物濃度(個/升)，(１分）t:滅菌時間,（1分)Ｋ:菌體的比熱死亡速率常數，1／min，(1分）-dN/ｄt：菌體死亡速率。4、

酶和細胞的固定化有哪幾種方法，舉出兩個應用實例。酶和細胞的固定化有載體結合法、交聯法和包埋法。(3分）ＤL－氨基酸的光學拆分是工業化應用固定化酶的成功例子。運用固定化的氨基酰化酶實現DL－氨基酸的不對稱水解,運用D-型和L-型氨基酸的溶解度不同和外削旋化反映來生產L-氨基酸。（1分）酶電極是運用固定化酶的成功例子。酶電極重要由電化學傳感器和固定化酶兩部分組成。(１分)5、

重要有哪幾種測量Kla的方法,說明它們的合用場合。重要有亞硫酸鹽氧化法、溶氧電極法和氧的衡算法(2分）亞硫酸鹽氧化法不能用于測定真實發酵液的Klａ,但具有參比價值。(1分)溶氧電極法用于測量真實發酵液的Kla，大、小反映器均可用該法測量Kla。(１分)氧的衡算法適合體積大的反映器Kla的測定。（1分)6、圖示分析培養基間歇滅菌過程和連續滅菌過程的溫度變化情況,寫出間歇滅菌過程中各階段對滅菌的奉獻。回答要點：A：畫出間歇滅菌和連續滅菌的溫度變化曲線。(3分）B:重要奉獻在保溫階段。（２分）7、

有細胞回流的單級連續培養是如何的操作方式?與單級恒化器相比有什么優點？進行單級連續培養時,把從反映器流出的培養液進行分離，經濃縮的細胞懸浮液被送回反映器中,即成為細胞回流的連續培養。（3分)這種連續培養的優點是反映器可以在稀釋速率大于最大比生長速率的情況下操作，反映器中的細胞濃度較高。（2分）8、

雙膜理論的基本論點是什么？什么是液膜控制?什么是氣膜控制？Ａ:在氣液兩個流體相間存在界面,在界面兩側各有一層穩定的薄膜，即氣膜與液膜，這兩層穩定的薄膜在任何流體力學條件下均呈滯流狀態。（２分）B:界面上不存在傳遞阻力,兩相的濃度總是互相平衡的。（2分）C：傳遞阻力都集中在氣膜和液膜之中。(１分)９、

微生物代謝產物的生成和菌體的生長之間通常有幾種類型的關聯，分別說明。共有三種類型的關聯，分別是生長偶聯型、混合生長偶聯型和非生長偶聯型。生長偶聯型：隨著著菌體生長，代謝產物生成，菌體停止靜生長，代謝產物的生成也停止。（2分)混合生長偶聯型:隨著著菌體生長,代謝產物生成,菌體停止靜生長,代謝產物仍然生成。（2分）非生長偶聯型:菌體生長停止后，代謝產物開始生成。（1分)２生物反映器開發的趨勢和方向。A:開發比活力高和選擇性高的生物催化劑將繼續占重要地位。(２分)Ｂ:改善生物反映器熱量和質量傳遞的方法。(2分)C：生物反映器正向大型化和自動化方向發展。（1分)４、與單級連續培養相比，多級連續培養的優點是什么?Ａ:有助于解決不同生產階段有不同生產規定的矛盾，如菌體生長和產物生成的溫度不一至。(3分)B：有助于解決快速生長和營養物充足運用之間的矛盾。（2分）5縮短微生物間歇培養延遲期常采用的方法是什么?Ａ:接種的微生物應盡也許是高活力的(用對數期的微生物作種子）。(2分）B：用于種子培養的介質和條件應盡也許接近生產上使用的發酵液組成和培養條件。（2分）C:在一定范圍內,采用大接種量。（1分）6、提高發酵液中氧傳遞速率的重要途徑是什么？從提高Ｋla的角度可采用：A:增長攪拌轉數Ｎ,以提高Pg。(1分）B：增大通氣量Q，以提高空截面氣速Ｖｓ。（1分)C：N和Q同時增長。(1分)從提高傳質推動力角度可采用:E:提高罐壓（１分）F:通入純氧(1分)７反映器的重要操作參數有那些?分別說明。A:空間時間:表達反映物在連續操作反映器內停留（或平均停留）的時間。(1分）B:轉化率:表達加入反映器中底物的轉化率,用(So-St）／So來計算。(２分）C：生產率（生產能力）：指反映器單位體積單位時間內的產物生成量。（1分）D：選擇率：指實際轉化成目的產物量與所有底物可生成產物的理論量之比。(1分）８微生物間歇培養過程各階段的比生長速率如何變化?以圖表達。A:遲緩期：μ＝0。(1分)B：加速生長期:μ增長，μ2大于μ1。（1分）C：對數生長期:μ達成最大值,為常數。(１分）D:減速生長期:μ減小,μ２小于μ1。（1分）E:平衡期:μ=0。（1分)五、當發酵液為非牛頓性流體時，說明發酵罐攪拌功率的計算方法。(1５)A： 擬定發酵罐的幾何尺寸和攪拌轉數N。（2分)B：用(ｄｗ/dr）平均＝ＫN計算(ｄw/dｒ)平均。(２分)Ｃ：測定一定溫度下，菌體生長最旺盛時的液體流變性特性曲線，查即定轉數時的顯示粘度。(2分）Ｄ:取小罐實驗數據繪制Nｐ~Rem曲線。（２分)E:對與小罐幾何相似的大罐,按牛頓流體方法計算Ｐo，再計算Pg。（１分）只要避開Rｅm=1０～300區間,可以用牛頓流體的Np~Rｅm曲線代替擬塑性流體的Np~Ｒem曲線。（1分）六、什么是好氧微生物培養的臨界溶氧濃度?如何測定？是否所有的好氧微生物培養過程都必需控制溶氧濃度在臨界溶氧濃度以上？舉例說明。(10分）微生物的比耗氧速率隨溶氧濃度的增長而升高，當溶解氧增長到一定值時,比耗氧速率不再增長，這時的溶氧濃度稱為臨界溶氧濃度。（３分）測法:將供氧充足的微生物培養體系停止通風,檢測培養系統的溶氧濃度變化情況，一方面是溶氧濃度呈直線下降趨勢,下降到一定限度后，開始呈緩慢下降趨勢，溶氧濃度曲線拐點處的溶氧濃度值即為該微生物的臨界溶氧濃度。(3分)并非所有的好氧培養過程都需要控制溶氧濃度在臨界溶氧濃度以上，比如以丙酮酸為前體的苯丙氨酸、纈氨酸和亮氨酸的發酵生產就應控制溶氧濃度在臨界溶氧濃度以下。(4分)1帶圓盤的渦輪式攪拌與不帶圓盤的渦輪式攪拌器相比有什么優點/答，A賀盤可以使上升的氣泡受阻避免大的氣泡以軸部葉空隙中上升保證氣泡更好的分散Ｂ具有很大的循環輸送量的功率輸出Ｃ合用于各種流體的攪拌混合涉及粘性流體和非流動性。2空氣除菌的方法有A加熱滅菌B輻射滅菌Ｃ化學滅菌D靜電除塵,E介質過濾3溫度T對K的影響，A活化能越高K越低，熱死速率越慢，ＢＫ并不是唯一決定活化能的，尚不能肯定是活化能越低的孢子熱死速率一定比活化能高的快,C計算活化能，DK是活化能和溫度的函數，活化能越高，溫度的變化對Ｋ的影響越大,4固定化酶,和細胞在實際應用中的特點A容易實現連續培養B獲得產物純度高,Ｃ酶和細胞可反復用,Ｅ易實現自控，3、

固定化酶和固定化細胞使用期間活性下降的重要因素是什么？A:酶變性,細胞自消化（自溶）。（1分)Ｂ:固定化酶或細胞吸附了克制物。（1分)C：染菌。（1分）Ｄ：酶、細胞流失。(1分)E：載體崩解。（1分)6、提高發酵液中氧傳遞速率的重要途徑是什么?從提高Klａ的角度可采用:A：增長攪拌轉數N,以提高Pｇ。（1分)B：增大通氣量Q，以提高空截面氣速Vs。（1分)C:N和Q同時增長。（1分)從提高傳質推動力角度可采用：E：提高罐壓（１分）F：通入純氧(1分)生物反映器的設計和操作的限因素有那些，設計目的是什么目的是，力求設計出質量高，成本低,節能的，限因素有,KLa?KｄPa/v空氣流量vsvvm葉輪尖端線速度，混合時間,攪拌液流循環量Q,附加指標Q／H固定化酶和固定化細胞使用期間活性下降的重要因素是：１酶變性，細胞自消化２固定化酶或細胞吸附克制物,3染菌,４酶細胞流失5載體崩解／固定化酶或細胞在實際應用中的顯著特點：Ａ可連續穩定生B反映產物的純度高質量好C生成的副產物少D反就在的動力學常數，反映的最佳PH和反映溫度有也許會調Ｅ固定化酶和細胞在使用時可以再生或回收,可反復使用。F容易實行連續自動控制節約勞動力，能提高酶或細胞的生產能力。生物反映器高計和操作的限制因素有那些?A生物催化的濃度和比活力Ｂ反映器的傳質和傳熱能力,生物反映器的發展方向。A開發此活力高和選擇性高的生物催化劑將會點重要的位置，Ｂ改善生物反映器熱量和質量的傳遞方法C生物反映器正向大型化和自動化發展練習題:1、求青霉素連續發酵的穩定狀態下最大菌體生成速度(DX)maｘ及此時的稀釋率Dmax，菌體濃度Xmaｘ和基質濃度S。已知（菌體可用Mｏnod方程表達）S0=３０g/L,YX/S=0.45，μｍaｘ=0.18h-1，Kｓ=1.０g/L。可知,So,Yx/sUmKs屬莫諾方，所以生產強度最大時的稀釋率Dm=Um［1-（kｓ/Ｋs+Ｓｏ)2/1]=０.15X=Yx/s(Ｓo-Ｋs*D/Ｕm-D)=１1.2５由于X=Yx/ｓ(So-ｓ)所以S＝Sｏ-x／Yｘ/s=5ｇ/Ｌ例:某有機廢水ＢOD物質濃度為800(ｇ／m３)，規定解決后ＢOD下降9０％。a＝0.5kg／kg,b=０.3kｇ/kg.d。廢水解決量為８36０(m3／d),曝氣池有效容積為6000m3，曝氣池內懸浮物質濃度為30００mgMLＳS／L,求該曝氣池的耗氧濃度和曝氣池的體積溶氧系數kLa。曝氣池液體的飽和氧濃度c＊=7(mg/L），運營時實際維持的氧濃度cL為1(mｇ/L)解：耗氧濃度:V(dO2/dｔ)=a.Ｆ(S０－Sｅ)+b．V.X＝３5０kｇ/h在穩定狀態下，呼吸耗氧速度等于溶氧速度:kＬａ(c*－cL)=dO2/dt=350/Ｖ＝５8.3mｇ／L.ｈkLa=５8．３/(7－1)=9．67(1／ｈ)例:用葡萄糖為唯一碳源,在通風提供足夠溶解氧的情況下連續培養Aｚoｔoｂacteｒviｎelanｄｉｉ的結果并根據上面推導的關系求得該微生物的理論得率YG、維持常數m和不同情況下葡萄糖消耗對菌體生長的得率YX／Sν（mol/ｇ.h）(10-２):0.22,0．3１,0.35,0．４9,0.5０,0.5３,0.74μ（ｈ-1）:0．０6,0.0９８,０．121，0．20０,０.246，0.300,０．350解：以ν為縱坐標,以μ為橫坐標做直線,根據直線在縱坐標的截距和它的斜率的倒數分別為:ｍ=0.9×10－３mol/(g.ｈ)YＧ=54g/moｌYX/S=μYG/(m.YG+μ)g/moｌＹX/Ｓ:31.３,36.1,38．5，4３．1，45．1，46.5,47．4可以看出微生物生長比速愈大或碳源消耗比速愈大(這是由于碳源作為限制性基質，其濃度增長的結果)，YX/S與YG愈接近，可以推得ＹＧ是ＹX／S的極限。例：乙醇為基質,耗氧培養酵母，反映方程為:C2H5ＯH+aＯ2＋ｂNH3=ｃ(CＨ1.75N0.15Ｏ0.5)＋dCＯ2+eＨ2O呼吸商RＱ＝0.6。求各系數a、b、c、d、e解：C：2=c+dＨ：６＋3b=1.75ｃ+2eO:1+2a=0．５c+2d+eＮ:b＝0.１5已知RQ=０．6即d=0.6a聯立求解ａ=2.3９4b=0.085c=0.564d=１.436e=2.634反映式：Ｃ２H5ＯH＋2.3９