复 习 题 选择题（每小题2分，共16分） 1．一简单酶催化反应，若初始酶浓度CE0=0.01mmol/L, 酶催化最大反应速率是0.197mmol/L.h,则产物生成速率常数是多少？ ( A ) A 19.7h-1 B 9.5h-1 C 2.7h-1 D 18.2h-1 2．有一均相酶反应，当底物的初始浓度CE0=1χ10-5mmol/L，若反应进行一段时间后，此时的底物浓度为0.9χ10-5mmol/L,则底物转化率为多少？ ( D ) A.20% B.12% C.15% D. 10% 3．某酶的Km值为2.0χ10-5mol/L，如果rmax值为4.0χ10-5mol/(L.min)，在底物浓度为1χ10-4mol/L和在竞争性抑制剂浓度为2χ10-4mol/L情况下，假定KI为2χ10-4mol/L，其反应速率为多少？（ 2.86×10的-5次方） A．2.0χ10-5mol/(L.min) B．1.43χ10-5mol/(L.min) C．1.43χ10-4mol/(L.min) D．2.0χ10-4mol/(L.min) 4．一简单酶催化反应的反应速率为6.0χ10-5m ol/(L.min)，当有抑制剂时的反应速率变为1.5χ10-5m ol/(L.min)，问其抑制程度有多大？（0.75 ） A．2.0 B．0.2 C．0.25 D．0.5 5.某酶催化的反应速率为1.5χ10-5mol/(L.min)，当此酶固定于无微孔的球形载体上进行同类反应时，反应速率变为1.2χ10-5mol/(L.min)，该固定化酶的扩散有效因子是多少？（A ） A 0.8 B 1.0 C 0.75 D 0.5 6．固定于无微孔的球形载体上的酶促反应,假定其外扩散传质速率为1.0χ10-6m ol/(L.min),则在定态条件下的反应速率为（ B） A．2.0χ10-5mol/(L.min) B．1.0χ10-6mol/(L.min) C．2.0χ10-6mol/(L.min) D．1.2χ10-6mol/(L.min) 7．某微生物反应的动力学方程为 ，则KS为（ B） A 1.2 B 2 C 1.8 D 2.5 8. 在甘露醇中培养大肠杆菌,当甘露醇溶液以1.5L/min的流量进入体积为5L的CSTR中进行反应时,稀释率为（D ）. A．0.4min-1 B．1.4min-1 C．5min-1 D．0.3min-1 填空题（每小题2分，共20分） 1、假定CSTR中进行等温均相反应，反应器有效体积恒定不变，其基本设计方程为流入速率=流出速率+反应消耗速率+累积量，则对底物S的物料衡算表达式为 dCs Vr————=F（Cso-Cs）-VrTs dt 2、酶或细胞的固定化方法有 载体结合法、自聚焦法、包埋法 。 3、影响固定化酶动力学的因素有：空间效应、扩散效应、分配效应。 4、生物反应器如按操作方式分类可分为分批操作、连续操作、补料分批操作，若根据反应器内物系的相态分可分为均相反应器、非均相反应器； 5、固定化酶催化反应外扩散效应影响的判断依据主要有两个：Da和ηE ηE＝1时，不存在外扩散影响，为 动力学 控制；当 ηE<1时，存在外扩散影响,宏观反应速率变慢；ηE<<1时，完全为 外扩散 控制。 6、发酵产物的生成速率与菌体生长速率之间大致存在三种不同类型的关联，它们是 生长偶联型 、 生长部分偶联 、 非生长偶联 。 7． 生物反应器是整个生化反应过程的关键设备。它的结构、操作方式和操作条件与产品的质量、收率（转化率）和能耗有着密切关系。 8．生物反应器有两种基本的理想流动模型，即返混极大的 全混流 反应器和没有返混的 活塞流 反应器。 9．酶催化反应的可逆抑制可以分为竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制和混合型抑制。 10. 通用式机械搅拌发酵罐的基本结构包括筒体、 搅拌器 、 冷却管 、挡板、 轴封 、电动机与变速装置和空气分布器等。或填消沫器 名词解释 (每小题2分，共8分) 1．稀释率：稀释率（又称稀释度）符号为D，其定义为体积流量qv和有效体积VR的比值。 2. 连续培养：使细胞或细菌生长和繁殖状态长时间维持稳定的培养技术。一方面以一定速度连续流入新鲜培养基和通入无菌空气，并立即搅拌均匀；另一方面，利用溢流的方式，以同样的流速不断流出培养物。于是容器内的培养物就可达到动态平衡，其中的微生物可长期在指数期的平衡生长状态和衡定的生长速率上，于是形成了连续生长。 3．扩散有效因子：扩散阻力对固定化生物催化反应过程速率的影响程度 4．细胞生长比速率：以单位细胞浓度为基准的细胞生长速率 简答题1．某酶固定于无微孔的球形载体上，在排除外扩散影响的条件下测得其动力学参数为rmax=8×10-5mol/(L? s)， 现将固定化酶颗粒装入底物浓度为1×10-5mol/L反应器中，并已知在这一操作条件下流体传质系数为0.4(1/S)，判断此时该反应过程由反应动力学控制还是扩散速率控制。Da=rmax/(kLacs0) 2. 固定化酶和固定化细胞在实际应用中的显著特点是什么？ 可以长期保留在反应器内通过再生和反复使用，以实现连续化生产，易与产物分离，避免了对产物的污染，简化了产物分离工艺 3．生物反应器设计的主要目标及核心内容分别是什么? 目标：将生物催化剂的活性控制在最佳水平，以提高催化反应过程的效率，提高产品质量和技术经济水平 核心内容：反应器的类型；反应器结构设计与确定各种结构参数；确定工艺参数及其控制方式。 计算题(第1、2小题各8分,第3小题各15分，共31分) 1. 在啤酒酵母（CH1.66N0.13O0.4）的生长实验中，消耗 0.2kg 糖，得到 0.0746kg 酵母细胞，释放0.121kgCO2，并消耗了0.0672kgO2，求出： (1)酵母细胞得率Yx/s (2)呼吸商RQ。 解：（1）Yx/s=0.0746/0.2=0.373 （2）RQ=f（二氧化碳生成的物质的量）/a（氧气消耗的物质的量）=（0.121*1000g/44）/（0.0672*1000/32）=1.31 2.对某一S→P的均相酶反应，假定其反应动力学符合M-M方程，又已知其Km=1.2mol/L,rmax=3χ10-2mol/(L.min).现要设计BSTR，使其产物P年产量为72000mol，并已知cso=2mol/L，Xs=0.95,全年反应器的操作时间为7200h，每批操作的的辅助时间为2h，试求所需反应器的有效体积。 解：根据公式rmax*tr=Cso*Xs=Km*Ln（1/（1-Xs）），求得tr=3.05/h。则有：全年反应批次=7200/（tr+tb）=1425.74批 每批次的产物量=年产量72000/批数1425.74=50.5mol 每批产物浓度=2.0*0.95=1.9mol/h 则有所需要的体积为=50.5/1.9=26.6L 3. 有一均相酶催化反应，Km值为2×10-3mol.L-1, 当底物的初始浓度Cso 为1×10-5mol.L-1时，若反应进行1min，则底物的转化率Xs为2％。试计算：（1）当反应进行3min时，底物转化率为多少？此时，底物和产物的浓度如何？（2）当Cso为1×10－6mol.L-1 时，也反应3min，底物和产物的浓度又是多少？（3）最大反应速率的rP,max为多少？ 解：因为Cso<（1）根据rmax*t=Km*Ln（Cso/Cs）=Km*Ln（1/（1-Xs））得到rmax=4.04×10-5mol/（L.min）当反应进行3min时，代入上式，可求得Cs=9.42×10-6mol/（L.min）则有Xs=5.8％ （2）根据rmax*t=Km*Ln（Cso/Cs）求得Cs=9.41×10-7，Cs=Cso（1-Xs）得到Xs=5.9％，所以Cp=5.9％×1×10－6mol.L-1=5.9×10－8mol.L-1 （3）rp,max=Cso*rmax=4.04×10－10mol.L-1 生物反应工程习题精解第一章绪论 第一章绪论 主要内容包括： 1、生化反应工程：将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程，常称为生化反应工程。 其实质是利用生物催化剂从事生物技术产品的生产过程。 主要有四个部分组成：（1）原材料的预处理；（2）生物催化剂的制备；（3）生化反应器及其反应条件的选择和监控；（4）产物的分离纯化。 2、生化反应工程的特点：生化反应过程是一门综合性学科；采用生物催化剂；采用可再生资源为主要原料，成本低廉但难以控制成分；与一般化工产品相比，设备简单，能耗低，但通常反应产物浓度低，反应器生产效率低，产物提取困难。 3、生化反应工程的分类：主要有酶催化反应过程、细胞反应过程以及废水的生物处理过程。 4、生化反应工程的研究内容：生物反应动力学（包括酶动力学、微生物动力学、动植物细胞动力学）；生物反应器（包括反应器的选型、反应器的传递特性、反应器的流动特性、反应器的优化与控制）；生化反应过程的放大与缩小。 5、生化反应工程的研究方法：目前多数仍以经验方法为主，今后的趋势是以数学模型为主要研究方法。

第2章均相酶催化反应动力学 均相酶反应是指酶与反应物处于同一相――液相的酶催化反应，不存在相间的物质传递。均相酶催化反应动力学反映了该反应过程的本征动力学关系，是分子水平上的反应。 1、简单酶催化反应机理： 根据活性中间体学说，简单酶催化反应分为两步，首先是酶E与底物S形成中间体复合物[ES]，然后再分解为产物P和酶E 2、简单酶催化反应动力学的推导假设： (1)基元反应质量作用定律 （2）质量守恒原理 （3）快速平衡或拟稳态假说 3、简单酶动力学推导：主要是两种方法，即Michaelis-Menten法和Briggs-Haldane法。前者采用快速平衡的假设，中间产物生成速度远大于产物生成速度；后者采用稳态平衡的假设，中间复合物生成速度与产物生成速度相差不大。 4、简单酶催化反应动力学方程 rmaxCs rs=———— Km+Cs