悟空去搬砖
1.
以生物反力学基,利用化学工程方法研究生物反的一学。导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导
2.
研究
3.生化反特点导导导
导导 导导导 导导导导 导导导导导导导导导点:反条件温同一行多反改良菌提高量缺点:物度低,提取度大导导 导导导水中的COD和BOD导 导 导高前期准
易异,容易染菌导导导导导导导导
4.
本征力学:又微学,生化反所固有的速率没有物料等程因素影。导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导
反器力力学:宏学,在反器内所察到的反速率是率考。导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导
5.
导导导导导导导导导
半构模型:了解一定机理数
导导
第二章生反工程的生物学
1.因:出位,也
2.导导导制及基本位
密
第三章
1.反量学:反成及化程度的数量化研究导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导2.得率系数与持因数:导导
得率系数:胞生成量与基耗
导导导导导导导导导导导导导导
3.导导导导导导导导导
导导导导导胞成表达
元素衡算方
4.
当胞反是胞外的反,得率系数与量系数系如:导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导
5,呼吸商:二氧化碳生速率与氧气耗率之比导导导导导导导导导导导导导6.导导
第四章均相反力，教材 导导导导导导导导导P8-10,26-38,1,活力表达方法及催化特性导导导导导导导导
催化特性:有很导导导导导的一性导
氧化失活
2.了反速率方程的
零反:反速率与底度零次成正比导导导导导导导导导导导导导导导导导导一反:速率与底物一次方成正比导导导导导导导导导导导导导导导导导导反:反速率与度次方成正比导导导导导导导导导导导
导导导导导促反:
3.米方程快速平
4.米式方程推导
5.M-M方程与B-M方程比导
6.导导导导导导导
7.
8.影反速率的
底物度导导导度导导度PH导导温度激活抑制导9.导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导争性、非争性、和反争性抑制的念及力
导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导争性:抑制底物似物,合位点合阻碍底物一
非争性:抑制活位点以外合,不影响底物的合,最可成三合导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导
反争性:抑制与游合,与合物导导导导导导导导导导导导导导导导导导ES导导导导导合形成三合物10.导导导导导导导导导导导失活学模型
第五章固定与固定化胞，教材 导
1.固化、胞制方法
固定化胞:物化手段胞限制哎一定空保持活性并使用导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导2.固定化与游离导导导
3.导导导导导
固定化力导导导偶
4.
本征速率及本征力学代的真特,固定化化反速导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导率受和影响,所速率宏有效反速率和游离不同。导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导5.外散和内散程重要数意导导导导导导导
第六章酵机制 导
1.巴斯德效:母菌有氧条下酵酒精能力降低的象,是糖代降低。导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导2.酒精酵机制及醇油生条件导导导导导导导
3.酒精菌酵导导导导
少数假胞菌用葡糖导导导导导导导导导导ED途径酒精酵，酵母菌导导导导导导导导导导导EMP途径,4.乳酸酵机制及型导导
同型酵:只有乳酸一
异型
5.
在酵液中加硫,使中物乙生成不溶加成物导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导6.如何使檬酸大量累导导
导导导导足足量乙A草乙,酸活力弱,培基中提高导导导导导导导导导导导导导导导导导导导按离子度,缺乏离子和导导导导导导导导导ATP,持低导导PH和离子度,利于檬酸合成。导导导导导导导导导导
7.
控制酵境条件导导导导导控制胞膜导导透性控制旁路代导减低反物度导导导导导8.抗生素机制导
第七章型力学，教材 导
1.根微生物可以划分
好氧酵:黑霉檬酸酵,导导导导
导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导氧酵:乳酸杆菌的乳酸酵,状芽杆菌,丙醇酵酵母菌是兼性氧菌,氧酵累酒精,好性导导导导导导导导导导导导导导导导导繁殖菌体2.按基导导导导
固酵:导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导含有一定水分的固体培基,微生物生在面。
极小导导导导导导导导导
液酵:表和导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导深两,前者用托,后者酵罐,液体酵
原因:液体导导导导导导导导导导
导导导导导
导 导
3.导导导导导导导
4.
分批操作:导导导导导导导导
半分批操作:流加或导 导导导导导导导导导导导导导先料分批加一量底物酵,然后将限制性底物反分导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导批:分批操作束后,留来分料液做子,反行反导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导批:半分批束后,留分料液子,加入无菌培基反行导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导酵:加入底并取出物
最初用批法,达到一
5.
6.
7.
8.Mond方程与米式方程区导
9.掌罐双罐导
10.罐导导导导
第八章菌 导
1.消毒导导菌
导导导导导导导导导导导导导导菌:用物理方法或者学方法或者除去一切生命物的程消毒:用物理或者化学方法导导导导导导死病
两者区:菌能导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导死休芽或子,消毒只能死胞2.导导导导菌方法:湿菌干导导导菌火焰导导菌射导导菌化
菌导导导菌
3.导阻等概念:
导导导导导导导导导阻:
相阻:在相同加件下,不同微生物导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导致死之比4.导导导数留定
5.
阿累斯导导导导导导导导导导导导导导导导导导公式:描述速率常与温度,化能系当活化能越大速率常数K越小,反速率导导导导越慢当活化能越大,速率常数K导温度敏
原文已完。下文为附加的原为文～
副为为2016年
按照为排～我就今年分
一、强化为管～着力好为目建为。抓一方面～要力好抓为为目为度管理。每季度召为一次为为行分析、为目为度为～及为
为为～好为为为行为控管理和要
健康有序～为目建为利推。要取。争为为取为目为金争增为10%、为划为为为目150为、向上为80为以上、争取到位60为以上的目为～为为格落为任目为考核制～深为家、省市的为略意为和政为向～用足
策～主为为～取为多为为为上为大为子。争争要为度。赶按照3月上旬全面为～6月完成半以上为物工作量～份11月底为为完成年建为任为为要求～健全完善重点为目推为和督为考核机～落为重
析为告制度～为为43个千万元以上为目～为为改局为持每一为告～每月一分析～每季一为度～及为究解具为为～全力加快建
要为管理。为格为行为目建为基本程～切为落为好为、为为、为为、用、为、为工为可、竣工为收以划“四制”管理要求～主要为为同志为为目为量、为金行等情为全程为管～踪为效～保工程全、为金安全运况跟确、干安全。特为要强为的是～为目建成后要在3个月完成竣工算～内并按为定为为有为部为为收～为为为为及为整改。今后～建为为未为行决算为收的～在为金付为程中适为部为金～直至为为收～为
投为为模、更建为准和建为容的～超出部分的为金为位自解～内决情为为重的为要追究相为人为为任。一方面～要着力好分为目
为为施。面完成2015年地
为施2016年易地扶为为目～新集中安置点11为～为工建为移民住宅733为～年完成内70%工程量～为好村为公益事为建真“一事一为”为政为为为目～在50个村为施村基为为施建为目内50～面完成2015年固耕为林成果为目、世行为可持为为为为为目高为
为目各为任为。
二、为为提速提为～着力新型城为建为抓。投为10为元～为施城为基为为施为为目36～着力好四方面的工作,抓个一要准家政策国为向为。搞划为吃透新型城为化建为有为精神～做省市新型
为和城为为的为接～为为～为制
域城为系为。力好一为城为为为修为～完成体划抓体划4个中心村为貌为～划**为史文化名为为～划**为为为排水为为为为和部分为城大基为
施建为分为为～为家为为城和小城为支持为目打下为基。划争划二要强化工程为量为度建为。抓按照“新提速、老城提为、为为为、
为”的思～全力好抓**
建为、集中供为、路改造、为化亮化、市为施为修改造“网八大工程”20个为目建为～为推为各为前期工作～体确3月上旬所有为建工程、路建、城为化亮化和市政为施为修工全面为工～网区5月底前商品为、保障性住房和居民安置为工程全面为工～楼11月底前行政中心、多功能文化中心、法为判、公安局为为为用、水为理厂网确、路工程、为化亮化工全面竣工～集中供为工程保投用。特为是把城居搬安置作今年为城建为
国参土、建等相为部为要服
为必于5底前完成为为为为～为
城建为为步子。三要整合法
为点～理为城市理～整体合为法力量～为推为扎境为生、市容市貌、交通秩、市政为施管理。深入为展“三为为～六大整”为;即,范街、文明个体为、明工地为建和汽修汽配市为、市容为境、建筑市为、为外广清告理、城区校园周为为、为为市为整治,～下功夫解为为品收、区汽配为修、乱乱决堆放等突为为。下硬手为为建为为～为遏乱迁制修建、为修为建、为私利的为为。四要延伸城市公共服为村建为。抓4个抓国找重点为住家支持制为建为的政策机遇～准功能定位～为化为布局～为为目支持～全力为施好极争道路、为排水、集中供暖等基为为施配套为目23为～为步推为小城为提为为容。其他为为在为有基为上～以完善功、强化配为重点～加强小城为常管理～理控制城为建为为。为持面为合、以面为主、整村推为的思路～为先保障房最危为、为为最困为的群众前提～持为推为危房改造～年完成内危改2000为9万平方米～为一步改善群居件。特为是在条改为象确定为程～要为按照“一申二为三核四批”的程～为行三为为批～三榜
三、为持征管为～力好工作并抓。为定不移地好收支为度抓、为金取和为为管～保为收确税入为为新突破～为管水平为为新提高。要突出为增收加强为算为行。为为为格为行部为和为收考核制
征激税励断会税税机制～不健全社合治～为大源为。建立月为度、考核的为政工作机制和为政收期通为制度～避免工作上前松为、增幅大起大落～保收入均衡入为、平为增为～上年为“双为半”～全年破为元大为～到达**万元。各涉税极扣为为部为要为合展代征代为为～保各收确税税尽非收入为收收。要切保障好为为、教育、为为医生、社会障、保障性安工程、公共化等重点
制一般性支出“公为为”～为范会为为、差旅为和为管理～低行政成本。二要突出为金取为争狠抓源建为。为为住上为投为为向为为
为～年力取到位各为政为为为金内争争8为元以上～比上提高10%以上。加大政为工为、为副为品加工、牛果菜为主为为等支持力度～为立为为扶持基金～落为收为税帮惠政策～为先助申为目为金～培育新的为定为源。三是出革为新加强为政管理。为为金为工程一化极体平台建为～完善为集中支付改国凭革～逐步取消为为和据流为。加快部为子化算程～为金为工程部为为算模为。健全为公为机制。为为施为改增为点启决真。为为大政府为范为和为～为范政府采为为。加强
理为力度～为清防流失。推为为算为效理～加大为民生目和政府投为重大目的为政为管力度。加强政府性投目为为和为算。为一步加强政府性为管理～建立为为为为为警机。四要突出金融改革破解为金为。为为当前为力不足～为为展、为目建为等为金短缺的为为～各金融机要为构极探索～新金服为“三为”、助推为为和中小微企为为展机制～探索为展“三为”押～量身为作符合企为为为的融为和为为为融等信为模式～为极支持
四、为守耕地为为～着力抓国土为源管理工作。按照保为为、保为的要求～为格耕地保为～力推为为为集为用地～强化为法为为～保确为源管理科有序。学一全力保为耕地为。持加大基本为田保为力度～为控从确非为建为占用耕地～保耕地保为为不破。全面完成为村集土地“体为”为和为民宅基地为确确登为为为工作。取立为土地整争治为目1,2个～为金1000万元以上。全面完**不为定斜坡治理工程和**等7个为为14个6个土地治为目～整理土地1161.69公。各为要建为高为准土地为为整理抓范点1为～
有力保障为展用地。按“增量上努力取、存量上为为极活、利用上为为集为”的原～为为极活土地存量～为先保障重大为目、民生工程、基为为施用地～切保障为略性新为为为、为能为保、障住房建为等为域的为目建为用需求。为好土地为为为～完成土出为收益极抓运2000万元以上。三要着力保障为展为境。加大土国源法为察力度～着控制未用、即国批少占多等为法用地多为的为为～为为为为源为法案件～有效保障土地为为用秩序定～保我为确片为法为为“零通为、
五、为持为为兼为～着好为为等抓其他各为作。为为工作要按为为为督全覆盖的要求～以为政为算为行为为、为为干部为为为为、政府投为为目为为、民生为为为金为、政事为为位为为收支为为等为点～加大为为力度～为大为为覆盖面～深揭示突出为为～及为提出有为、有为为性的建为～强化为为为出为为的督促整改～有效为为正常的为秩序。为为工作要深入为为为度改～切为好为为行和搞运会社为展为为服为。加强为为为建为和为为巡为为管～推为为为力建为～提高为为为。法制工作为为府各为为范
和为止一批行文～切为为范为束行政行为。为政为为中心为为便民服为点网要为一步加强为范化行～加强人为管理～健全服
服为功能～推为为批服为事为理集中和上为理为批、为为、咨为～最大度为短为理为为～提高政为服为效率。物价工要为合运用多为为控段～不强化断价格为管和服为。全力取省为争价格为为基金为目支～在为城建为冷为配送中心1为。防减灾工作要为落为建为工程抗震为防要～为为程抗震
全为为基为建抓党
***为是大山为片特困地区片～地为为皖陲皖西南为～鄂为三省交界为～为控面为1357平方公里～为10为为、118个村、17个社区～人口63.5万～为党28033名～其中为村为党23087名～基为为党1217个～其中党委13个党、为支157个党、支部1047个。2014年～按照精准为的求全面为行建立～全为为为为困村档60个、为困为3.62万为12.74万人。2014—2015年共减为1.13万为4.56万人～到2015年底～全为困为及为人口至减2.47万为8.14万人。近年～来***为为把为脱攻为主为为～把强化为任落为、措施落为、服为小、考核落作为建党助推攻为的着力点～为推为村基为建为
一、主要做法
;,为持目引为～把为任落。中和省、市为脱会攻为后～为委、为政府明确提为将脱攻为作为“十三五”为期“大攻为为”之一～为全面建成小康扣会社目为～用3左右为为为为摘帽、村出列、为为。脱为为为一目为～为为为为包保扶为任。建立党了为、为为、村、四为为干部为系包保为任制～把为任在扛肩上。目～39名为为为为干部分为为系1-3个为困～全为7155名为干部党、为工共包保扶帮14124个为困为～其中为为为为干部每人扶帮6为～为为干部每人扶帮4～一干部、为工人帮2为～学校、院行管人为医和为、教医党生中的为每人扶帮1为～为望为位干部、为工每人扶帮1为～村为干部每人扶帮3为。2015年～各为村扶位帮共向为困村捐款90.54万元～安
强化为村为工作为建为～
;二,为持为为为向～把措施落。为为为村、为困为致为原因及存在的为为～为行为～为行分为施策～为为为“脉真五大”为展理念～面落为“五大”为为～点脱从个划五为方面推为。一是为施为为扶为。以为建全国壳木本油料重为契机～推为油茶、山核桃等特色为植为～全为为展划20万为～2015年已展4万为,有地促为村集为为
增收。如～为为为望为村大力展
为、村民入股等方～成立了油茶合作社金互助～截至2015年底已累为村为为提供互助为金1750多万～村集也此年增收60万元。按照“准扶为不为一个少数民族掉为”的要求～在全为唯一的少数民族村——漳青壳湖回民村为展牛、年为、薄山核等为为为～并依托“中国少数民族特村寨”品为展村旅游。二是为施为扶为。充分为为***服为为为为～装党党通为基为为为和为的为为搭为～先后吸为为困为力1200多人到申洲为为、童装为为基地就为。三是为施伏扶为。为行60个为困村光伏为站全覆盖～建成5000为为困为光伏为站～并通为为为为展为行融为推为光伏为目向非为困村延伸。四是为施商扶为。利用为商扶为点为平～依托为子商为共服为心、特为中国1号店?***为～为展为村为子为。五是为施为民为为合作为为为扶为。支建在为为为上～大力加强为民为为合作社党国——建～如全为为合作社示范社***为金穗为为为合社～在为为的党引为推为下～为土地2.6万为～为
;三,为持机制搞活～服为落。一是打为村为干部党助力为脱攻为“一公里”服为圈。全面推行打造为脱攻为“公里”服为圈为目为的为村为干部格化管理～保为困在“一公党里”范为有为有人、有困有人、有为有内帮救、为有人答、
与同为～通为为施格化理～一网些为困为的信为为得到了及为有化解～有力促为了基为社会为为定～***的信为为为工作也为入了市先行列。二是落为村为干助力为脱攻为各保障。在全为135个村;社,区全面成为范化村为便民服为中心的基为上～2016年为为政及为管为为投党将入4200多万元～用于提升村为保障水平。2016年～村主为干部的为酬待遇将达3.4万元～一般干部为酬待遇到3元～保确3000人以下的村基本为为为不运于5万元、3000-5000人的村不低于7万、5000人以上村低于9万元～为为施村为干部
覆盖。三是激为村干部助为脱攻内生为力。从2016年为始～每年为为10名秀村为为为～重点向为党脱攻为工作为为突出的为斜～为为为秀的～安排为入为为为班子～并比照副为为为工为平确定其
;四,为持为向为明～把考核准。突出精考核～制定为攻为考核为法～考核为干部将与使用为～挂充分为考核的为向作用。加强为和为直部为扶为工考核～为扶为为为突出的为先提拔使用～为未能完成年度扶为为为目为的为行“一票否党”～为其政主要为为同志不为先为为～3年不提内离拔、重用或为。强为行为为和定
核～为工作不为的为为干部为村工作为为及为为行整。为称弄虚搞作假“数字脱党为”的～为为为为。推行村为干部、通为、村民为为“千制”或“百分制”量化考核～推为为村基为为干部全面为党脱入为为主为为。各为持每年为展一次村为班“回为看”活为～为为抓攻为不力的为干部及为行
二、
目前～在建党促为攻为工作中～有少数为困村为为党旧为～缺乏为展意为～依为思想为重～在如何利用自身为为引为为增收
思考不多、为不为～部分村为年为党偏大、文程度偏低～缺乏为为致富、为为致富能力～不能有效为为为在为脱攻为中的先为模作用～少数村为干部在集为为为置、管理体使用民生工程为和政策性涉为上存在为为厚友、为虚冒为等为为为为为象。外～为存在下三方为为
1、为为村撤并力度大～基为为管理为为以有效盖。***为为、村撤力度大【由原的来21个为为359个村;社,撤区并至10个为135个村;社区,】～在有效精为机和人为的同为～构也为致基为为服为管党半为大～径其为射为为力受到制为～一些便民利民基本公共服为以为及为有
2、村为集为为体遍薄～村为为为民为事的为力不足。***作为大为山扶为为片区体为～村为集为为普遍薄弱～村为为为在为展公益为、改善基为为施建为方面内缺乏为金保障～往往是有余而力
3、为村基为为为为为困留守童儿为为不到位～易引起为困的代为为。部分为村基为为为、党会儿社为为及群为为为为留守童的为为好落没很为～为为困家庭特为其中的家庭的离异留守童儿为为到位～为致为守儿童往往存在心理缺、安全为患、为成为学坡等为为～极引起困的代
三、点意为建为 几
1、要为一步提为村干部的党富能力。建为为为基为为为～为一步下教体教育培为源～突出为代为为、集为为为展等方面的育培～不断提高为村基为为干部党众脱引为群致富的能
2、要为一加强村基为为为为范化行的制度建为。为为为攻为中容易为生腐为的为域～切为加强基为为为为范化行的制度机
为村基为干部扶为目建为和为金管理使用方面为为厚、以为私～保确每一分“造血为”、“救命为”都正真用到为困村为展和为人口
3、要为一步加大为为大村为为为的支力度。壮体建为在村为为展集为为的为目为、立为为体批、行指为、金励融支持、政策激等方面～出台一些更具为性的政策施～为并***为为为为村撤并力为大的为困为～在为和为目的排上为予为
4、要为一步为各为社儿为为为为为村留守童中的能为作用。探索为新为工作机制～着力引为各为社会儿为为、群为为为在为为村留童特为是为困家庭留守童儿担会中～切为起为有
生物反应工程原理
1
Definition of Bioreaction Engineering
。
“个别的学问 knowledge of individuation”，解决怎样做一件事情，技术会随着时代变迁而变。 具体的技术可以用述的方法来
研究般化方法的学，具有超越时代的持续性和普遍性，内容是
抽象的方除表现为数学的使用，更要的是掌握“工程思”（engineering sense)方法。 工程本质上是具有价值取向的主体作用于客体、主观维化为客观实体的一种标导向的活动和
）bioengineering/biotechnology ：
生物技术应用自然科学及工学的理，依靠生物催化（biological agents)的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技。 ——1982年国经济合作及发
高技术：世界所拥的先进技术构的一个强大的、活跃的技术群体，叫做高技术。高技术凝着人类早期的
造，代表
我国在实行的高技术：生技术、信息技术、新材料技术、新能源技术、洋技术、
基工程；酶工
化分离工程；
生物技术的特点
多学科、多技术的结合
多学科性:
生物催化剂:
建立工
生物术最后的目的是建立工
生物（
从应用的
进行如下分类：
工业生物技术
农业生物技术
医药生物技术
环境生物技术
生物现象
Bio-appearance
从自然现象说起：
最初原始性的
从我们每
由上
从现代化
由
如何从生物
从宏观看
以获得
物合成速
因素、操作条件等）
从微观看
转录与转
调控速率=（表达速率、酶活力、……等）
工程思维方法
Engineering sense method
Adaptability 生物适应性(或可行性）
Continuity 可持续性
Fixed quantity of process 过
Economy 经济性
Efficiency 效率
……
。特点：
1
2
3
1
2
三、生物
Objective of Bioreaction engineering
1、生化
广义概：自然界的生物现象千万化（如植物的生长、微生物的无处不在、酶促反应所起的键作用等），
导作的是生物催化反应，者说是生物的生长、繁殖、形成产物、某种物的减少或增
狭义概：生物反工程是指将实室的成果经放大而成为可供工业化生产的工艺过程，包括现工业化生产
转，或者
生物反
，即确保
产量 生物反
r＝f（pH、temp、S、P、DO……） i
（1）-
（2）生物
?原材料的
?生物
?生物反应
?产物
（3）生
?采用
?采用可
?反应器；
?产物提
生物反应的实质：
利生物催化
温条件下（常
对反过程进行定量的、动力学面的研究是各自所要探讨的最基本的问题。 2、生物反应过
Objective——Enhance Productivity
（1）提适宜的动力学率方，以描述微生物（或酶、动植物等）反应体系； （2）确定这些方程在设计方面的用途，规划实验室实验，决定动力学方所需的速率
（3）从生物反应器设计和操的角度，研究生物反应速率和与之相关影响因素之的定量与
1
Classification of Bioreaction Process
见P4表1-1生物反应过程的分类及其特征
?酶催化反应过程
采游离或固
?细胞反应过程
采用活细胞
微生物细胞
固定细胞反应过程和动、植物细胞反应过程——细胞工程； ?废水的生
利用生物本身的
特点：
（1）由细菌等菌类、生动物、微小后生动物等各种微生物构成的混合培
（2）几
（3）微生
（4）反应的目的是除有害物质而不是生成代谢产物和微生物细
?简介
按取能量的
按产物类型分——初级代谢产物发酵，次级代谢产物酵；食品发，有机酸发酵，氨基酸发酵，维生酵，抗生素发酵?? 按操作类型分——自然发酵，纯酵，混种发酵；分批发酵，半连续发酵，连续发酵；固态发酵，液态发 反应产物或服务的性质 2 按产物所属国民
1 2 3 ?生物反应器
生物应器是使
1）生物反应系中的流变学特性、氧的传与微生物吸、体积溶氧系数及关因、溶氧方程及溶氧速率调节； 2）酶反应器及计、机械搅拌式发酵罐及设计、气升式生化反应器设计、生物废水处理设备及动植物细胞培养用应器等； 3）分批、流加和连续式作，及动植物细胞培养
?生物反
1
2
3
4
3、生物
Method of Bioreaction engineering
1）通过物反应过程分析和生反应选型与设计，阐酶促应过程的动力学规律。 2）以本生物反应器为基础，通过例题，讨论进行生物反应器设计与分析的基原理方法。 3）生物反工程领域中新的
Method (or要注意的事项)
注重归纳各
注重基本理
注重从多
注重生物
Problem 本章复习题：
1、么是生物反应工程、化工程和生物技术？ 2、生化反应工程研的主要内
3、生化反
4、解生物反应程在生物技术的作用。 5、为什么说代谢工程是建立在生物反应工与分子生物学
6、何
7、简述
8、如理解加强“程思维能力”的重性。 9、为生命在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为今从事生
第一节 生
第二节
酶：生物体为其自身代活动而产生的生物催化剂，经典的酶学理认为酶
剂，具有
根据国生物化学联合（International Union of Biochemistry,IUB）国际酶学委员
Commission,EC）1961年提出的酶的分类与命名方案的规定，据酶进行催
6
oxido-reductase
transferase
hydrolase
lyase
isomerase
synthetase, ligase）
?根据酶
同功酶
酶作为
?降低
?酶可
?不改变反应的平衡常，只能加快反应达到平衡的速度； ?反前后酶本
酶的生
?酶有
?酶有
?酶有
催化效
1在定的条件下（25?，在具有最适底物浓度、最适缓冲液离子强
下，1min能催化1μmol底物转化为产物时所需要的酶量，称为一个
（2）1972年国际酶学委会推荐的新酶活力国际单位Katal，符号Kat，即，在
1s催化1mol底物转化的酶量。
71Kat=1mol/s=6×10IU
-91IU=1umol/min=16.67×10Kat
（3）酶的比活力:
3、酶的稳定性
因为的化学本质是蛋白，因而能使蛋白质变性的因素均导致酶失，酶的
可逆的。
酶反中，酶活力的丧失不可避免的，要作的是尽可能保留酶的活，使酶
低点。
1 2 3 4
物因素：
化
前
1.2.3.4. 4、酶的应用特点 酶以活力，而不是以纯和质量购销。 酶活力定：测定反应初始短时间内底物的消耗量或产物的生成量进行力（初速度）的测定。 酶的应用研究找出酶应用的适宜方案，建立反应率与相关因素的关联式，并通过关联式，寻求提高应用效的途径。 酶学研究的目的：探讨酶反应机制，阐酶与底物的
有不同的质量等级：工业用酶、食品用酶、医药用酶。酶的实际应用中应注意，没有必要用比工艺条件所需度更高的
工上，为保证促反应高效率完成，常需要使用高浓度的酶制剂和底物，且反应要持续较长时间，反应系多为非均相体，有时反
有机溶剂中进行。
1
速率（rate）：指变化快慢程度，包含反应速率和传
反应率（reaction rate）：单位时间、单位反应体积生成
传质率（transfer rate）：单位面积上单位时间的
速
2、何为准数和
3、工程
2
微环境（观环境）：固定酶粒附近的环境。 观环境：主体溶液体系称宏观环境。 分配效应：由于固定化酶的亲水性、疏水性及电作用等引起固定化载体内部底
浓与溶液主
Da无疑是一个
因此，当Da《 1时，酶催化最大反应速率要大大慢于酶催化底的扩散速
应过程
酶是一不稳定的质，常因温度、pH等因素的影响而产生不可逆的活性下降。一般是胞外酶较为定，而胞内酶
中容易活。酶在存和参与反应均可能失活，前者的失活又称为稳定性。在使用时酶的失规律对于酶催
计和控都是十分要的。其中酶热失活，或称为热变性是最重要的一种酶失活形式，下面要讨论此种失
一、未反
-1 kd[]kd
tc et eo t1/2 kd tc t1/2
二、反应
微生物作
1、能分泌
2、容易
3、微
4、代谢
1、生化
2、原料
3、于生产复杂的高子化合物和光学活性物质； 4、菌体本身也
5、备不变，可通过改良菌
1、基质不
2、物获得受菌体外因素影响，难控制； 3、原料价格
4、准备工
5、废
第一节 微生物反应过程
计量学和能量衡算
一、微生
二、微生
三、微生
一、微物反应过程计学 + HO 22碳源 + 氮源 + 氧 = 细胞 + 有机产物 + CO对各素做元素平衡，
C： 1 = c + d + f
H： m +3b = xc + ud + 2e
O： n + 2a = yc + vd + e + 2f
N： b = zc + wd
方程4-1中有a、b、c、d、e、f六个未知数，需六个方程才
respiratory quotient, RQ
补：对有
还原度：一化合物的还原度该组分每一克碳原子的有电子当量数，用γ表示。某些关元素的还原度是：C=4，H=1，N= -3，O= -2。在一合中任何元素的还原等于该元素的化
由
123
得率数是对碳源等物生成细胞或其他产物的潜力进行定量评价的重要
cell yield Ygrowth yield1g X/S
/g/gg/mol 。
某一间的细胞得率称微分细胞得率（或瞬间细胞得率），其定义
当基质为碳源，无论是好氧培养还是厌氧培养，源的一部被同化（assimilate or anabolism）为细胞的组成成，余部分被异化（dissimilate or catabolism）分解为CO和2代谢产物。如从碳源菌体的化作用看，与碳元素相的细胞得率Y可由下式
三、微生
微生物应体系动力学述以群体（population）来表示。微生物群体变化过程分为： 生长：微生物群吸收营养产生新质或合成菌
繁殖：群
维持：群
死：微生
溶胞：细胞溶解。
能动性：单
形态变化：
物理群体变化：包括物依附在固体表面或其他生物体上，并随其运动
生物运动：
, 由力场（
, 细
, 其他因素引起。从观上讲，微生物反应是上述几种过程的综表现，
物耗基质，
, 生物生长速率是体生物量的生产速率，不是群体生物量变化
, 菌体量
, 层培养中，微生物体的生长速率以单位容积计，单位是单位积、单
的菌体量。
的定式为 , 面生长的群体，生长速率以单位表面
平衡生长
式中：X——微生物细胞的浓度；
μ——微生物的比生长速率；
μ与
二、生
根据Tsuchiya理论，
1、定论的非结构模型，是一种理想状况，不考虑细胞内部结构，个细胞
细胞群
2、确定论结构模型，每个细胞之无差，细胞内部有多个分存。 3、概率论的非结构模型，不考细胞内部结构，每个细胞之间有差别。 4、概率论的结构模型，细胞内部结构差别，每个胞之间也有差别。 结构模型与非
非结模型：不考虑细内部结构的不同，即理想状态下建立的动力
结构型：当微生物细胞部所含有的蛋白质、脂肪、碳水化合物、酸、维
随环条件的变化而变化，建立的动力学模型。 理想的微生物生模型应
1、明确
2、明确给出
3、模型所
4、模
Monod方程
目，常使用确
Monod方程
, Monod
Monod
,
,
, ,
, 初始底浓度过高而造细胞生长过快时，Monod方程不完全符合微生物的长规律，可
三、基
以菌得率为媒
基质的消耗速率（specific substrate consumption rate）γ——基质的消耗率除菌体
1
2
3
氮源、无机盐类、维生素为基质时，这些物质只能组成细胞的构成分，不
Y
近似一定，4-40式成立。 X/S
碳
Y是无维持
方两边同除
氧是生物细胞的成分之，也可看作为一种基质，氧消耗速率与细生长速率
c——
π——产物比生成速率，表达胞在S?P的转化过程中的转化活性。 细胞长与产物生
1、相关型——产物生成与细胞生长呈相关过程；
2、部相关型——产物生成与细胞长仅有间接的关系； 3、非相关型——产物生成与细胞生
第二节
基质次性加入反应器，在适宜条件下接种微生物，反应完成后将全部物
特点：
1、原
2、生物所处
主要点是反应器辅助操时间长。 一、分批培养中微生物生长曲 二、
微生培养过程是基质在生物的作用下转变为产物（或菌体）的过。由生
环境过程组成。
分批培养
基
V——培养液体积
α’——培养液取出率
β’——滤液取出率、
培养液加入
流
流加操作
一、无反
基质流加按
1、定量流加操作
基的流加速度
2、指数流加操作
基质的加采用随时呈指数性变化的式，维持微生物菌体对数生长的操作。以满足μ等于定值为基流加基质，即[S]=常
二、有反
根据控制方式：
根据流
CSTRContinuous stirred tank reactor CPFRContinuous plug flow tulular reactor
恒
恒
营
1
在单CSTR培养统中，流入液仅为微生物生长的限制性
D
稳状态下，微
VFμ
cri external control method
D
当微物的生长速度低培养液的流加速度时，培养基中微生物将全部
（wash out）。
（2）具
将应排出液
具有馈的单级或多培养中，稳定状态下的稀释率都高于比生
（3）
多级续培养系
限制性质由n-1号反应器流入n号反应器中立即与n号反应器内的反应物料充分混合均， 二、恒浊
恒浊法操作是在μ远
为保连续稳定操作，X保持一定，对F进行反馈控制，即F
三、固定化
四、连续培
, 植物细胞培养技术：将动植物组织、器官在适当的培养基上进离体培
, 织：指由结构和能相似的细胞和细胞间质组成，具有一定形态和生
集体。
, 官：指机体
, 织与器官培养：人工条件下，使它们得以继续生存或发展的一种培
生反应器是
进行物反应器设
变规律：包括
变化速：包括生反应动力学（促反应动力学和发酵动力学等）和传质（包括反应液的流变特性等）与传
第一节
补充：
流变特——流体混时的流动特性。酵液在反应器内的流变特性将影响其混合的程度、传质、传热率。 发酵是多相体
细菌、酵母菌的发酵液，一般粘度较低，流动性好，热量和质量传递
一、 流体流变学特性 在多种抗素、有酸等发酵产品生产，于发酵液中有大量菌丝体或菌球的存在，使发酵液粘度大为增加，并呈现非牛顿 流动特性。这些流体流动性差，易使混不充，传和传质产生困难，因此必须予以充分
, 酵液的流变学特
特性。
, 给定的流体在外剪切力的作用下，一定产生相应的剪切速率γ（即
切变，单位为Pa），两者之间的关系为流体在给定温度和压力下的
式（7-1）称
有多经验方程来描述非牛型流体的流变特性，其中最简单的形式是指
K——稠密度
n——流变
n=1
τ/γ。 补充：流变模型
流变型——反映流体流动性的模型。流体的流动特性——以剪应力与度梯度的
第二节
, 据Weisz的观:西勒准数为1，且无任何扩散限制时，胞和其他
化反应以
, 基
, 氧（二氧化碳）传递
发酵过中，有的生物以菌丝团（或絮状物）的形式生长繁殖，基质需通过扩散进入菌团内，基质的
步进行。当菌丝内的基质浓度于主体发酵液中的，且反应速度与基质浓度呈正比时，产的生成速度和
都将于悬浮液单一细胞的相应度。为克服发酵过程中的扩散限制，可通过减小丝团尺寸的
1-2-生物反应过中常有大量CO溶在发酵液中，气液两相中的CO以不同形式（CO、HCO、HCO、CO）进行转变，
致反应
, 双液相生物
, 氧体（Oxygen vector）——一类具有很高溶解氧能力的有机物，也是一种善氧传递速度
,
, 发酵热（fermentation heat）
一、氧
在细反应过程中，大都用深层培养的方法大量生产细胞及有用的
胞反，常常需要不断地培养基中供氧，以满足细胞生长代谢的需。特别
产的细胞应器，则需要入无压缩空气并同时行搅拌的方式，以满足供氧需要。 对于需氧的细胞反应，氧气首先要从气相通过散进入液相，进而又过在液相中
入细胞内部进行呼反应。图7-2给了氧从气泡传递到细胞内部的示意图。 从图7-2可以看出，氧在递过程中有下述项传递阻
?氧气相主体扩
?过气-液界
?通气泡外侧的滞
?相主体中的
?通细胞或细胞团外的滞液膜，到达细胞团与液体界面的阻力——细胞
?过液体与
； 7?进入细胞内部传质阻力1/k（包括氧传递到细胞呼吸酶处的阻
其中，?～?项属供氧面的力；?～?项为氧方面的阻力。当单个细胞游离状态?细胞团内在细胞与细胞之间的介质中的扩散阻1/k悬浮于液体中时?项阻力消
若总阻
稳态，各阶段氧传递速率N一定，则： 式中：?c，?c，…，?c为各阶的溶解氧浓
停滞模
1、气液两个流体相间在界面，界面两旁具有两层稳定的薄膜，气膜和
稳定的膜在任何流动力学条件下，均滞流状态； 2、在气液界面上，两相的浓度总是相互平衡（空气中的浓度和溶解在体中的氧
处于平状态），即面上不存在氧传阻力； 3、在两膜以外的气液两相的主流中，由于流体充分流，氧的浓度基本
是无何传质阻力，因此，氧由气相主体到液相主体所遇到的阻力仅在于两层
下图示了氧在三相过程的浓度(Co)分布，并表示各步骤的传系数和膜
从上可以看出，影响氧传质系数的参数有气-液相界面上的气膜质系数k
系数K，及固-液界面的液传质系数k和在相内部的传质速率。 L1L2氧在克服上述阻力进行传递的过程中，其总推力就是气相与细胞内分压之差。
动力消于从气相到细胞的各项串联的传递阻。 图7-3 气界面附近氧分压与浓度的变化 对于氧的传递速率，以液相浓度为基准可下式：
k——
k——
c——气
c——反
*c——与
H——亨利常数；
K——以液
氧是难
式中：
3Na——单位体积反应液中的传质速率，mol/(m.s); ka——体
二、细
, 养物质通过细胞膜的传递式有： 一种溶解物从浓度c一边转送到浓度c边时，有以
自由能
式中：
R和T——
主
被
促进递是借助载体分子成的，被传递的化合物在膜外与载体分子合后，
一边，在细胞内将载体分释放出。促进传递的特征之一是其传递速与酶促
方程类似。
2+2+或Co 载体传递有很大的选性和针性。 以铜（或钴）子催化剂， NaSO的氧化反应式为： 第节 体积传质系数的测定及其影响因素 23将测得的反应液中残留的NaSO度与取时间图，由NaSO消
dc/dt，再求出ka Na2SO3L
此方需多次取样，有人出只需分析出口气体中氧的含量，省去滴
式给出：
2、动态法
2、动态法
根据培液中溶解氧浓变化，可求出QX，见图7-4。 O2当液体的溶解氧浓度下降到一定程度时（不低于临界解氧浓度），再复通气，
溶解浓度将逐渐升，最后恢复到原先的水平。由（3-44）
3、稳态法
稳定状态
4、葡萄糖氧化法
式中：
t——
c’——NaOH浓度；
V’——滴定样品量；
ka值
二、影
1、操作变量
高流鼓泡式反
D——
ρ——
γ——
K——系数；
V——反
P——功率消耗；
气泡直径和所处流体动力学性影响k，所以要讨论实际发酵系统中气泡大
鼓泡式反
式中：
d——
ρ——
σ——
g——
a的小取决于所设计的气分布器（如通气口直径）、空气流动速、反应
泡的直径等
由于 是单位液体体积与所对应气泡体积之比，也是气后液柱的
气时柱高度之比，即气体滞流量H，所以 0式中，n是直径为d气泡的数
随泡直径的增
义的a和与d相关的kL的积，能够给出反应器的kLa的估算值，其误
低雷诺数件下，气泡的运服从Stokes定律，此时， 当反应器中气泡的大呈高斯分布，且k气液间比表面积与气泡直径的三次方成反，基于此，采用强烈拌操作，就是
d，从
d与气量Q、液体性质等关。通气量小时，空气通过小孔在液体中成不连续
此时，气的大小可利用离分器的气泡所受的平力来确定。 当气泡的上力 等于小孔与气泡件的界张力 时，有：
d——分
ρ和ρ——
机械搅拌
数群 有关。
式中：P/V为单位积的液体所消耗的通气条件下的搅拌功
气体截留
式中，w
单个气的直径d＞6mm时，气泡在水中的
在搅情况下，气泡在单液体高度（未通气时的液柱高度）的停留间可用
归纳以上结
式中：
N——
K——有因次的系数，其搅拌器型式、反应器的形状而变化； αβγ——
α=0.4,β=0.5,γ=0.5 时，上式称为Richard公式
随反应器尺
反应
5 0.95 0.67
500 0.6-0.7 0.67
50000 0.4-0.5 0.50
（2）温度与压力
温影响氧的
温度高时，发酵液黏度液体表面张力降低，氧在液相中的扩散系增加，
氧速率。
Oconner的研究明，常温下利用活性污泥法处理废水时，提高温
a值。 L
嗜热脂肪芽孢杆菌培养过程中，有相似结果，温度由45?提高
20%。
发酵压力和液柱高度影氧溶解速率。通用式发酵罐中，通气量恒时，溶
的增而增加，同
2、发
发酵中的有机物，有些作为基质加入的，有些是代谢产物。有些质，如蛋
加入到发液中后会降低ka值。
明0显大。其原因是于气泡直径的减小发酵液中酸（氨基酸和乳酸等）的产生抑制气泡聚的程度随投入动力的增而增加，有时达
合作用。发酵液加入表面活性剂时，H显著减小，直到达到来水的水平。 0以玉米碳源的酵液与自来水相比，尤其在气体空塔速度大于4cm/min时，前者的H发酵工业中，单气泡直径在5～20mm范围增大时，稀发酵液中单气泡的上升速度w值B将由20加到30cm/min，但发酵呈非牛顿型时，w将会明
气泡均大小的变化依赖液体成分、气体的空塔速度和液体状态、否湍流
和乙醇到反应液，会相应减少泡的大小。增加细胞浓度有相同影响。 表7-5 黏度与气泡上
黏度/Pa.s 气泡直径dB/mm
w=30cm/min w=3cm/min BB
0.001 0.13 0.25
0.1 0.75 0.25
10 5.0 1.5
图7-5给出了单位液体积功率消耗对体积传质系数的影响，当反应器的
1kW/m3时，机搅拌罐的流体流特性已相似于鼓泡罐的流体流动特性。 图7-5 单位液体体功率消耗对体积质系数的
3、反应
通用发酵罐的搅拌器组和搅拌器之间的最适距离对溶氧有一定影。实验
组数和间在很大程度上要据酵液的特性来确定。一般说，当高径比为2.5时，用多组搅拌器可提高溶氧系数10%，当高径比为4时，采用较大空气流速和大功率时，
器可提高
当搅拌器间距不恰当时，液体流型和空气分布将生变化，引起体积溶氧系下降。 带有搅拌装置的反应器都应安装适当的档板或垂直冷却管兼当档板，否则，搅
体形中心下降的旋涡。板可使液体形成轴向运动，减少回旋运动，不让大
涡外逸，而提高气液的合效果，改善氧的传递件。一般的反应器安装4档板。 当空气流量和单位体积功耗不变时，通气效率高径比增大而增大。验表明，当
高径比
a可增加40%左右；由2增到3时，ka增加20%左右； LL流搅拌式生物反应器，采用非黏性液的发酵物系，可用下式获得ka值： L式中：b和m分别为经验常数；ka的
般为0.78～1，b一般为0.24～1.45。b值受喷嘴形状影响，当喷嘴单孔式改
b增大3倍；其次受流体性质影响。
当气搅拌式反应器的直径大
应内流体流速
鼓泡反应器中
依据上，有人提了适用于牛顿流体，也适用于非牛顿型流体的ka关联式： L第节 发酵系
一般为，发酵系统中氧气相到液相的总传质系数近似等于液膜传系数。
液充混合时，主体溶液氧的浓度呈恒定状态。但由于发酵液多为牛顿型
到完全混，液相中常出浓度梯度，此时，8氧传递阻力中有些不能忽。 当细胞呈游离态，而非菌团存在时，因细胞直径，且细胞呼吸酶在胞膜上，细
处位置膜间距离接近，故细胞内氧传递力可忽略不计。 发酵中菌丝团的大小以保证团内不出现无氧区域为宜，取决于氧的消耗率、氧的扩
及主体
a的影响 L
当氧传递速率大于氧的耗速率时，菌体的耗氧速率成为限制性因。氧的
图7-6 细胞浓和菌丝团浓度对k发酵液中溶解样的双曲线函数。只要溶解氧浓度高于其临界值（通常为溶解氧
微生细胞的呼吸就不抑制，氧的消耗速率就不依赖溶解氧浓度，为
一、氧
几微大小的微生物单细可在几十微米厚的气液界膜内占有一定空。数学
反应系看成均相反系统，以双膜模型依据进行讨论。 边界条件为y=0时，DO*=DO，y=δ时，DO=DO，解
上式给出了
发酵溶解氧的浓度取决氧的传递速度和氧的利用速度。当反应器气液两
且无深影响时，对分批酵操作，氧的衡算式为： 在稳定状态下，溶
*
QXka所控制。 O2L*批培养中，ka由（Q）X/（DO-DO）给
三、菌丝团（菌丝体）中氧的传递模型
假如菌丝呈球形（半径=R），丝体密度为ρx（从里到外密度相同）。菌丝内物质传递仅由分子扩散引起，菌丝体的耗氧速率与氧浓的关系适用米氏方程，么，在稳定
基本方程式：
第五节
二、单
ka的大小是评价通风应器的重要指标，但不是惟一的指标。一性能良好
应具较高的kLa值，同时溶解1mol氧所消耗的能量（Np）
三、溶
提高氧传
1、提高氧
2、提
提高传递速率的同
End
Thanks!
生物反应工程原理
生物反应工程原理
编辑
《21世纪高等院教材:生物反应工程原理》从酶促反动力学、微物反应动力、微生物反应器的作、物细胞培养动力学、生物反应器中的传质过程和生物反应等个方面，系统地介绍了生物反应工程的基本理论、基本规律、传递因素对生物应过程的影响及生物反应器设计和操作的基本原理方法，并对物反程领域的一些新进展进行了要介绍。书中还有大量的例
目录
1图书信息1
2内容简介
3图书信息2
4内容简介
5目录
图书信息1编辑
丛 书 名:版 次:2
生物反应工程原理
装 :平装开 本:16开所属分类:图书 > 科技 > 一般
内容简介编辑
《21世高等院校教材:生反应程原理》既可作为等院校生物工程、生物技术、制工程、发酵工程、食品工程、环境工程等专业的教材，也可供从生产、科研和设计等有关面的工作人员
图书信息2编辑
[1]书
书号:9787302245483
作者:曹竹
定价:49.8元
出版日期:2011-7-12
出版社:清华大学出版社
内容简介编辑
本套教材的目标是让大学生不仅仅会进行计算机的基本作，而且要计算机的原理和进一步的应用定较的基础，在后继课程的学习和将来的工作中能较长期地受。这套教材中，我们集中概括了当代大学生所必须了解的信息科学与信息技的基本理论，必须掌握的微电子技术、计算机技术、数据通信、多媒体和网络技术的基础知识，及必须提高的计机操作和应的基本技
目录编辑
第1章 绪论
1.1 生物反应程是生物技术业化的桥梁 1.2 生物反应工程的主要研究内容 1.2.1 生
1.2.2 生物反应器及相关技术
1.2.3 生物反应过程的放大
1.3
1.3.1 从微观角度示细胞内反应过程规律 1.3.2 在基础生物研究中发挥重要作用 1.3.3 揭示重组微生物与、植物细胞等新型催剂的生物过
第2章 酶反应动力学
2.1 酶的基本特征
2.1.1 酶的作用现为可降低反应活化能 2.1.2 中间复
2.1.3 酶催化反应特性
2.1.4 酶活力
2.1.5 酶作用高效率的机制
2.2
2.2.1 简单的酶反应动力学
2.2.2 多底物酶反应动力学
2.2.3 有抑剂的酶反应动学 2.2.4 激活剂对酶促反应速度的影响 2.2.5 固定化
2.3 固定化酶的性质
2.3.1 酶的固定化方法
2.3.2 固定化对酶性质的影响
2.3.3 影响固定酶促反应的主要因素 2.3.4 酶固定化的
2.3.5 固定酶促反应过程分析 2.4 酶的失
2.4.1 未应时的热失活力学 2.4.2 反应时酶的热失活动力学 2.4.3 失活动
2.5
2.5.1 非水相酶的特点
2.5.2 酶非水相催化的几种型 2.5.3 有机介对性质的影响 2.5.4 有机介质催化反应的优点 2.5.5 有机介质中酶催化反应的条件及其控制 2.5.6 非水介质中酶催反应在有机合成
2.6 辅助因子工程
2.6.1 酶的辅助因子及其作用
2.6.2 辅助
第3章 微生物
3.1.1 黑箱模型
3.1.2 元素平衡方程
3.2 生物反应的呼吸商还原度 3.3 微生物反的得率系数 3.3.1 微生反应的菌体得率 3.3.2 微生物反应的代谢产物得率 3.4 微物反应的质量衡算 3.4.1 碳
3.4.2 碳元素衡算
3.4.3 氧衡算
3.5 微物反应的能量代谢与量 3.5.1 生物学与力学基础 3.5.2 微生物反热的计量 3.5.3 以总有效能量为基准的菌体得率 第4章 代谢络及分析、设计基础 4.1 代谢途径与
4.1.1 代谢径及调控原理 4.1.2 代谢网
4.2 代谢通量分析
4.2.1 代谢通分析的基本理论 4.2.2 定系统的
4.2.3 超定系统的代谢通量 ……
第5章
第6章生物反应
第8章
第9重组微生物
生物反应工程原理
第一章 生物工程导论
1.生
以生反应动力学为基础，利化学工程方法研究生物反应过程的一门学科。 2.生化反应
研究生物反
3.生化反应特点
优点:反条件温和 设简单 同一设备行多反应 通过改良菌种提高产 缺点:产物浓度低，提取难度大 废水中的COD和BOD较高 期准备工作量大 种易变异，容易
4.生
本征动力:又称微观动力学，生化应所固有的速率没物料传递等工程因素影响。 应器动力力学:宏观动力学，在反应器内所观察到的反应速率是速考虑。 5.生化程研究中的数
结构模型:
半结构模型:了解一定机理结合实验数据
经验模型:对实验数据的一种关联
第章 生
1.因次:导出单位，也称量纲。
2.红
密度 比
第章 微生
1.反应计量学:对反应物组成及转化程度的数量化研究
2.得率
得系数:
维因数:单位
3.细胞组
细组成表达
元素
4.得率
当细反应是细胞外物的简单反应时，得率系数与计量系数关
5(呼吸商:二
6.实例计算
第四 均相酶反
1(酶活
催化性:酶具有很强的专性 较高的催化效率 反应条件温和 易
2.了解
零反应:反
一反应:反
二级反应:
连锁酶促反应:
3.米式方
4.米式方程推导
5.M-M方程与B-M方程比较
6.酶反应
7.动力
8.影响
底物浓度 酶度 产物浓度 PH值 度激活 抑制剂 9.竞性、竞争性、和反竞争性抑制的概念及动力学表式 竞争性:抑制剂为底物类似物，酶结合位点结合阻碍底物一般可逆 非竞争性:抑制剂酶活性点以结合，不影响底物结合，最终可形成三复合
反竞性:抑制不与游离酶结，但与复合物ES结合形成三联复合物 10.酶活动力学模
第五 固定化酶与
1.固定化
固定细胞:物理化学手段细胞限制哎一定空间保持活性并连续使用 2.固定化酶与
3.评价
固定化酶
4.固
本征速及本征动学代表酶的真实性;固定化酶催化反应速率受扩散和传质影响;所测速率是宏有效反应速率
5.外扩散
第六章 发酵机制
1.巴德效应:母菌在有氧条下发酵酒精能力降低的现象，实质是糖代谢降低。 2.酒发酵机制及杂
3.酒精细菌发酵
少数单胞菌利用葡萄糖经过ED途径进入酒精发酵(酵母菌为EMP途径) 4.乳酸发酵
同型发酵:只有乳酸一种产物
异型发
5.甘油发酵机制
在发液中加入
6.如何
满足足量酰辅酶A和草酰酸，乌头酸酶活力要，培养基中提高按根离子浓，缺乏锰离子和ATP，维持低PH和亚铁离子浓度，有于柠檬酸合成。 7.基酸发酵代
控制酵环境条件 控制细膜渗透性 控制旁路代谢 减低反馈物质浓度 8.抗生
第章 发酵
1.根据微
好发酵:黑
厌氧发:乳酸杆的乳酸发酵，状芽孢杆菌，丙酮丁醇发酵 酵母菌是兼性厌氧菌，厌氧发积累酒精，好
2.按
固态发:含有定水分的固体
液态酵:表层和深层种，前者用托盘，后者为发酵罐，深层液体发
原因:液体悬浮是
点:便于输送，易于自动化 容易
缺点:动力成本高 设备复杂 投资大
3.为什么
4.发
分操作:间
半分批操作:加或补料分批 先加一定量物发酵，后将限制性底物连续加 反分批:分批操作结束后，留下来部分料液做种子，反复进行 反复半批:半分批结束后，留部分料液种子，入无菌培养基反复进行 连续发酵:连加入底并连续出产物整个反应出于定状态，最初用分批过滤，
一定程度连续
5.分批、流加、连续发酵特点
6.微
7.细胞
8.Mond方程与米式方程区别
9.掌握
10.多罐
第八章 灭菌
1.消毒灭菌
灭菌:用物理方或者化学方法死或者除去一切生命物质的过程 消毒:用物理或化学方法杀
两者区:灭菌能杀休眠芽孢或孢子;毒只能杀死营养细胞 2.灭菌方法:湿热灭菌 干热灭菌 火焰菌 射线灭菌 学药剂灭
滤灭菌
3.热阻等概念:
热:微生物
相对阻:在相同加热件下，不同微生物致死时间之比 4.对数残留定
5.高
阿累龙斯公式:描速率常数与温度，化能关系 当活化能越大速率常数K越小，反应速率越慢 当活化能大，速率常数K温度敏感
生物反应工程原理
生物反应工程原理
生物
生物
生物应工程是一门研究生物反应过程带有共性的工程技术问的学科。是以生物学、化学、工程学、计算机与息技术等多学科为础的交叉
生反应过程与化学
1)反
2)反应
3)反应
共性
1)
2)
生物反
?原材料
?生
?生物反
?产物
生物反
1、
生反应动力学主要究生物反应速率和影响反应速率的各种因素。 基
1)酶反应动力学的点、均相和多相系统酶促反应动力学及酶的失活
2)微生物反应过程质量与能量衡算、发酵动力学和微生物的培养操
3)影响动植物细反应的因素、动植物细胞反应及反应
2、生物反应器
生反应器是使
1)物反应体中的流变学特、氧的传递与微生物呼吸、体积溶氧系数及相关因素、溶氧方程及溶
2)反应器及计、机械搅拌式酵罐及设计、气升式生化反应器设计、生物废水处理设备及植物细胞培
3)分批、流加
3、生
1)探讨
2)从概
3)要
4)确立评
酶的分类与命名
酶:是生物体为其自身谢活动而产生的生物催化剂，经典的酶学论认为
化剂，具
转移酶(transferase);
水解酶(hydrolase);
裂合酶(lyase);
异构酶(isomerase);
酶的功能
酶作
?降
?酶
?能改变反应
?反应
酶的
?酶有
?酶
一酶仅能作用于一种质或一类结构相似的物质进行某一种反应，这种特
一性或选择性。
(1)绝对专一性;
(2)相对专一性;
(3)反应专一性(reaction specificity);
(4)底物专一性(substrate specificity);
(5)立体专一性(stereo specificity);
(6)官能团专一性(functional group specificity);
(7)序列专一性;
?酶有
酶化反应的温度一在生理温度25,37?范围，近中性pH
催化
(1)酶活力:在特定的件下(25?，在具有最适底物浓度、最适冲液离子
下，1min能催化1μmol底物转化为产物时所需要的酶量，称为一个
(2)1972年国际酶学员会推荐的新酶活力国际单位Katal，符
下，1s催
1Kat=1mol/s=6×107IU
1IU=1umol/min=16.67×10-9Kat
(3)酶的比活力:指每1kg酶所具有的Kat数，即Kat/kg。
酶另一个重要特点是们常需要辅因子的共同作用，辅因子是非白化合
性白结合
辅因子有三类:
(1)
(2)辅酶;
(3)辅底物;
酶以活力，而不是以纯度和质量购销。
酶力测定:通过测定初短时间内底物的消耗量或产物的生成量进行酶
固定化(固相酶或水不酶):是通过物理或化学法使溶液酶转变为在一定的空内运动受到完全或局部约束的一种不溶于水，但仍具有活性酶。能以固相状态作用底物进行催化
主要优点:
反应后
固定化酶
实现生
固定
1)
2)稳定性增强
3)最
4)
速(rate):指变化快慢程度，包含反应速率和传
反速率(reaction rate):单位时间、单位反应积生成
传速率(transfer rate):单位面积上单位时间的
影响固
(1) 空间效应
构象应:在固定化过中，由于存在着酶和体的相互作用从而引起的活性部位发生某种扭曲变形，改变了酶活性部位的维结构，减弱了酶与物的结合
位效应:载体
(2) 分配效应:当固定酶处反应体系的主体溶液时，反应体系成为固液非均相体。由于固定化酶的亲水性、疏水性及静电作用等引起固定化酶载体部物或产物浓度与溶主体浓度不同的
(3) 扩散效应:固定酶底物进行催化反应，底物必须从主体溶液传到固定化酶内部的催化活性中心处，反应得到的产物又必须酶催化活性中心传递
子扩散
影响
一反应——酶促反
二级反应——酶催化A+B?C的反应
k,1k,2 ? Henri中间复物学说 S,E [ES] E,P k,1? Michaelis-Menten
KS的单位和CS的单位同，当rP=1/2 rP,max 时，
rP,max =k+2CE0。表示当全部酶都呈复合物状态时的反
k+2又叫酶的转换。表示单位时间内个酶分子所能催化底物发生反应的分子数，因次，它表示酶催化反应能的大小，不同的反应其值不
rP,max正比于酶的初始浓度
CE0。
? Briggs-Haldane方程
其中
当k+2《k-1时，Km=Ks，即生成产物的速率大大慢于酶底复合物解
动力
A、Lineweaker-Burk法(L-B法)
以1/rs对1/CS作图得一线，斜率为Km/rmax，直线与纵轴交于1/rmax，与横轴交
。此法
B、Hanes-Woolf法(H-W法)
以CS/rS对CS作图，得一线，斜率为1/rmax，直线与纵轴交点为Km/rmax，与横轴交
C、
Eadie-Hofstee法(E-H法)
以rS对rS/CS作图，得直线，斜率为-Km，与纵轴交点为rmax，与横
D、积分法
操作参数
1、pH值的影响
2、温度的影响
3、抑制
?竞
CE0 CE,C[ES],C[EI]
或
以1/rSI对1/CS作图，得到一直线，该直线的斜率为KmI /rmax，
与横轴交
?非
CE0 CE,C[ES],C[EI],C[SEI]
根据L-B作图法，可整理为
或
据实验数
?反
或
I,max根
mIm
根据L-B作图法，可改写为:
微生物反
源,氮源,
CHmOn,aO2,bNH3 cCHxOyNz,dCHuOvNw,eH2O,fCO2
式中CHmOn
为源的元素组成，CHxOyNz是细胞的元素组成，CHuOvNw为物的元素组
n、u、v、w、x、y、z分别代表与一碳原子相对应的氢、氧、氮
对各元素
C:1 c,d,f H:m,3b xc,ud,2e
O:n,2a yc,vd,e,2f N:b zc,wd
K’ K
O2的消耗速率与CO2的成速率可用来定义好氧培养中微生物生物代谢机能重要指标
CO2生
得率数是对碳源物质生成细胞或其产物的潜力进行定量评价的重要参数。消耗1g基质生成细胞的克数为细胞得率或称生
生
元素相关
X细胞生产
基质消
式Xc和Sc分别为单位质细胞和单位质量基质中所含碳源素量。Yc值一般小
YXSMS X Y [g,cellmol,ATP]
ATP ATPYATPS
YATP为相对于基质的ATP生成得率(mol ATP/mol基质)，Ms为基
,
分批式操作
是基质一次加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入，反应完成后将全部应物料取出
反复分批式操作
是指批操作完后，不全部取反应物料，剩余部分重新加入一定量的基质，再按照
半分批式操作
又流加操作，是指先将一定
转化率: Da准数: 外扩散效率因子: 菌体
产生成比速: 菌体
三、判
1、竞争性抑制并
2、Da准数是决定固定化外扩散效率的唯一准数，Da准数越大，外扩散效
3、流加培养
4、单罐连续
5、续培养生物X过程中，污染了杂菌Y，若μX>μY，则杂菌Y不能在
四、
图1为微生物长动力学1/μ~1/S曲线，指出曲线?、?中哪条代表竞争性抑，哪条代表
图2为产物的Lueduking and Piret模型，指出曲线?、?、?代表
图1
图2
曲线?: 曲线?: 曲线?:
曲线?:
曲线?:
图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率Dcrit和最大生强度下的稀
图4为微生物生
图3 图4
五、简
1、莫诺
2、影响固
3(举例
4(CSTR、PFR表什么含义,比较CSTR型和PFR型酶反应
六、
1(以萄糖为限制性基，在释率D = 0.08 (1/h)条件下，
0.314C6H12O6+0.75O2+0.19NH3 CH1.82N0.19O0.47 +0.90CO2 +1.18H2O
2(以葡糖为唯一碳源，在通风条下连续养Azotobacter vinelandii，从实验数据中求维持常数m=0.9 10-3mol/g.h，菌体得率常数YG=54g/mol。求氧维持数mo及氧对菌体
3、某种酶以离酶形式进行酶促反应时所得力学参数Km=0.06mol/L和rm=10mol/(L.min)。该酶在某种载体颗粒面定化后进行同一酶促反应，所得动力学参数Km?=0.10mol/L和rm?=8mol/(L.min)。求底浓度1mol/L时，该固定
4、推导底物
5初始浓度0.1mol/m3麦芽糖在酶作用下水生成葡萄糖，底物流量F=0.002m3/s，转化率 =80%，反应符合氏程，rm=4.0×10-3mol/(m3.s)，Km=1.0mol/m3。求(1)采用PFR型反应器
6、流加培青霉菌中，为确保比生长速率μ=0.2h-1，按照指数式流葡萄糖。菌体的生长可以用Monod方程表达，μm=0.30h-1，Ks=0.1kg/m3。流加开始时培液体积V0=0.006m3，菌体浓度X0=0.2kg/m3，菌体得率YX/S=0.3kg/kg。求
加养至20h时反
转化: S,SoutrS0,St
routdX 菌体得率:YX/S ro,dS外扩
产物
三、判断题(8分) dXdP 菌体得率常数:YG (,dS)GXdt
1、竞争性抑制并
2、Da准数是决定固定化外扩散效率的唯一准数，Da准数越大，外扩
3、流加培养
4、单罐连续
5、续培养微物X过程中，染了杂菌Y，若μX>μY，则杂菌Y不能在
四、
图1为微生物长动力学1/μ~1/S曲线，指出曲线?、?中哪条代表竞争性抑，哪条代表
图2为产物的Lueduking and Piret模型，指出曲线?、?、?代表
图1
图2
曲线?:部分生长偶联型
曲?:无抑制 曲线?:
曲线?:非生长偶联型
图3
为续培养的数
和最大生
图4 图3
五、简
1、莫诺
莫诺方
KS,S 米氏方程:r
经验方程
方程
μ:生长比速(h)-1理论推导的机理方程 方程中各
-1r:反应速率(mol/L.h) rmax:最大反应速率(mol/L.h)
S:底
Km:米氏常数(mol/L) μmax:最大生长比速(h) S: 单一限制性底物浓度(mol/L) KS:半饱和常
适于单一限制性底物、不存在抑制的情况 适用于单底物酶促反不存在
2、影响固
(1) 分子构象的改。酶固定化过程中，酶和载体的相互作用引起酶
调节中心的
(2) 位阻效应。指由于载体的遮蔽作用，使酶与底物无
(3) 微扰效应。是由于载体的亲水性、疏水性及介电常数等，使固
微环境发
(4) 分配效应。由于载体内外物质分配不等，影响酶促反
(5) 扩散效应。底、产物及其他效应物受传递速度限制，当酶的催
时，在固定化酶周围形成度梯度，造成微环境与宏观环境之间底物、物的浓度
3(举
由于连培养存在杂菌污染题、种变异问题、成本题，使其在生产中的应用受到限，目前主要用于面包酵母的生产、及污水处理。连续培养在科研域有重要的应用，主要现在以下几个
(1) 利用恒化器定微生物反应动力学参数。例如μm、Ks
(2) 确定最佳培条件。例如面包酵母生产中最佳葡萄糖浓度
(3)
4(CSTR、PFR表什么含义,比较CSTR型和PFR型酶反应
CSTR代表连续混流酶反应器。PFR代表连续活塞式酶
CSTR型
1)达到相同转化 时，PFR型酶反应器所需停留时
2)在同的停留时间达到相转化时，CSTR型反应所需酶量要大大高于PFR型反应。因此一般来说，CSTR型反应器的效果比PFR型差，但是，将多CSTR型反应器串联时，可克服这种不利
3)与CSTR型酶反应相比，PFR型酶反应器中底物浓度较高，产物浓度
发生底抑制时，PFR型酶反应转化率的降低要比CSTR型剧烈得多;而产物抑制对CSTR型酶反应器
六、
1(以萄糖为限制性基，在释率D = 0.08 (1/h)条件下，
0.314C6H12O6+0.75O2+0.19NH3 CH1.82N0.19O0.47 +0.90CO2 +1.18H2O
YX/S X12,1.82,0.19 14,0.47 16 0.42, S0.314 (6 12,12,6 16)
2(以葡糖为唯一碳源，在通风条下连续养Azotobacter vinelandii，从实验数据中求维持常数m=0.9 10-3mol/g.h，菌体得率常数YG=54g/mol。求氧维持数mo及氧对菌体
解:m0=mA=0.9 10-3 6=5.4 10-3(mol/g.h)
1A6 ,B ,0.042 6.9 10,2 YGOYG54
YGO 14.5( g/mol)
3、某种酶以离酶形式进行酶促反应时所得力学参数Km=0.06mol/L和rm=10mol/(L.min)。该酶在某种载体颗粒面定化后进行同一酶促反应，所得动力学参数Km?=0.10mol/L和rm?=8mol/(L.min)。求底浓度1mol/L时，该固定
Srm8 1
rK ,S out m 0.77rom
Km,S0.06,1
4、推导底物
机理式:
采用
CECS KSCES
CESCS KSS CESS
CE,CES,CESS CEO rmCS解此方程组，得 r 2K,C,CKSSSSS
5初始浓度0.1mol/m3麦芽糖在酶作用下水生成葡萄糖，底物流量F=0.002m3/s，转化率 =80%，反应符合氏程，rm=4.0×10-3mol/(m3.s)，Km=1.0mol/m3。求(1)采用PFR型反应器
VSin ,Kmln(1, ) rm rmF
V F[S ,Kln(1, )] 0.002 [0.1 0.8,1.0 ln(1,0.8)] 0.84(m3)inm,3r4.0 10m
(2) 采
VS ,K (1, ) r rinmmm F F0.0023 V [S ,K (1, )] [0.1 0.8,1.0 0.(1,0.8)] 2.0(m)inm
,3rm4.0 10 r k2CEO
6、流加培养青霉菌中，确保比生长速率μ=0.2h-1，按照指数流加葡萄
长可以Monod方程表达，μm=0.30h-1，Ks=0.1kg/m3。流加开始时培
菌体浓为X0=0.2kg/m3，菌体得率YX/S=0.3kg/kg。求流加培至20h时
度和养液体积，
解:对于指数流加，
培养
KSD0.1 0.2S 0.2(kg/m3) m,D0.3,0.2
V V0eDt 0.006 e0.2 20 0.32(m3)
F DV0eDt 0.2 0.006 e0.2 20 0.064(m3/h)
流加开始时:
F0 DV0 0.2 0.006 0.0012(m3/h)
一、名
流加式操作:
能量
返混:
搅拌器轴功率:
固定化酶:
、请列出下
停留时间:
呼吸商:
稀释率:
Da准数:
转化率:
三、
1、单罐连续
2、流加培养
3、单罐连续
4、Da准数是决定固定化外扩散效率的唯一参数，Da准数越大，外扩散效
5(酶经固定化
四、图
图1酶促反应1/r~1/S曲线，指出曲?、?中哪条代表竞争抑制，哪条代表无抑制情况。图2为流体的流变学曲，试说出每条曲线所表的流体
图1 图2
图3 图4
五、简
1、莫诺
2、CSTR、PFR表什么含义,比较CSTR型和PFR型酶反应
3、何谓恒
4、影响kLa
5、如何
六、
1、乙醇为基质，风培养酵母，呼吸商RQ=0.6。反应
C2H5OH+aO2+bNH3 c(CH1。75N0。15O0。5)+dCO2+ eH2O
2、推导非
3(某生物的生长可用Monod程来描述，并且 m=0.5/h，KS=2g/L。续培养中，流加基质浓度So=48g/L，YX/S=0.45g/g，稳定状态下，菌体最大生产强度为
4、一定的培养件下培养大肠杆，测得实验数据如下表所示。求该条件下,大肠杆菌的最大比生速率μm和半
S(mg/L)
μ(h-1) 6 13 33 40 64 102 122 153 170 221 210 0.06 0.12 0.24 0.31 0.43 0.53 0.60 0.66 0.69
0.70 0.73
5(以葡萄糖为一碳源，在通风条件下连续培养Azotobacter vinelandii，从实据中求出碳源维持常数m=0.9 10-3mol/g.h，碳源对菌体的理论得率YG=54g/mol，氧的维持常数mo=5.4 10-3mol/g.h，氧对菌体的理论得率YGO=14.5g/mol。计算与能量衡算相应的
生物反
四、名
加式操作:
2、流加培养
3、单罐连续
4、Da准数是决定固定化酶扩散效率的唯一参数，Da准数越大，外扩散效
5(酶经固定化
四、
图1酶促反应1/r~1/S曲线，指出曲?、?中哪条代表竞争抑制，哪条代表无抑制情况。图2为流体的流变学曲，试说出每条曲线所表的流体
图1 图2
图3连续培养的数学模，请在图中标出临界稀释率Dcrit和大生产强
Dm。图4为微生
图3 图4
Scrit如图所示。
质
五、简
1、莫诺
答:莫诺方程与米氏
KS,S 米氏方程:r
经验方程
方程
μ:生长比速(h)-1理论推导的机理方程 方程中各
-1r:反应速率(mol/L.h) rmax:最大反应速率(mol/L.h)
S:底
Km:米氏常数(mol/L) μmax:最大生长比速(h) S: 单一限制性底物浓度(mol/L) KS:半饱和常
适于单一限制性底物、不存在抑制的情况 适用于单底物酶促反不存在
2、CSTR、PFR表什么含义,比较CSTR型和PFR型酶反应
答:CSTR代连续全混流酶应器。PFR代表连续活塞式酶反应器。 CSTR型和PFR型酶反应器
1)达到相同转化 时，PFR型酶反应器所需停留时
2)在同的停留时间达到相转化时，CSTR型反应所需酶量要大大高于PFR型反应。因此一般来说，CSTR型反应器的效果比PFR型差，但是，将多CSTR型反应器串联时，可克服这种不利
3)与CSTR型酶反应器相，PFR型酶反应器中底物度较高，而产物浓度较低，因此，生底物抑制时，PFR型酶反应器转化率的降低要比CSTR型剧烈得;产物抑制对CSTR酶反应器影响更
3、何谓恒
答:恒化器、恒浊器指是两种控制方法。恒化器是通过控制流量达到相应
恒浊器则通过监测菌体密度反馈节流量。前者通过量泵、溢流管来保证恒定的流;后者通过光电池监测细胞密度，以反馈调节流量来保证细胞密的定。恒化器便于控，其应用更为
4、影响kLa的因素有哪些，如何提高kLa或Nv,
答:影
?设备参数
?操作参
?发酵
提高kLa或Nv的措施有:
? 提高转速N，以提高Pg，从而提高kLa。
? 增大通风量Q。当Q不大时，增大Q可明显提高kLa;但
大时，继续提高Q，将降低Pg，其综效果不会明显提高kLa，甚至可能降低，因此有些调节措施是将提转速N和增大通风Q二者结
? 为了提高NV，了提高kLa之外，提高C*也是可行的方法
入氧或在可行
? 丝状菌的生长导
高转和通气量可能致菌丝体的机械破和液泛。在此情况下可复地放出一部分发酵液，补充新鲜灭菌的等体积养基，这样可使kLa大幅度
? 向发酵液
5、如何
答:流加培养的控制方法反馈控制和无反馈控制，前者又包括直接反馈制和间接
流加养优化是指控适当的稀释率或菌生长比速，是生产强度得率尽可能最大。大量的菌体时产生产物的前提，因此在菌体生长阶，应控制
生长比，使菌体量快速增。进产物生成阶段后，控制较低的菌体生长比速，以少基质的消耗，并保证“壮龄”细胞在细胞群体中占绝大多数。行加培养优化时，还考虑以下边界
1)最大比生长
2)临界比生长速率 crit，应满足D crit，保证“壮龄”细胞在胞群体中
3)发
4)细
六、
1、乙醇为基质，风培养酵母，呼吸商RQ=0.6。反应
C2H5OH+aO2+bNH3 c(CH1。75N0。15O0。5)+dCO2+ eH2O
解:根
C: 2 = c + d (1)
H: 6+3b=1.75c+2e (2)
O: 1+2a=0.5c+2d+e (3)
N: b=0.15c (4)
已
以上5
a=2.394
b=0.085
c=0.564
d=1.436
e=2.634
因此反应式为:
C2H5OH+2.394O2+0.085NH3 0.564(CH1。75N0。15O0。5)+1.436CO2+
2.634H2O
菌
2、推导非
3(某微生物的生长可用Monod方程来描述，并且 m=0.5/h，KS=2g/L。
加基浓度So=48g/L，YX/S=0.45g/g，在稳定状态下，菌体最大生产
解:Dm= m[1-KS1/2/(KS+S0)1/2]=0.4(1/h)
(DX)m=DmYX/S(S0-S)= DmYX/S[S0-KSDm/( m-Dm)]=7.2(g/L.h) 因此在稳定
菌体的最大
4、在一定的培养条件培养大肠杆菌，测得实验数据如下表所示。求该条件
的最比生长速率μm半饱和常数KS。 解:计算S/μ，列入
S(mg/L) μ(h-1)
6
13
33 0.24
40
64
102 0.53
122 0.60
153 0.66
170 0.69
221 0.70
210 0.73
0.06 0.12 0.31 0.43
S/μ(mg.h/L) 100 108.3 137.5 129 148.8 192.5 203.3 231.8 246.4 315.7 287.7
绘制
S/μ(mg.h/L)
S
~S曲线。
350300250200150100
5000
100
200
300
S(mg/L)
由中可知:直
m
1
1.08(h,1),KS C m 102mg/L 0.102g/L
K
5(葡萄糖为唯一碳源，在通风条连续养Azotobacter vinelandii，从实验数据中求出碳维持常数m=0.9 10-3mol/g.h，碳源对体的理论得率YG=54g/mol，氧
SYYG0GO (, H* 19.9 0.045(g/kJ) 0)444 考方式:闭卷 《生物反工程》A试
一(名词解(每题3分,共30分) 1. 固定酶的位阻效应 答:是体的遮作用(如载体的空隙大小、固定化位置或方法)给酶的活性中心或调节中心造成空间障碍，使底物和效应无法与酶接触等引起的。 2. 单细微生物世代时 答:细胞两次分裂间的时间。 3. 物需氧
答:一般有机物可被生物所分解，微生物分解水中有机物需消耗氧，
溶解氧的总
4. YATP
答:消耗1摩尔ATP所获得的干菌体克数，g/mol.
5. 微
答:考虑细胞结构，个细胞之间无差别，即认为细胞为单一成分。
态下建立
6. 恒浊法
答:指预先规定细胞度，通过基质流量控制以适应细胞的既定浓度
7. kLa
答:体
8. 牛顿型流体
9. 答:剪切力与变率比值为定值或剪切力与速度梯度成正比时称为
体。
10.临界溶氧浓度
;指不影
11.非均衡生长
12.答:随着细胞量的增加，菌体组成
(? )
2. 稳态学说中所谓稳态是指中间复合物ES的生成速率与分解速率
3. 分配效应是由固定化载体与底物或效应物之间的的亲水性、疏水
作引起微环境和宏环境之间物质的不等分配，改变了酶反应系统
衡，从而影响反应速
4.固定化酶的表观率是假定底物和产物在酶的微环境和宏观环境之
是限迅速，也就是在没有
5. 在酶促反应中，
6. 固定化酶的分配系数Kp,1,表示定化酶固液界面外侧的底物浓度于 (× ) 9. 按产物生成速率与细胞成速率之间的关系，次代谢物的生成属于相模型。 (× ) 10. 在生物反应器分批操作中，与其它操作方式相比，易发生杂菌污染。(×) 11. 流加操作的优点之一是可任意控制应器中基质浓度。 (? ) 12. 连续操作一般适用于大量产品生产的场合。 ( ? ) 13. 在连续培养中，一般由于[Sin],,K?μs，所以根据Monod方程可以认为Dcri14. max。 (? ) 在连培养中，如一种菌进入反应器，它的比生速率小于培养所使用菌的比生
(? ) 15. 动物细胞的方式悬浮培养和贴壁培养两种方式。 (? ) 三(推证题(每题得证即得分) 5分，共20分)(只要每步推导确，最后1. 利用稳态法立竞争性抑制力学方程。设酶促反应机制为: 试推导其速率方程为 推导:r rp,MAX[S]p 又因:(Kd[S]d[Sm, k[E][S],(k,k)[ES]，(2分);] 0， [[ES])(1,0] [E]K,)I[ES],dt[EI],,[1EIS],(0.5分),1;, 2dtk[E][I][ES][I]I [EI] ,(0.5分); k [E][S]，(0.5分);kk,k2sm ,1，(0.5分);把
(0.5分); [ES]1 rrp,MAX[S]p (0.5)。 (Km,[S])(1,K) 基质的比消耗速率( 2. 试推导代谢产物
YP/Xμ=Xdt/d[S] Yd[S]P/X Xdt -YP/Sγ 3. 试推导在生物恒化器法
当达到稳时，细胞的比生长率等稀释率，即F μ=D 其中稀释率D=，F为养液流入与流出速率，L/h;VL。 V为反应器内培养液的积，推导:对微生物菌进行物料平衡
V dX V X,FX，(2分);方程两边同除以V得:dX X,FX ，
分);dt dtVV(1
所以dXdX
dt X,DX。达态时dt 0，所以有 X,DX=0
4. 在微生物应器的分批操作，设静止期菌体浓度为Xst，死亡速率常数为Kd，推导留菌体浓度与
解:在考虑微物生长的同时，也有一部分细胞死，此时Monod方程 [S]dX max[S]改写为: maxdX-Kd,(2分); 即 X,KdX。在衰退期，由于底 ks,[S] ,KdX。dtks,[S]物已全部耗尽，因此，(1分);当,,,时，,,,(1
四(计算
1.在酒酵母的生长实验中，消耗0.2kg糖，得到0.0746kg酵母细胞，释放出氧化碳0.121kg，并消耗了氧气0.0672kg，求酵母细胞
[S] 0.2kg; 0.373kg/kg(2.5分), X 0.0746kg, YX 0.1211000 44S [S]
,,,分)。 0.2 1.3(2.50.0672 1000 32 2.葡糖为碳源进行酿酒母培养，呼吸商1.04，氨为氮源。消耗100mol萄糖和48mol氨生成菌体48mol、二氧化碳312mol和水432mol。氧的耗量和酵母菌体的化学组成。 解:据题意写出如下反应方程式: aO2,100C6H12O6,48NH3 48CwHXOyNz,312CO2,432H2O(2分); 元平衡:,:100 6 48W,312(0.5
,:2a,100 6 48y,312 2,432(0.5分); 312 ,:48 1 48z，(0.5分); 又因
,,,,,;,,,; ,,,,; ,,, 所以酵母的化学组成为:C6H10O3N(0.5分) 3. 一种细菌续(恒化器)培养获得如下
μ(=D) (h-1)0.0800.200.250.260.27[S](g/l)0.050.31.02.03.0 μ为比生长速率，[S]为限性物浓度，若反应适用Monod方程，求μmax和Ks。 K11111,s ，解: 把,,,,,方程变形为: (2分);以坐标， max max[S][S] 为纵坐标，作
1在纵标截距为,.,,，横坐标相交于,,.,,，所以Ks 。 0.14g/L(3分)7.33。 (说明:由于本题于作图求解，故所求据稍有不同
