資料內容僅供您學習參考，如有不當或者侵權，請聯系改正或者刪除。第0章1.生物技術產品的生產過程主要由哪四個部分組成?答:(1)原材料的預處理;(2)生物催化劑的制備;(3)生化反應器及其反應條件的選擇和監控;(4)產物的分離純化。2.什么是生化反應工程,生化反應工程的研究的主要內容是什么?以生化反應動力學為基礎,運用傳遞過程原理及工程學原理與方法,進行生化反應過程的工程技術分析、開發以及生化反應器的設計、放大、操作控制等綜合邊緣學科。主要內容:生物反應動力學和生物反應器的設計,優化和放大。3.生物反應過程的主要特點是什么?1.采用生物催化劑,反應過程在常溫常壓下進行,可用DNA重組及原生質體融合技術制備和改造2.采用可再生資源3.設備簡單,能耗低4.專一性強,轉化率高,制備酶成本高,發酵過程成本低,應用廣,但反應機理復雜,較難控制,反應液雜質較多,給提取純化帶來困難。4.研究方法經驗模型法、半經驗模型法、數學模型法;多尺度關聯分析模型法(因次分析法)和計算流體力學研究法。5.在建立生物反應過程數學模型時,常按下述幾個步驟進行:(1)反應過程的適當簡化;(2)定量化研究;(3)過程分離原理;(4)數學模型的建立。第1章1.酶作為生物催化劑具有那些催化劑的共性和其獨特的催化特性?談談酶反應專一性的機制。催化共性:降低反應的活化能,加快生化反應的速率;反應前后狀態不變.催化特性:高效的催化活性;高度的專一性;酶反應需要輔因子的參與;酶的催化活性可被調控;酶易變性與失活。機制:鎖鑰學說;誘導契合學說2.什么叫抑制劑?某些物質,它們并不引起酶蛋白變性,但能與酶分子上的某些必須基團(主要是指活性中心上的一些基團)發生化學反應,因而引起酶活力下降,甚至喪失,致使酶反應速率降低,能引起這種抑制作用的物質稱為抑制劑。1.2簡單酶催化反應動力學(重點之重點)詳細介紹簡單酶催化反應模型、快速平衡法、擬穩態法以及酶動力學參數的求取方法(重點為L-B法和E-H法)。2．簡單的酶催化學說機理4．米氏方程,米氏方程的參數及其物理意義以及米氏方程參數的獲得的實驗方法６．雙倒數法和E-H法求米氏方程的參數詳細介紹競爭性抑制、非競爭性抑制、反競爭抑制動力學的共性和特性,與無抑制動力學的關系以及抑制程度與底物濃度關系上的差別。2.什么是抑制百分數?它的物理含義是什么?怎樣判斷反應的抑制類型?3.談談影響酶催化反應速率的因素5.會根據E-H或L-B法分析實驗結果求得米氏方程的兩個重要參數6.kd可稱為衰變常數。kd的倒數稱為時間常數td。t1/2稱為半衰期。第2章1.得率系數對底物的細胞得率系數:消耗1g基質生成細胞的克數稱為細胞得率或稱生長得率2.非結構模型和結構模型非結構模型:把細胞視為單組分,不考慮細胞內部結構,則環境變化對細胞組成的影響可忽略,在此基礎上建立的模型。結構模型:考慮細胞內部結構組成變化的基礎上建立的模型。3.細胞反應過程主要特征:細胞是反應過程的主體;本質是酶反應;細胞反應與酶催化有著明顯的不同:復雜反應,多種途徑,難以描述。4.呼吸商(RQ):在一定時間內放出的二氧化碳量和消耗的氧氣量(量為物質的量)之比。5.理想的模型建立一般要考慮的因素1.要明確建立模型的目的2.明確地給出建立模型的假定條件3.希望所含有的參數,能夠經過實驗逐個確定4.模型應盡可能簡單。詳細介紹底物消耗、產物生成與熱產生速度與細胞生長的關聯及模型。6.絕對速率和比速率 絕對速率:指單位時間,單位反應體積某一組分的變化量。比速率:指以單位濃度細胞(或單位質量)為基準而表示的各個組分的速率。7.Gaden根據產物生成速率與細胞生長速率之間的關系,將產物形成動力學分為那三種類型?并簡述之。(1)相關模型(2)部分相關模型(3)非相關模型8.無抑制的細胞生長動力學(減速期,指數期)9、習題2-2;2-5;2-8.第3章1.影響固定化酶動力學的因素有:空間效應(包括構象效應和位阻效應)、分配效應(包括親水效應、疏水效應和靜電效應)和擴散效應(包括外擴散效應和內擴散效應)。2.什么是丹克萊爾數(Da)、梯勒模數(φ)、Biot數.并簡述其對外、內擴散總反應速率的影響。3.影響固定化酶動力學的因素有:空間效應(包括構象效應和位阻效應)、分配效應(包括親水效應、疏水效應和靜電效應)和擴散效應(包括外擴散效應和內擴散效應)。詳細介紹外擴散產生的原因,外擴散對速度的影響,反應速度的求取,有效因子的定義、計算,Da的物理意義和對擴散的影響。4.內擴散對反應速率的限制效應梯勒模數對零級反應動力學5.固定化酶顆粒中,若以下變量增大,其它參數不變,試問總有效系數的變化,并解釋其理由。2.如何減少擴散對反應速率的影響?某酶固定在無微孔的膜狀載體上,已知該酶催化反應的本征參數為rmax=6×10-2mol/(l·s),Km=3×10-2mol/l該反應底物在液相主體中的濃度為1×10-2mol/l,在反應條件下,流體的傳質系數為4×10-1/s。試求:(1)底物在固定化酶外表面上的反應速率為多少?(2)該反應的外擴散有效因子為多少?3-3蔗糖酶催化下述反應C12H22O11+H2O—C6H12O6+C6H12O6蔗糖酶固定在直徑為1.6mm有微孔球形樹脂顆粒上,其密度為0.1μmol酶/g顆粒,蔗糖水溶液在樹脂中有效擴散系數為1.3×10-11m2/s,該反應在一籃式離心反應器內進行,外擴散限制影響可消除。蔗糖濃度為0.85kg/m3。反應的表觀速率為1.25×10-3kg/(s·m3樹脂),Km=3.5mg/m3。試求1)內擴散有效因子是多少?(2)本征一級反應速率常數為多少?第4章操作模型得到的主要結果1.BSTR:tr、VR的有關計算2.單級CSTR:D,Dopt,DC和CX,Cs,DCx以及的計算3.帶循環的CSTR:D,DC與R,的關系和CX,Cs的計算4.CSTR與CPFR的比較與組合(會根據作圖法得到最小反應時間)5.什么叫BSTR,CSTR,CPFR,請根據物料衡算寫出其操作模型方程,即反應時間與反應速率的關系方程。BSTR:間歇操作反應器(分批操作的攪拌槽式反應器CSTR:連續操作的攪拌槽式反應器CPFR:連續操作管式反應器FBC:恒速流加與指數流加的定義及主要特征恒速流加:以恒定的速率流加限制性底物的一種最簡單的流加操作方式。指數流加:使加料速率按指數規律增加,以使限制性底物濃度維持不變,故稱為指數流加。指數流加可使生長比速率恒定。變速流加以反饋流加為主。7.理想流動的反應器的模型方程全混流反應器平推流反應器定義稀釋率(空速)對單級CSTR,穩態條件下,應存在可得這是單級CSTR進行細胞反應的的主要操作特性(表示了恒化器的主要操作特性)對于符合Monod模型的簡單細胞反應,若以單位時間單位體積的細胞產量(細胞產率)PX為優化目標函數, 得當PX為最大時,相應的稀釋率稱為最佳稀釋率DOPt反應器中細胞濃度為稀釋度的極限值:當CS=CS0時當稀釋度達到極限值DC時,CSTR出口物料中細胞濃度為0,此時反應器處于”洗出”操作狀態(CS=CS0)。因此操作要控制D小于DC在一帶循環的CSTR中進行下述細胞培養過程已知cX0＝0,cS0＝3g/L,F＝1L/min,YX/S＝0.5,VR＝1L,Fr＝F/2,cXr＝4cXf。試求cX1、cS1、cXr、cXf。帶細胞培養過程8]細胞培養過程8]:在一循環的C已知cX0＝0,cS0＝3g/L,F＝STR中進行下述細胞培養過程已知cX0＝0,cS0＝3g/L,F＝1L/min,YX/S＝0.5,VR＝1L,Fr＝F/2,cXr＝4cXf。試求cX1、cS1、cXr、cXf。解:解:第5章1.溶氧法的優點是只需測定溶氧濃度CL隨時間變化曲線,非常方便地求出kLa.2.簡述影響(體積傳質系數)kLa的因素物系的性質(粘度,擴散系數,表面張力);操作條件(溫度,壓力,通氣量,攪拌轉數);反應器的結構(反應器的結構型式,攪拌器結構,攪拌方式)。3.寫出三種測定體積傳質系數的原理,并分析這三種方法的優缺點。亞硫酸氧化法,動態法,物料平衡法4.名詞解釋:OTR: 動態法測體積傳質系數某時刻停止通氣:OUR:氧氣的消耗速率,OUR=Qo2Cx。。。qo2為氧氣的比消耗速率,cx為細胞濃度臨界溶氧濃度:第6章1、停留時間分布的定量描述有兩種方法,分別是什么?并簡述其概念和特點。(1)停留時間分布密度E(t)定義:在同時進入系統的N個流體離子中,其中停留時間介于t和t+dt之間的流體粒子所占有的分率dN/N定義為E(t)dt,則E(t)稱為停留時間分布密度。(2)停留時間分布函數F(t)定義:流過系統的物料粒子中停留時間小于t(介于0到t)的物料粒子所占的分數2、停留時間分布的實驗測定方法是什么?它又能夠分為幾種方法?并簡述之。方法:示蹤應答法(脈沖法,階躍法和周期輸入法)脈沖法:在設備內流體流動達到穩定后,在一極短的時間內,在系統入口處向流進系統的流體加入一定量的示蹤劑,同時在出口處檢測流出物料中示蹤劑濃度隨時間的變化。階躍法:將系統中做穩態流動的流體切換為流量相同的含有示蹤劑的流體(升階法),或相反(降階法)。3、宏觀流體與微觀流體宏觀流體:微團尺度上完全不混微觀流體:物料系統反應過程和微團尺度上完全混合4、停留時間分布的統計特征值有那兩個?并簡述其特點。統計特征值:數學期望和方差理想流動模型有哪兩種類型?并分別簡述它們的停留時間分布的特點及方差上的異同點。對于平推流反應器,物料質點的停留時間相同,且等于整個物料的平均停留時間tm。平推流的停留時間分布函數如下:5.常見的非理想流動模型有那些?如何求得模型參數?槽列模型(多級CSTR串聯模型);軸向擴散模型;組合模型6.多級串聯模型參數N對于實際反應器,求取N的方法如下。1)實驗測定實際反應器的F(t)～t或E(t)～t;２)計算３)計算４)計算N:求出N后,即可按N級串聯全混流模型對實際反應器進行有關計算。6.4今有一發酵罐,內徑為2m,裝液高度為3m,安裝一六彎葉渦輪攪拌器,攪拌器直徑為0.7m,轉速為150r/min,設發酵液密度為1050kg/m,粘度為1N·s/m,試求攪拌器所需功率大小。若在發酵罐中通入空氣量為6m/min(操作狀態下),試求通氣時所需攪拌功率。第7章1.說明氣升式反應器的流體流動速度對傳遞過程的影響,流動速度與反應器的哪些結構變量的關系最大?2.動植物細胞培養生物反應器:動植物細胞培養的特點及方式1.動物細胞培養過程同微生物相比的缺點(1)必須用復雜且成本高的培養基來培養(2)生長速率慢,易被微生物污染。(3)代謝產物抑制(4)對機械沖擊的抵抗能力差。3.理想的模型建立一般要考慮哪些方面?(1)要明確建立模型的目的(2)明確地給出建立模型的假定條件(3)希望所含有的參數,能夠經過實驗逐個確定(4)模型應盡可能簡單。4．生物反應器放大的方法有哪些?答:理論方法:計算流體力學法半理論半經驗方法:基礎模型法因次分析法縮小-放大法以及機理分析(時間常數分析法)經驗放大法:P/VL,KLa等5.放大準則:反應器的幾何特征氧的體積傳遞系數kLa最大剪切力單位液體體積的功率輸入