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生化工程2

生化工程2
生化工程2

生化整理1

解释概念

均衡生长:在细胞生长过程中,细胞内各组分均以相同的比例增加

氧的满足度:溶解氧浓度与临界溶氧之比

基质消耗比速率:相对单位质量细胞单位时间内的基质消耗量

流加培养:在间歇培养的基础上,流加一种或几种底物活前体物进行培养的过程

包埋法固定化酶:将聚合物的单体和酶溶液混合后,再借助聚合促进剂的作用进行聚合,使酶包埋在聚合物中以达到固定化的方法。,6=j'j1#a ?对数残留定律:假设一颗粒只要接触到一根纤维就会被其黏附,不再被气流带走;空气中的微粒在滤层中均匀递减,即每一纤维薄层除去同样百分率的微粒,则空气通过单位滤层后,微粒浓度下降与进入的空气微粒浓度呈正比。G|H+ ,B§?轴功率:是指搅拌器以既定的转速旋转时用以克服介质阻力所需用的功率。tBd-?+μ~7 ?细胞回流的单级恒化器:将单级CSTR流出的反应液进行分离,然后将浓缩后的细胞悬浮液再送回反应器中,就成为带有细胞循环的CSTR。

结构模型:在考虑细胞组成变化基础上建立的微生物生长或相关的动力学模型。

?细胞回流的单级恒化器:在反应器的出口处安装细胞分离器,分离出一部分细胞,进行浓缩后打回到反应器中的单级恒化器。

联法固定化酶:使酶与具有两个以上功能团的试剂进行反应,应用化学键把酶固定的方法。

补料培养法:在间歇培养的基础上,流加一种或几种底物或前体物进行培养的过程。

填空:

a.反应器的D/H越大,越接近全混流型反应器。

b.单纤维捕集效率中,重要的三个机制是:惯性冲撞、直接截留和布朗运动

c.评价好氧发酵罐中最重要的两个指标是:Kla、溶氧效率指标

d.酶或细胞固定化方法有:载体法、吸附法和交联法

e.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:生长偶联型、混合生长偶联型和非生长偶联型

f.工程上广泛采用的培养基灭菌方法有:连续灭菌和实罐灭菌

g.发酵罐比拟放大时需要确定的操作参数主要是:空气流量和搅拌功率

h.生物反应器设计的主要目标是:产物成本低,质量高。

简答题7hQXGY,q ?

固定化酶和固定化细胞在实际中应用的显著特点是什么?1、可以连续、稳定的生产2、反应产物的纯度高,质量好3、生产的副产物少4、在使用时可以再生活回收,可反复使用5、容易实行连续反应6、能大大提高酶、细胞的生产能力7、反应的PH、T可以按需要

来调节

高温快速杀菌的原因是什么?灭菌的控制参数是什么?1.

培养基被加热灭菌时,要求即达到灭菌的目的,同时又

不被破坏活较少的破坏培养基中有用的成分,由动力学

分析得到,微生物受热死亡时的活化能一般要在营养成

分热分解的活化能大得多,这意味着当温度升高时,微

生物死亡速率的增加要比营养成分破坏速率的增加大的

多2、灭菌的参数是温度和时间

生物反应器设计和操作的限制性因素有哪些?1、生物催

化剂的浓度和比活力2、反应器的传质和传热能力

微载体悬浮培养动物细胞的优点是什么?1、微载体单位

体积具有的表面积大,因此它的单位体积培养基的细胞

产率高,相应的产物浓度也高2、由于把悬浮培养和贴

壁培养融合在一起,具有两种培养的优点,有利于培养

环境后检测和控制,培养系统重组性好3、放大容易

解释YX/S、YC、YATP:YX/S是对基质的细胞得率,指

生成细胞和消耗基质质量之比YC是对碳的细胞得率

YATP是对ATP生成的细胞得率

与单级连续培养相比,多级连续培养的优点是什么?1、

有利于解决不同生产阶段有不同生产要求的矛盾如:细

菌生长和产物生成的温度不一致2、有利于解决快速生

长和营养物充分利用之间的矛盾

空气除菌的主要流程包括哪些步骤,试述每一步设备的

作用。

主要流程:高空采风——无油润滑空压机——空气储罐

——冷却器——油水分离器——除雾器——加热器——

总过滤器——分过滤器预过滤器|无菌过滤——净化空气

——进罐

设备的作用:1.要制备较高无菌程度,具有一定压力的无

菌空气,它的流程设备有空气压缩机。2.附属设备要求

尽量采用新技术,提高效率,减少设备,精简设备投

资、运转费用和动力消耗,简便操作。3.流程的制订就

根据所在的地理、气候环境和设备条件而考虑。

4.在环境污染比较严重的地方,要考虑改变吸风的条

件,以降低过滤器的负荷,提高空气的无菌程度;5.在

温暖潮湿的南方,要加强除水设施,以确保和发挥过滤

器的最大除菌效率;6.在压缩机耗油严重的设备流程中

则要加强消除油雾的污染等等。7.{$-l要保持过滤器有

比较高的过滤效率,应维持一定的气流速度和不受油、

水的干扰。8.气流速度可由操作来控制;9.要保持不受

油、水干扰则要有一系列冷却、分离、加热的设备来保

证空气的相对湿度在50%~60%的条件下过滤。提高发

酵液中氧传递速率的主要途径是什么?(1)增加搅拌转

数N,以提高Pg,可以有效提高Kla (2)增大通气量

Q,以提高Vs (3)为提高Nv(传氧有效速率),除了

提高KLa之外,提高传质推动力也是可行的,通入纯氧

或者提高罐压均可提高C*。(4)高径比调节:增加高

径比H/D,另一方面液相中的平均压力增高,传质推动

力(C*- C)增大,从而提高溶氧速率;另一方面在通风

比Q/V一定的情况下,高径比大,反应器截面积小,空

截面上的空气线速度Vs将增大,从而提高溶氧速率。增

加H/D还有利于降低单位溶解氧功耗即提高传氧效率。

(5)丝状真菌的繁殖导致发酵液粘度的急剧上升和kLa

的急剧下降。过分地提高转速及通气速率可能导致菌丝

体的机械破坏及液泛。在这种情况下可重复地放出一部

分发酵液,补充新鲜灭菌的等体积培养基,这样可以使

kLa大幅度回升。(6)向发酵液中添加少量的水不溶另一

液相,氧在这一液相中具有比在水中高得多的溶解度wX

Z"}uT比较莫诺方程和米氏方程。&OQ37μ(<_ ?酶和细

胞的固定化有哪几种方法,举出两个应用实例。

方法:1.吸附法(包括电吸附法)2.结合法(无机多孔材

料)3.交联法(双功能试剂)4.包埋法(微胶囊法)

实例:抗体、抗原利用了特异性的免疫吸附反应;酶的

提纯利用了酶抑制剂可与酶特异性结合的性质等

图示分析培养基间歇灭菌过程和连续灭菌过程的温度变

化情况,写出间歇灭菌过程中各阶段对灭菌的贡献。回

答要点:A:画出间歇灭菌和连续灭菌的温度变化曲线。

B:主要贡献在保温阶段。

生物反应器开发的趋势和方向。

A:开发比活力高和选择性高的生物催化剂将继续占重要

地位。

B:改进生物反应器热量和质量传递的方法。

C:生物反应器正向大型化和自动化方向发展。

固定化酶和固定化细胞使用期间活性下降的主要原因是

什么?

A:酶变性,细胞自消化(自溶)。B:固定化酶或细胞

吸附了抑制物。C:染菌。D:酶、细胞流失。E:载体

崩解。

与单级连续培养相比,多级连续培养的优点是什么?

A:有利于解决不同生产阶段有不同生产要求的矛盾,

如菌体生长和产物生成的温度不一至。B:有利于解决快

速生长和营养物充分利用之间的矛盾。

缩短微生物间歇培养延迟期常采用的方法是什么?

A:接种的微生物应尽可能是高活力的(用对数期

的微生物作种子)。B:用于种子培养的介质和条件应尽

可能接近生产上使用的发酵液组成和培养条件。C:在一

定范围内,采用大接种量。

提高发酵液中氧传递速率的主要途径是什么?

从提高Kla的角度可采用:A:增加搅拌转数N,以提高

Pg。B:增大通气量Q,以提高空截面气速Vs。C:N和

Q同时增加。从提高传质推动力角度可采用:E:提高罐

压F:通入纯氧

酶反应器的重要操作参数有那些?分别说明。

A:空间时间:表示反应物在连续操作反应器内停留(或

平均停留)的时间。B:转化率:表示加入反应器中底物

的转化率,用(So-St)/So来计算。C:生产率(生产能

力):指反应器单位体积单位时间内的产物生成量。D:

选择率:指实际转化成目的产物量与全部底物可生成产

物的理论量之比。?

微生物间歇培养过程各阶段的比生长速率如何变化?以

图表示。

A:迟缓期:μ=0。B:加速生长期:μ增加,μ2大于

μ1。C:对数生长期:μ达到最大值,为常数。D:减速

生长期:μ减小,μ2小于μ1。E:平衡期:μ=0。

论述题

说明动态测量Kla的原理和方法。

1 亚硫酸盐氧化法:原理:在反应器中含有Cu2+或Co2+为催化剂的亚硫酸钠溶液,进行通气搅拌,亚硫酸钠与溶解氧生成硫酸钠的速度非常快,反应速度在很大范围内(0.93N-0.035N)与Na2SO3的浓度无关,氧一溶解,马上就反应。氧的溶入速度(氧的传递速度)决定反应速度。反应式如下:2Na2SO3+ O2→2Na2SO4

2 极谱法:原理:对浸在液体中的阴极和参考阳极加上电压,记录在不同的电压下通过的电流,当电解电压为0.6~1.0v时,溶解氧被还原成H2O2。酸性时:O2 + 2H+ + 2e→H2O2

中性或碱性时:O2 + 2H2O + 2e → H2O2+OH-与阴极接触的液体中的溶解氧发生上述电极反应而被消耗,阴极表面便与液体主体存在氧的浓度差,于是液体主体的溶解氧扩散到阴极表面参加电极反应,使电路中维持一定的电流。当氧的扩散过程达到稳定状态时,扩散电流和溶解氧浓度成正比。3 溶氧电极法:原理:溶氧电极不需要外加电源,可以看作是一种电解电池。将一对具有不同电极电位的电极装入电解质溶液中,一只是银丝做成的阴极,另一只是铅皮卷成的阳极。这对电极装置在两端开口的细长套管中,在靠近阴极的底端用一种耐热的、只允许溶氧透过而不透过水及离子的塑料薄膜覆盖,形成一个有一定容积的电池,在电池内加入数毫升的电解质溶液5mol/LHAc+0.5mol/LNaAc+0.1mol/LPbAc2)阳极上:Pb →Pb2+ +2e阴极上:2e + 1/2O2 + H2O →2OH-如果将此电极插入待测的搅拌液体中,在两极间接一电流表,此电流的大小正比与测量液体中的溶氧速率。所以电极产生的电流强度与测量液体中的溶氧浓度成正比。简述高温短时灭菌原理。

实验表明:细菌孢子热死灭反应的活化能很高,而待灭菌的培养基某些有效成分热破坏反应的活化能较低。因而将温度迅速提到较高的灭菌温度,可加快细菌孢子的死灭速度,缩短在高温下的灭菌时间。高温短时灭菌既能快速的灭菌,又能有效地保存培养基的一些有效成分。;}1O\nngR ?

概述亚硫酸钠氧化法测定Kla的原理。在反应器中含有Cu2+或Co2+为催化剂的亚硫酸钠溶液,进行通气搅拌,亚硫酸钠与溶解氧生成硫酸钠的速度非常快,反应速度在很大范围内(0.93N-0.035N)与Na2SO3的浓度无关,氧一溶解,马上就反应。氧的溶入速度(氧的传递速度)决定反应速度。反应式如下:2Na2SO3+ O2→2Na2SO4

剩余的Na2SO3过量的碘作用:Na2SO3+ I2 + H2O → Na2SO4 + 2HI

剩余的I2用标定的Na2S2O3溶液滴定:Na2S2O3 + I2 → Na2S4O6 + 2NaI

标准Na2S2O3用量决定于溶解氧的量。每1mol溶氧可氧化2molNa2SO3,就剩余2mol I2,也就消耗掉4mol Na2S2O3,因此,每滴定消耗1mol Na2S2O3必有1/4mol 溶氧。

当发酵液为非牛顿性流体时,说明发酵罐搅拌功率的计

算方法。(15)

A:确定发酵罐的几何尺寸和搅拌转数N。B:用

(dw/dr)平均= KN 计算(dw/dr)平均。C:测定一定温

度下,菌体生长最旺盛时的液体流变性特征曲线,查即

定转数时的显示粘度。(2分)D:取小罐实验数据绘制

Np~Rem曲线。E:对与小罐几何相似的大罐,按牛顿流

体方法计算Po,再计算Pg。

只要避开Rem=10~300区间,可以用牛顿流体的

Np~Rem曲线代替拟塑性流体的Np~Rem曲线。(1分)

什么是好氧微生物培养的临界溶氧浓度?如何测定?是

否所有的好氧微生物培养过程都必需控制溶氧浓度在临

界溶氧浓度以上?举例说明。

微生物的比耗氧速率随溶氧浓度的增加而升高,

当溶解氧增加到一定值时,比耗氧速率不再增加,这时

的溶氧浓度称为临界溶氧浓度。

测法:将供氧充分的微生物培养体系停止通风,检测培

养系统的溶氧浓度变化情况,首先是溶氧浓度呈直线下

降趋势,下降到一定程度后,开始呈缓慢下降趋势,溶

氧浓度曲线拐点处的溶氧浓度值即为该微生物的临界溶

氧浓度。并非所有的好氧培养过程都需要控制溶氧

浓度在临界溶氧浓度以上,比如以丙酮酸为前体的苯丙

氨酸、缬氨酸和亮氨酸的发酵生产就应控制溶氧浓度在

临界溶氧浓度以下。

第三章? 氧的供需(1)概念:比耗氧速率:单位质量的细

胞(干重)在单位时间内消耗氧的量。摄氧率: 单位体积

培养液,在单位时间内耗氧量。临界氧浓度: 指不影响

菌体的呼吸和财务合成的最低氧浓度。氧的传递通量:双

膜理论: (1)在气液两个流体相间存在界面,在界面两侧各

有一层稳定的薄膜,即气膜与液膜,这两层稳定的薄膜

在任何流体力学条件下,均呈滞流状态(湍流时,滞流层

薄;层流时,滞流层厚。(2)界面上不存在传递阻力,那

么在两相界面上,两相浓度总是相互平衡的(气体中氧的

浓度与溶解在液体中氧浓度处于平衡状态)。(3)? 传递阻

力都集中在气膜和液膜之中。即气膜和液膜以外无传递

阻力,气相气体和液相主体中氧气浓度均匀。体积溶氧

速率(Nv) 体积溶氧系数:KLα以氧浓度为推动力的容积

氧传递系数,反映了设备的供氧能力OTR=KLα (C*

–CL )(2)影响供氧的因素(理解)(3)摄氧率和kLa

的测定(理解)(1) 亚硫酸钠氧化法(2) 动态法用溶氧电

极(3) 氧衡算法

第四章? 机械搅拌轴功率计算轴功率:搅拌器以既

定的转速回转时,用以克服介质的阻力所需要的功率.功率

准数Np:表示机械搅拌器所施与单位体积被搅拌液体的外

力与单位体积被搅拌的惯性力之比.通气准数Na: 它表示

发酵罐内空气的表观流速与搅拌叶顶端流速之比(2)搅

拌器轴功率计算(应用)通气搅拌反应器的搅拌桨叶类型

p47(识记)1.螺旋浆式搅拌器2.圆盘平直涡轮搅拌器3. 圆

盘弯叶涡轮搅拌器4. 圆盘平直箭叶搅拌器(一般6片,

最少3片,最多6片)搅拌的作用:把通入的气体打碎,

强化湍流程度,使空气与发酵液充分混合,气、液、固

三相更好地接触,增加了溶氧速率,使微生物悬浮混合

均匀,促进代谢产物的传质速率。搅拌器的型式、直径

大小、转速、组数、搅拌器间距以及在罐内的相对位置

等对氧的传递速率都有影响。第五章? 发酵罐的比拟放

大(1)几何尺寸放大(应用)几何尺寸放大在反应罐的

放大中,放大倍数实际上就是罐的体积增加倍数。放大

倍数m=V放大/V模型一般要保持几何相似的原则,那

么= =常数,=()3=m,? = =m1/3,(2)空气流量放大

(应用)(1)以单位培养液体积中空气流量相同的原则放

大:(vvm)1=(vvm)2? Vs∝(vvm)VL/PD2 ∝(vvm)D/P

= ,VS2可求(2)以空气直线流速相同的原则放大: VS2=

VS1,= = (VVM)2可求。(3)以? KLa 值相同的原

则放大Kd=(2.36+3.30Ni)?(Pg/V)0.56Vs0.7N0.710-9 式中

有Pg、N等未定参数。可考虑用其它经验式,如KLa∝ ,

最后推导出:= ×()2/3? 。(3)以kLa值相同的原则

放大(应用)溶氧系数是所有好气性发酵的主要指标,任

何通气发酵在一定条件下都有一个达到最大产率的溶氧

系数,故维持大、小罐的溶氧系数相等进行放大是合理

的。经过实验和有关准数的整理,可得通风量Q 与溶氧

系数kLa ∝(Q/V)HL 2/3 (4)恒定等体积功率放大P92

(应用)对于连续发酵和在发酵过程中需要补料的分批发

酵,要求整个反应器的液体快速均匀混合,使液体中产

物和底物的浓度均匀一致,这时就必须按P/V 相等的原

则进行放大。周线速度:搅拌叶轮尖端线速度混合时

间:把少许具有与搅拌罐内的液体相同物性的液体注入

搅拌罐内,两者达到分子水平的均匀混合所需要的时

间。

搅拌液流速度压头(H)、搅拌液流循环量(Q)以及Q/H比

值对比拟放大的意义P85(应用)

第六章? 细胞反应动力学

(1)概念:绝对速率:是在单位时间、单位体积某一组

分的变化量比速率:是单位浓度细胞为基准的各组分变

化速率,反映了细胞活力的大小。,μ=(dx/dt)/x;单位

为1/h,其中x—菌体浓度(g/L )得率系数:是基质转

化为细胞或其他产物潜力的定量评价。理论得率:微生

物反应过程中,部分碳源作为基质被同化为挤爆成分,

就碳源被同化为菌体的观点来看菌体的得率。限制性基

质:在培养微生物的营养物质中,对微生物的生长起到

限制作用的营养物。(2)无抑制的细胞生长动力学

——Monod方程(应用)当培养基中不存在抑制细胞生长

的物质时,细胞的生长速率与基质浓度关系(Monod方程

式)(4)基质消耗动力学(理解)(5)产物生成动力学(理

解)分批培养细胞反应动力学模型(理解)

第七章? 连续培养动力学(1)概念:稀释率(D):补料速

度与反应器体积的比值。(F/V)物料循环比(体积比):

加热管的总截面与降液截面之比细胞浓缩比和循环浓缩

因子(识记)(2)单级连续培养动力学方程的推导和模型

参数的计算(应用)(3)连续培养原理的应用(理解)连

续培养:由于新鲜培养基不断补充,所以不会发生营养

物的枯竭,另一方面,发酵液不断取出,发酵罐内的微

生物始终处于旺盛的指数生长期,罐内细胞浓度X、比

生长速率μ、以及t, pH等都保持恒定。2、次重点:进行

细胞回流的单级连续培养方程的推导和模型参数的计算(应用)多级连续培养:根据各级反应器的物料衡算,可得出稳态下第n级反应器中的细胞浓度、比生长速率、限制性基质浓度和产物浓度的表达式:Xn= ,? x2﹥x1;? μn=D(1-),μ2﹤μ1=D;Sn=Sn-1 -,S2﹤S1;Pn=Pn-1 +? ,P2﹥P1多极连续培养有助于解决两个矛盾:?(1)解决不同生产阶段有不同生产要求的矛盾;?(2)解决快速生长和营养物充分利用之间的矛盾。如果代谢产物和生长是混合生长偶联、非生长偶联,那么生长和代谢产物产生的最佳条件不一定相同。

生物化学工程;生物化学与化学工程相互渗透所形成的一门新学科。它应用工程学这一实践技术,以微生物作为研究的主角,生物化学作为理论基础,从动态,定量,微观的角度,广泛而深刻地揭示可生物化学工业的过程本质。

灭菌:是指用物理或化学方法杀灭物料或设备中的一切生命物质的过程.

比热死亡速率常数:

衰减时间D值:活得微生物在受热过程中减少到原来数目的1/10 (Ns/N0=1/10)所需要的时间。

分批灭菌:将配好的培养基打入发酵罐,通入蒸汽将培养基和所用的设备(一般是发酵罐)一起进行灭菌,也称实罐灭菌。

连续灭菌:

培养基在罐外连续进行加热、维持和冷却,然后进入发酵罐的杀菌方法。

返混现象:反应器中停留时间不同的物料之间的混合称为返混。

活塞反应器:指反应器中物料的流动状况满足活塞流假设,物料沿同一方向以相同速度向前流动,在流动方向上没有物料返混,所有物料在反应器中的停留时间都是相同的。

全混流模型:反应器中的微生物(或酶)浓度和培养基组成在各点上都相同,反应器出口料液组成等于反应器内料液组成,在定常态不随时间而变化。

惯性冲撞机制:气流中运动的颗粒,质量,速度,具有惯性,当微粒随气流以一定的速度向着纤维垂直运动时,空气受阻改变方向,绕过纤维前进,微粒由于惯性的作用,不能及时改变方向,便冲向纤维表面,并滞留在纤维表面。

搅拌功率准数:Np表示机械搅拌器所施于单位体积被搅拌液体的外力与被搅拌液体的惯性力之比。

KLa:是以氧的浓度差(C*-C)为推动力的体积溶氧系数。

细胞的比耗氧速率Respiration rate (QO2 ):单位重量的细胞在单位时间内耗氧的量。

临界溶氧浓度:微生物生长到最大比生长速度时所需要的最低氧气的量。

牛顿型流体:黏度只是温度的函数,与流动状态无关。非牛顿型流体:凡是μ不是常数的流体都是非牛顿型流体。传氧效率:把每溶解1kg溶氧所消耗的电能定义为传氧

效率指标。也可直接称为1mol单位溶氧功耗。

气液比表面积;

气升式发酵罐有何特点?气生环流式生化反应器是60年

代后半期出现的一种高传氧速率,低比能耗费的反应

器。它不需要机械搅拌装置,靠通气入升气管底部,造

成升液管和降液管内流体的压差而形成剧烈的循环混

合。反应器内传质最强烈的区域是在升液管内。

动态法测量Kla的原理和方法。动态法是在不稳态条件

下,通过测定醪液中溶解氧随时间的变化曲线来确定kLa

值的。方法是在发酵的过程中暂时停止通气,短时间后

继续通气,人为地制造一个不稳定状态即发酵液中溶氧

处于不平衡状态(Nv≠r)。

比拟放大的目的是什么?在实验室里用小型设备进行科

学实验,获得了高的产量和效率,如何在大型的生产规

模设备里予以重现,也就是大型设备的几何尺寸、功

率、空气流量、搅拌转数都是怎样的才能再现小型设备

里的好结果。

对几何相似的发酵罐,普遍采用什么方法放大?目前趋

向于那种放大方法?为什么?一般工业发酵罐放大过程

中以Pg/V和KLα值相等为准则放大采用的较多,其中

Pg/V 因其计算方便采用的更多。

固定化酶就是把原来游离的水溶性酶,设法限制或固定

于某一局部的空间或者固定于载体上。

外扩散限制:外扩散发生在固定化酶周围的处于停滞状

态的液膜层。

内扩散阻力发生在多孔性固定化酶载体的内部,它是底

物传递到固定化酶内部时的一种扩散限制效应。

固定酶的方法有哪些?各有何优缺点?1). 吸附法;优

点:固定化时酶分子的构象很少或基本不发生变化,酶

活损失少。缺点:结合力弱,易解吸附。2). 共价键结合

法;结合牢固,酶不易脱落。缺点:反应条件较为剧

烈,酶活受影响,制备麻烦3)交联法:酶蛋白的功能团参

与反应,故酶活性中心构造可能受到影响,而使酶显著

失活。4)包埋法;优点:酶分子没受到化学作用,可得

到较高活性的酶。缺点:不适用于大分子底物。

固定化酶活性有何变化?为什么?大多数情况下活力比

天然酶小,专一性也可能发生变化。原因:a、空间构

象发生改变;b、空间自由度受到限制(空间位阻),影

响活性中心对底物的结合;c、内扩散阻力使底物分子与

活性中心的接近受阻;d、包埋后大分子底物不能透过膜

与酶接近。

固定化酶稳定性有何变化?表现在哪些方面?1.操作稳

定性提高2.贮存稳定性比游离酶大多数提高。3.对热稳定

性,大多数升高,有些反而降低。4.对蛋白酶的稳定性

提高。5.对变性剂的耐受力升高

微生物的比热死亡速率常数由微生物菌体的抗热性能和

灭菌温度两个因素决定。

传氧速率指标是指每溶解1kg溶氧消耗的电能。

Monod模型的数学表达式为μ=μmS/(Ks+S)。

微生物细胞的比耗氧速率QO2(呼吸强度)是指单位重量

的细胞在单位时间内消耗氧的量,单位是molO2/kg干细

胞,QO2与溶氧浓度的关系为QO2= (QO2 )max ·C/

(Ko+ C)。

动物细胞培养的反应器主要有悬浮培养反应器、贴壁

培养反应器和

微载体悬浮培养反应器。

经验和半经验的发酵罐比拟放大方法中,模型罐和生产

罐一般以几何

相似原则为前提。

用CSTR反应器同时连续培养两种微生物A和B,已知

μA>μB,最后在反应器中存留的是微生物A。

用载体结合法固定化细胞是指把细胞通过共价键、离子

键或吸附作用结合到水不溶性载体上的方法。

固定化酶的半衰期是指固定化酶活力降低一半的使用时

间。

微生物代谢产物的生成速率与菌体生长速率之间存在三

种不同类型的关联,它们是生长偶联型、混合生长

偶联型和非生长偶联型。

发酵罐比拟放大时,搅拌功率及转数放大常采用的三个

原则是Po/V相等、Pg/V 相等和Kla 相等。

? 固定化酶和固定化细胞使用期间活性下降的主要原因

是什么A:酶变性,细胞自消化(自溶)。B:固定化酶

或细胞吸附了抑制物。C:染菌。D:酶、细胞流失。

E:载体崩解。

与单级连续培养相比,多级连续培养的优点是什么?A:

有利于解决不同生产阶段有不同生产要求的矛盾,如菌

体生长和产物生成的温度不一至。B:有利于解决快速生

长和营养物充分利用之间的矛盾。

缩短微生物间歇培养延迟期常采用的方法是什么A:接

种的微生物应尽可能是高活力的(用对数期的微生物作种

子)B:用于种子培养的介质和条件应尽可能接近生产上

使用的发酵液组成和培养条件C:在一定范围内,采用大

接种量

提高发酵液中氧传递速率的主要途径是什么从提高Kla的

角度可采用:A:增加搅拌转数N,以提高Pg。B:增

大通气量Q,以提高空截面气速Vs。C:N和Q同时增

加。(1分)从提高传质推动力角度可采用:E:提高罐

压F:通入纯氧

反应器的重要操作参数有那些?分别说明。A:空间时

间:表示反应物在连续操作反应器内停留(或平均停留)

的时间。B:转化率:表示加入反应器中底物的转化率,

用(So-St)/So来计算。C:生产率(生产能力):指反

应器单位体积单位时间内的产物生成量。D:选择率:指

实际转化成目的产物量与全部底物可生成产物的理论量

之比。

微生物间歇培养过程各阶段的比生长速率如何变化?以

图表示。A:迟缓期:μ=0。B:加速生长期:μ增加,μ2

大于μ1。C:对数生长期:μ达到最大值,为常数。D:

减速生长期:μ减小,μ2小于μ1。E:平衡期:μ=0。

当发酵液为非牛顿性流体时,说明发酵罐搅拌功率

的计算方法。

A:确定发酵罐的几何尺寸和搅拌转数N。B:用

(dw/dr)平均= KN 计算(dw/dr)平均。C:测定一定温

度下,菌体生长最旺盛时的液体流变性特征曲线,查即定转数时的显示粘度。D:取小罐实验数据绘制Np~Rem曲线。E:对与小罐几何相似的大罐,按牛顿流体方法计算Po,再计算Pg。只要避开Rem=10~300区间,可以用牛顿流体的Np~Rem曲线代替拟塑性流体的Np~Rem曲线。(

名词解释。

2生物反应动力学:是研究在特定的环境条件下,微生物的生长、产物的生成、底物的消耗之间的动态关系及规律,以及环境因子对这些关系的影响。

3工程上的灭菌:是指用物理或化学因子杀灭有生活能力的细菌营养体和芽孢或孢子的方法。消毒:是消除病原微生物的措施。灭菌的目的:纯种发酵.

4灭菌与消毒的区别:灭菌:用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物,包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。消毒:用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物。

7 灭菌的方法:1.化学试剂灭菌2.电磁波、射线灭菌紫外线、阴极射线、X射线、γ射线

3.加热灭菌(包括常压或蒸汽高压加热法)火焰灭菌、干热灭菌、湿热灭菌。工业上培养基灭菌使用的方法是湿热灭菌;湿热灭菌简便、有效、经济。

9湿热灭菌法:利用高温饱和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白质变性进行灭菌。

(灭菌条件121℃下处理30min。)多数细菌和真菌的营养细胞在60℃左右处理5~10min后即可杀死;酵母菌和真菌的孢子稍耐热些,要用80℃以上的温度处理才能杀死;而细菌的芽孢最耐热,一般要在120℃下处理15min 才能杀死。湿热灭菌要比干热灭菌更有效。a.原生质在含水量高的情况下易变性凝固b.蒸汽的穿透力强。

10 间歇灭菌法:又称丁达尔灭菌法或分段灭菌法。适用于不耐热培养基的灭菌。方法是:将待灭菌的培养基在80~100℃下蒸煮15~60分钟,以杀死其中所有微生物的营养细胞,然后置室温或37℃下保温过夜,诱导残留的芽孢发芽,第二天再以同法蒸煮和保温过夜,如此连续重复3天,即可在较低温度下达到彻底灭菌的效果。

11培养基灭菌的要求:因发酵系统而不同,1)达到要求的无菌程度即可以接受的范围2)尽量减少营养成分的破坏,在灭菌过程中,培养基组分的破坏,是由两个基本类型的反应引起的:培养基中不同营养成分间的相互作用;对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。

12发酵工业培养基灭菌的特点:数量多,含有很多固体物质,有利于生产菌的生长,方便易行价格便宜。致死时间:在致死温度下杀死全部微生物所需要的时间

13热阻:指微生物在某一条件下的致死时间。致死温度:杀死微生物的极限温度

14相对热阻:在相同条件下两种微生物热阻的比值。15对数残存定律:在灭菌过程中,活菌逐渐减少,其减少量随残存活菌数的减少而逐减,即微生物热死亡速率与任一瞬间残存活菌数成正比。

16,1/10衰减时间D值:活的微生物在受热过程中减少到原来数目的1/10 (N/N0=1/10)所需要的时间。即有D与

K成反比。

17连续灭菌(连消):培养基在罐外连续进行加热维持

和冷却,然后进入发酵罐的杀菌方法。

18返混现象:反应器中停留时间不同的物料之间的混合

称为返混。

19活塞流反应器:指反应器中物料的流动状况满足活塞

流假设,物料沿同一方向以相同速度向前流动,在流动

方向上没有物料返混,所有物料在反应器中的停留时间

都是相同的。

20活塞流的灭菌效果与间歇反应器的分批灭菌效果相

同,反应速度增加,但是可以节约升降温的时间。常把

PFR反应器用于升至灭菌温度后的恒温热灭菌。

21?PFR:返混程度最小?CSTR:返混程度最大

?高/径↑,返混程度↓;?高/径↓,返混程度↑

22扩散模型:流体在管内流动,由于分子扩散和涡流扩

散的作用使一部分流体质点返混了回去,这个过程简化

为在活塞流动中叠加了一个与流动方向相反的扩散。

23全混流模型:反应器中的微生物(或酶)浓度和培养

基组成在各点上都相同,反应器出口料液组成等于反应

器内料液组成,在定常态不随时间而变化。

24,100级:表示经过进化处理后的空气中含有≥0.5μ粒

子数3.5个/L。

25 辐射灭菌:主要作用是使微生物的DNA分子产生的

胸腺嘧啶的二聚体,导致细胞死亡。

化学灭菌:把少量杀菌剂溶于水中,使空气在杀菌剂

溶液中通过或喷洒于空气中杀灭空气中的微生物。静电

吸附除菌:原理:利用静电引力来吸附带电粒子而达到

除尘灭菌目的。

介质过滤除菌:使空气通过经高温灭菌的介质过滤层,

将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中,而达到除菌

的目的。

26 直接截留(阻拦滞留作用、阻截):当气流速度降到临

界速度以下是时,微粒不再由于惯性碰撞而被截留。随

气流运动的粒子在接近纤维表面的部分由于与过滤介质

接触而被纤维吸附捕集,这种作用称。空气流速愈小,

纤维直径愈细,阻拦滞留作用愈大.

27惯性冲击(惯性碰撞滞留作用):空气气流流速大时,

气流中的微粒具有较大的惯性力。当微粒随气流以一定

速度向纤维垂直运动因受纤维阻挡而急剧改变运动方向

时,由于微粒具有的惯性作用使它们仍然沿原来方向前

进碰撞到纤维表面,产生摩擦粘附而使微粒被滞留在纤

维表面。气流速度愈大惯性力大滞留效果也愈好。惯性

碰撞截面在介质除尘中起主要作用。

28穿透率是经过滤后空气中剩留颗粒数与原有颗粒数之

比,过滤效率是被捕集的颗粒数与原有颗粒数之比(也叫

捕集效率)。

29衡量空气中水汽偏离饱和程度的大小,Φ=100%空气

达到饱和,对应的温度为露点温度。

30绝对过滤器:介质孔径小于被截留的微生物体积,如

四氟乙烯、纤维素树脂微孔滤膜。31深层过滤器:介质

空隙对于被截留的微生物体积,但有一定厚度,靠静

电、扩散、惯性、拦截。棉花过滤器、超细玻璃纤维

纸、石棉过滤、金属烧结管等。32微孔膜过滤器:不锈

钢中心柱,滤膜做成折叠型的过滤层,绕在中心柱上,

外加耐热的聚丙烯套。特点:体积小,处理量大,压降

小,除菌效率高,能除去0.01μm以上粒子。

33供氧:空气中的氧气首先要溶解在溶液中,这个阶段

叫供氧。耗氧:微生物利用液体中的溶解氧进行呼吸代

谢活动。

34搅拌器输入功率是指搅拌器以既定的转速回转时,用

以克服介质的阻力所需的功率。

35Np(功率准数):表示机械搅拌器施于单位体积被搅拌

液体的外力与单位体积被搅拌液体的惯性力之比。

=P0/ρN3D5 当Re≥104时液体处于湍流状态,对六平叶

涡轮,NP=6.0,对六弯叶涡轮,NP =4.7,对六箭叶涡

轮,NP=3.7

36气液比表面积是指单位体积培养液中气泡的总面积。

37传质阻力绝大部分存在于液膜中,气膜阻力可以忽

略,这种情况叫做液膜控制

38比速率是单位时间内单位菌体浓度所引起的细胞生长

或基质消耗或产物形成的量称为,是生物反应中用于描

述反应速度的常用概念。

39莫诺方程表面上与米氏方程同型。但是Monod方程来

自于对实验现象的总结,而米氏方程是根据酶促反应机

理推导出的。前者是经验方程,后者是机理方程。

40均衡生长:在细胞生长过程中,细胞内各组分均以相

同的比例增加

41氧的满足度:溶解氧浓度与临界溶氧之比

42基质消耗比速率:相对单位质量细胞单位时间内的基

质消耗量

43流加培养:在间歇培养的基础上,流加一种或几种底

物活前体物进行培养的过程

44包埋法固定化酶:将聚合物的单体和酶溶液混合后,

再借助聚合促进剂的作用进行聚合,使酶包埋在聚合物

中以达到固定化的方法。,6=j'j1#a ?45轴功率:是指搅拌

器以既定的转速旋转时用以克服介质阻力所需用的功

率。tBd-?+μ~7 ?46细胞回流的单级恒化器:将单级

CSTR流出的反应液进行分离,然后将浓缩后的细胞悬浮

液再送回反应器中,就成为带有细胞循环的CSTR。

47结构模型:在考虑细胞组成变化基础上建立的微生物

生长或相关的动力学模型。

48细胞回流的单级恒化器:在反应器的出口处安装细胞

分离器,分离出一部分细胞,进行浓缩后打回到反应器

中的单级恒化器。

49联法固定化酶使酶与具有两个以上功能团的试剂进行

反应,应用化学键把酶固定的方法。

50补料培养法:在间歇培养的基础上,流加一种或几种

底物或前体物进行培养的过程。

51比耗氧速率:单位质量的细胞(干重)在单位时间内消

耗氧的量。52摄氧率: 单位体积培养液,在单位时间内

耗氧量。53临界氧浓度: 指不影响菌体的呼吸和财务合

成的最低氧浓度。54通气准数Na: 它表示发酵罐内空气

的表观流速与搅拌叶顶端流速之比55混合时间:把少许具有与搅拌罐内的液体相同物性的液体注入搅拌罐内,两者达到分子水平的均匀混合所需要的时间。

56绝对速率:是在单位时间、单位体积某一组分的变化量57比速率:是单位浓度细胞为基准的各组分变化速率,反映了细胞活力的大小。

58得率系数:是基质转化为细胞或其他产物潜力的定量评价。59理论得率:微生物反应过程中,部分碳源作为基质被同化为挤爆成分,就碳源被同化为菌体的观点来看菌体的得率。60限制性基质:在培养微生物的营养物质中,对微生物的生长起到限制作用的营养物

61稀释率(D):补料速度与反应器体积的比值。(F/V)62物料循环比(体积比):加热管的总截面与降液截面之比

63连续培养:由于新鲜培养基不断补充,所以不会发生营养物的枯竭,另一方面,发酵液不断取出,发酵罐内的微生物始终处于旺盛的指数生长期,罐内细胞浓度X、比生长速率μ、以及t, pH等都保持恒定。

1生化工程的4个主要分支是生化反应工程,生化控制工程,生化分离工程和生化系统工程

2生化工程按所处理的对象分为微生物生化工程,植物生化工程,动物生化工程,酶生化工程。

3生化工程的内容按对细胞处理的方式大致分为胞外控制部分胞内控制部分。

4生化工程的发展经历两次飞跃,生物反应器按生物反应在相内进行方式可分为:发酵器、酶反应器。

5干热灭菌法:利用热空气将微生物体内的蛋白质氧化进行灭菌。灭菌条件:160℃下处理60min

6湿热灭菌的优点:1蒸汽来源容易,操作费用低,本身无毒;2蒸汽有强的穿透力,灭菌易于彻底;3蒸汽有很大的潜热;4操作方便,易管理。

7培养基湿热灭菌需解决的工程问题:1)将培养基中的杂菌总数N0杀灭到可以接受的总数N(10-3),需要多高的温度、多长的时间为合理。2)灭菌温度和时间的确定取决于:杂菌孢子的热死灭动力学`反应器的形式和操作方式` 培养基中有效成分受热破坏的可接受范围

8,ΔE——活化能(J/mol)。其值俞大,k值越低,微生物不易死亡。不同菌的活化能不同。

9,影响培养基灭菌的因素:1、营养成分的保持。2、微生物的耐热性3、pH值4、培养基成分5泡沫6、颗粒10连续灭菌流程:1、连消塔-喷淋冷却流程(设备庞大,易发生局部受热不均)。2、喷射加热-真空冷却流程(加热和冷却在瞬间完成,营养成分破坏少)。3、薄板换热器连续灭菌流程(培养基在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过程)。

11灭菌的方法:1.化学试剂灭菌2.电磁波、射线灭菌(紫外线,阴极射线X射线γ射线3.加热灭菌(包括常压或蒸汽高压加热法)火焰灭菌、干热灭菌、湿热灭菌(湿热灭菌简便、有效、经济)

13常用的灭菌方法有化学试剂灭菌,电磁波、射线灭菌,火焰灭菌,干热灭菌,湿热灭菌。

15 K(比热死亡速率常数)由两个因素均定:菌种种类和灭菌温度。

17 对培养基进行热灭菌,必须以细菌孢子为杀灭对象。

18 高温短时灭菌方法是灭菌动力学得出的重要结论,它

既能快速的灭菌,又能有效地保存培养基中的一些有效

成分。

19取N=10-3个/罐。它的意义是:灭菌后罐中培养基中

残存最大活孢子数。

22 在活塞反应器内进行恒温热灭菌,沿流动的方向,活

孢子的浓度N 下降,热死灭速率也下降,但对于同一

截面上活孢子浓度相等,热死灭速率也相等;沿流动方

向,活孢子浓度及热死灭速率相应下降,下降的规律决

定于菌体死灭反应动力学。

23在活塞反应器内(PFR),物料返混程度最小;在全混

流模型(CSTR)中,物料返混程度最大;一般来说高/径

越大,返混程度越小;高/径越小,返混程度越大。

24空气除菌的方法:加热灭菌辐射灭菌化学灭菌静电

吸附除尘介质过滤。

25绝热过程k取1.4,多变过程k取1.3

26过滤器:有棉花活性炭过滤器,管式过滤器和接送式

过滤器等。

27机械过滤分介质过滤(深层过滤)和绝对过滤。介质

过滤:过滤介质所形成的空隙大于被过滤介质。绝对过

滤:过滤介质的孔径小于被过滤介质。

28空气过滤除菌机制有直接截留惯性冲击布朗运动或

扩散拦截重力沉降静电吸附

29过滤器的截面积可由空气的体积流速除以气流线速度

得到.

33.空气除菌的方式有加热、辐射、介质过滤和

静电除尘等。

34.在深层过滤除菌的机制中布朗运动和扩散拦截起主

要的作用。

35.工业发酵中常采用介质过滤除菌

39间歇培养过程中菌体生长曲线:可分为延迟期、加速

器、对数生长期、减速期、稳定生长期和衰亡期。

41稳定期和衰退期出现的原因:底物的消耗,其他营养

物质不足,氧的供应不足,抑制物的积累,生物空间不

42菌体生长动力学是以研究菌体浓度、限制性基质(培

养基中含量最少的基质,其他组分都是过量的)浓度、抑

制剂浓度、温度和pH等对菌体生长速率的影响为内容

的。

43a.反应器的D/H越大,越接近全混流型反应器。

b.单纤维捕集效率中,重要的三个机制是:惯性冲撞、

直接截留和布朗运动

c.评价好氧发酵罐中最重要的两个指标是:Kla、溶氧效

率指标

d.酶或细胞固定化方法有:载体法、吸附法和交联法

e.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:生长偶联型、混合生长偶联型和非生

长偶联型

f.工程上广泛采用的培养基灭菌方法有:连续灭菌和实罐

灭菌

g.发酵罐比拟放大时需要确定的操作参数主要是:空气流

量和搅拌功率

h.生物反应器设计的主要目标是:产物成本低,质量高。

1、微生物的比热死亡速率常数由微生物菌体的抗热性能

和灭菌温度两个因素决定。

2、传氧速率指标是指每溶解1kg溶氧消耗的电能。

3、Monod模型的数学表达式为μ=μmS/(Ks+S)。

4、微生物细胞的比耗氧速率QO2(呼吸强度)是指单位

重量的细胞在单位时间内消耗氧的量,单位是molO2/kg

干细胞,QO2与溶氧浓度的关系为QO2= (QO2 )max ·C/

(Ko+ C)。

5、动物细胞培养的反应器主要有悬浮培养反应器、

贴壁培养反应器和

微载体悬浮培养反应器。

6、经验和半经验的发酵罐比拟放大方法中,模型罐和生

产罐一般以几何

相似原则为前提。

7、用CSTR反应器同时连续培养两种微生物A和B,已

知μA>μB,最后在反应器中存留的是微生物A。

8、用载体结合法固定化细胞是指把细胞通过共价键、

离子键或吸附作用结合到水不溶性载体上的方法。

9、固定化酶的半衰期是指固定化酶活力降低一半的使

用时间。

10、微生物代谢产物的生成速率与菌体生长速率之间存

在三种不同类型的关联,它们是生长偶联型、混合

生长偶联型和非生长偶联型。

11、发酵罐比拟放大时,搅拌功率及转数放大常采用的

三个原则是Po/V相等、Pg/V 相等和Kla 相等。

36.搅拌能提高溶氧效果的机制有哪些?

答:将大气泡分散成小气泡,阻止气泡的凝并增大α;b)

造成涡流,延长气泡在液体中的停留时间;c)搅拌造成

液体湍动,有利于减少湍流液膜厚度,减小传质阻力;

d)使培养液中的细胞和营养物均匀分散,避免或小缺氧

区的形成。

37临界溶氧浓度的概念及意义。

答:当氧浓度达到一定值时,即达临界氧浓度(C临)时,

比生长速率不再增加。

各种微生物的临界氧浓度(C临)时不同的。在发酵生产

中,为了不使微生物的生长和代谢受到氧浓度的影响,

保持发酵过程正常进行,必须使溶解氧浓度维持在临界

氧浓度之上。

38.如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平?

答:气压;温度;溶液浓度;搅拌转速、搅拌功率、通

气速度等操作条件都对KLα有很大影响;通气量的影

响;容积;加入氧载体。

40为了提高生产效率,希望延迟期缩短,要达到该目

的,应一般遵循下列规则:

答:1接种的微生物应尽可能是高活力的。要用处于对数

期的微生物作种子。2种子培养基和条件应尽可能接近生

产上使用的发酵液组成和培养条件。3建议采用大接种量

因细胞内部的某些维生素和辅酶等生长素,向周围培养

液扩散,从而降低细胞的活性,延长延迟期。

1,生化反应工程由四部分组成:

1原料的预处理:包括原材料的选择,必要的物理化学方法加工,培养基的配制和灭菌。2生物催化剂的制备:包括菌种的选择扩大培养和接种,酶催化反应中酶的选择、固定化。3生化反应器及反应条件的选择和监控4产物的分离纯化(包括初提纯和精提纯), 这部分工序也常称为下游加工过程.

2,生化工程的特点:

1.以生物活细胞或由细胞提取出来的酶为催化剂的生物化学反应过程。

2.生化反应器复杂,控制参数众多。

3.生物反应过程通常在温和的反应条件下进行,但影响的因素多。

3,为什么要进行培养基灭菌?(灭菌的必要性)

由于生物反应系统中通常含有比较丰实的营养物质,容易受到杂菌污染,由于杂菌的存在,会有以下各种不良后果:1)生物反应的基质或产物因杂菌的消耗而损失,造成生产能力的下降。2)由于杂菌所产生的一些代谢产物改变了发酵液的某些理化性质,使目标产物的提取困难,造成收得率降低或使产品质量下降。3)污染的杂菌可能会分解产物,而使生产失效。4)发生噬菌体污染,微生物细胞被裂解,而使生产失效。

4,工业上灭菌的具体措施?

1)使用的培养基和设备须经灭菌2)好氧培养中使用的空气应经除菌处理3)设备应严密,发酵罐维持正压环境4)培养过程中加入的物料应经过灭菌5)使用无污染的纯粹种子。

5,高温致死原理?

由于它使微生物的蛋白质和核酸等重要生物高分子发生变性、破坏,例如它可使核酸发生脱氨、脱嘌呤或降解,以及破坏细胞膜上的类脂质成分等。每一种微生物都有一定的最适生长温度范围。当微生物处于最低温度以下时,代谢作用几乎停止而处于休眠状态。当温度超过最高限度时,微生物细胞中的原生质胶体和酶起了不可逆的凝固变性,使微生物在很短时间内死亡,加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的。

7,连续加压灭菌法,连续加压灭菌法优点?

将培养基在发酵罐外连续不断地进行加热、维持和冷却,然后才进入发酵罐。培养基一般在135~140℃下处理5~15秒钟。①因采用高温瞬时灭菌,故既可杀灭微生物,又可最大限度减少营养成分的破坏,从而提高了原料的利用率,比―实罐灭菌‖(120℃,30分钟)提高产量5~10%;②由于总的灭菌时间较分批灭菌注明显减少,所以缩短了发酵罐的占用周期,从而提高了它的利用率;③由于蒸汽负荷均匀,故提高了锅炉的利用率;

④适宜于自动化操作;⑤降低了操作人员的劳动强度。8高温对培养基成分的有害影响及其防止?

答:1,行成沉淀物,有机物和无机物。2,破坏营养,提高色泽如褐变。3,改变培养基的ph,降低培养基浓度。

9消除高温有害影响的措施?

采用特殊加热灭菌法2)对易破坏的含糖培养基进行灭菌时,应先将糖液与其他成分分别灭菌后再合并;3)对含Ca 2+或Fe 3+的培养基与磷酸盐先作分别灭菌,然后

再混合,就不易形成磷酸盐沉淀;4)对含有在高温下易

破坏成分的培养基(如含糖组合培养基)可进行低压灭菌

(在112℃即0.57kg/cm2或8磅/英寸2下灭菌15分钟)

或间歇灭菌;5)在大规模发酵工业中,可采用连续加压

灭菌法进行培养基的灭菌。

10微生物的热死原理——对数残存定律?

湿热蒸汽冷凝时释放大量潜热,并具有强大的穿透力,

在高温和水存在时,微生物细胞中的蛋白质极易发生不

可逆的凝固性变性,致使微生z物在短时间内死亡。

11高温短时灭菌原理?

细菌孢子热死灭反应的△E很高,而大部分营养物质热

破坏反应的△E很低,因而将T提高到一定程度会加速细

菌孢子的死灭速率,从而缩短在升高温度下的灭菌时间

(ln(N/N0 ) =-K t );由于营养成分热破坏的△E很

低,上述的温度提高只能稍微增大其热破坏温度,但由

于灭菌时间的显著缩短,结果是营养成分的破坏量在允

许的范围内。

12间歇灭菌的优缺点?(分批灭菌)

间歇灭菌将配好的培养基打入发酵罐,通入蒸汽将培养

基和所用的设备(一般是发酵罐)一起进行灭菌,也称实

罐灭菌。优点:1. 设备投资较少2. 染菌的危险性较小

3. 人工操作较方便

4. 对培养基中固体物质含量较多时更

为适宜。缺点:灭菌过程中蒸汽用量变化大,造成锅炉

负荷波动大,一般只限于中小型发酵装置。

13连续灭菌的优缺点?

优点:保留较多的营养质量,容易放大,较易自动控

制,糖受蒸汽的影响较少,缩短灭菌周期,在某些情况

下,可使发酵罐的腐蚀减少,发酵罐利用率高,蒸汽负

荷均匀。缺点:设备比较复杂,投资较大,容易造成污

染。

14杀菌速率常数K可取普通耐热细菌芽孢的K值,并按

下式计算:

杀菌效率V总=ln(N0/N)

15活塞流反应器灭菌状况:在PFR内进行恒温热灭菌,

沿流动的方向,活孢子的浓度N下降,热死灭速率也相

应下降,但对于同一截面上活孢子浓度相等,热死灭速

率也相等;沿流动方向,活孢子浓度及热死灭速率相应

下降,下降的规律决定于菌体死灭反应动力学。

16影响灭菌的因素?

答:1)培养基成分对灭菌的影响,油脂糖类及一定浓度

的蛋白质可增加微生物的耐热性,另一些物质,如高浓

度的盐类,色素等可削弱其耐热性。2)培养基的物理状

态对灭菌的影响3)培养基中微生物数量对灭菌的影响4)

培养基中氢离子浓度对灭菌的影响,培养基的酸碱度越

大,所需杀灭微生物的温度越低5)微生物细胞中水分对

灭菌的影响,细胞含水越多,蛋白质变性的温度越底6)

微生物细胞菌龄对灭菌的影响,老细胞水分含量低、低

龄细胞水分含量高7)空气排除情况对灭菌的影响8搅拌

对灭菌的影响9泡沫对灭菌的影响。

17空气除菌的目的及重要性?

在好氧深层培养中,微生物细胞的繁殖代谢需要溶解

氧,因为有氧氧化对生物体来说是能量放出最多的途

径。在该过程中脱去了很多H,H经电子传递链,最后被

O2吸收,所以要提供氧。现在深层培养都是纯种培养,

培养基接种之前都经过灭菌,通入的氧气也应是无菌

的。

空气除菌是好氧发酵工程上的一个重要环节

18好气性发酵对空气无菌程度的要求?

好气性发酵过程中需要大量的无菌空气,空气要作到绝

对无菌在目前是不可能的,也是不经济的。

发酵对无菌空气的要求是:无菌,无灰尘,无杂质,无

水,无油,正压等几项指标;

发酵对无菌空气的无菌程度要求是:只要在发酵过程中

不因无菌空气染菌,而造成损失即可。

在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许有一个

菌通过,即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3

19过滤除菌的机制?使空气通经高温灭菌的介质过滤

层,将空气中的微生物等颗粒滞留在介质中而达到除菌

的目的。常用的过滤介质一般是棉花、活性炭、超细玻

璃纤维、石棉滤纸及烧结材料等。过滤材料孔径一般比

细菌大,对细菌的滞留主要靠滞留作用,由多种机制构

成:惯性碰撞、阻拦、布朗运动、重力沉降、静电吸引

20重力沉降作用机理?重力沉降是一个稳定的分离作

用,当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时,微粒

就容易沉降。就单一的重力沉降情况下,大颗粒比小颗

粒作用显著,对于小颗粒只有在气流速度很慢时才起作

用。一般它是与拦截作用相配合的,即在纤维的边界滞

留区内,微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕集效率。

21静电吸附作用机理?干空气对非导体的物质相对运动

磨擦时,会产生诱导电荷,纤维和树脂处理过的纤维,

尤其是一些合成纤维更为显著。悬浮在空气中的微生物

微粒大多带有不同的电荷,这些带电的微粒会受带异性

电荷的物体所吸引而沉降。

22影响介质过滤效率的因素?介质过滤效率与介质纤维

直径关系很大,在其他条件相同时,介质纤维直径越

小,过滤效率越高。对于相同介质,过滤效率与介质滤

层厚度、介质填充密度和空气流量有关。

23,制备无菌空气的大致过程?空气-高空取气管-除尘

器-空气压缩机-贮气罐-一级冷却器-油水分离器-二级分离

器-除雾气-加热器-总过滤器-分过滤器-无菌空气。

24对空气除菌流程的要求?附属设备要求尽量采用新技

术,提高效率,减少设备,精简设备投资、运转费用和

动力消耗,简便操作。流程的制订就根据所在的地理、

气候环境和设备条件而考虑。在环境污染比较严重的地

方,要考虑改变吸风的条件,以降低过滤器的负荷,提

高空气的无菌程度;在温暖潮湿的南方,要加强除水设

施,以确保和发挥过滤器的最大除菌效率;在压缩机耗

油严重的设备流程中则要加强消除油雾的污染等等。

25高效前置过滤除菌流程?高效前置过滤器,压缩机,

贮罐,冷却器,丝网分离器,加热器,过滤器。

26空气净化的流程?吸气口吸入的空气先经过压缩前的

过滤,进入空气压缩机(120-150度)

冷却(20-25度),除去油、水,再加热至30-35度。最后通过总过滤器和分过滤器除菌,获得洁净度、压力、温度和流量都符合要求的无菌空气。

27工业上曾有三种方法用于压缩空气的干燥处理,它们的原理分别是:1) 利用吸附剂对压缩空气中的水蒸气具有选择性吸附的特性进行脱水干燥。如吸附式压缩空气干燥机。2) 利用某些化学物质的潮解特性进行脱水干燥。如潮解式压缩空气干燥机。3) 利用压缩空气中水蒸气分压由压缩空气温度的高低决定的特性进行降温脱水干燥。如冷冻式压缩空气干燥机。在上述三种压缩空气干燥设备中,潮解式压缩空气干燥机已基本淘汰;而冷干机和吸附式压缩空气干燥机(以下简称―吸干机‖)正在被广泛应用。

28冷干机与吸干机相比具有下列特点:?

1)没有压缩空气消耗——大部分用户对压缩空气露点要求并不是很高,如使用冷干机可比使用吸干机来得节省能源;2)无阀件磨损——吸干机有切换阀的问题,虽然冷干机中也有阀件,但是基本无磨损问题;3)不需要定期添加、更换吸附剂;4)运转噪音低;吸干机有吸附塔卸压的噪声,在空压房里,一般听不到冷干机的运行噪声;5)日常维护较简单,只要按时清洗自动排水器滤网即可;6)对气源的前置预处理要求不高,一般的油水分离器即可满足冷干机对进气质量的要求;与吸附干燥机相比,经冷干机处理后的压缩空气―压力露点‖只能达到0℃以上,因此气体的干燥深度远不及吸干机。

29高效过滤器的作用是,通过填充在高效过滤器中的纤维性滤材、活性碳等,可滤除空气中的尘埃、杂质、异味等

30提高过滤除菌效率的措施?1减少进口空气的含菌数;2设计合理的空气预处理设备,以达到除油,水和杂质的目的;3设计和安装合理的空气过滤器,选用除菌效率高的过滤介质;4降低进入空气过滤器的空气的相对湿度,保证过滤介质在干燥状态下工作。

31过滤器失效?压缩空气进入过滤器后便引起活性炭颗粒之间相互顶撞与摩擦,久而成为粉末(灰化),活性炭的体积也逐渐变小,于是过滤器内的空间逐渐增大,到达-定程度时,便会发生棉花成90°翻身现象。这样空气便会未经过滤而进入罐内,引起染菌。棉花经过多次加热灭菌后,颜色逐渐变深,靠近过滤器壁的棉花,因经受夹层蒸汽的烤干,受热更为剧烈,更容易变成粉末,而被空气带走,造成过滤层有缝隙,使过滤层疏松而漏风.甚至还因过高的压力和过长时间的烘烤而引起棉花活性炭着火的事故。

32机械搅拌的更重要功能在?a)打碎通入空气的气泡b)增加气液接触面积c)减少气液膜厚度d) 阻挡气泡使慢些排出,以提高溶氧效率。

33非牛顿型流体的剪应力与切变率之间的关系?拟塑性流体,凯松流体,涨塑性流体,平汉塑性流体

34双膜理论要点?(1)?相界面两侧流体的对流传质阻力全部集中在界面两侧的两个停滞膜内,膜内传质方式为分子扩散。(2)相界面上没有传质阻力,即可认为所需的传质推动力为零,或气液两相在相界面处达到平衡。(3)两相主体中不存在浓度梯度。

35氧的传递途径及传质阻力?

1 气相主体到气液界面的气膜传递阻力;

2 气液界面的

传递阻力;3 从气液界面通过液膜的传递阻力;4 液相

主体的传递阻力;5 细胞或细胞团表面的传递阻力;6

液体与细胞(团)之间界面阻力;7 细胞团内的传递阻

力;8 细胞壁的阻力;9 反应阻力。

36氧的供需平衡?

如果溶氧速度小于微生物的耗氧速度,则发酵液中的氧

逐渐耗尽,当溶液中氧的浓度低于临界氧浓度时,就要

影响微生物的生长发育和代谢产物的生成。因此传氧与

耗氧要保持平衡,即:Nv= kLa(C*-C) = qo2 . X 或者

kLa = qo2 . X / (C*-C)

37用亚硫酸盐氧化法测定溶氧系数优缺点?

优点:氧溶解速度与亚硫酸盐浓度无关,且反应速度快

不需要特殊仪器。

缺点:不能在真实发酵条件下进行测定发酵液的溶氧,

因为亚硫酸盐对微生物的生长有影响,且发酵液的成

分、消泡剂、表面张力、黏度、特别是菌体都影响氧的

传递。这种方法测定的结果仅能说明某种发酵罐在该操

作条件下的性能,而不能说明溶氧和微生物耗氧的全过

程,

故只能在一定的范围应用。主要用于作为设备溶氧系数

的测定。

38一种新的细胞代谢产品的大规模生产要经历这样的过

程?

答:1 生物菌种,该微生物能利用某种底物在一定的培

养条件下产生产品。2摇瓶实验以确定适宜的工艺条件:

营养条件C、N、无机盐种类、温度、pH、溶氧,保持怎

样的氧化还原电位。3小罐实验,进一步确定工业生产操

作条件。4大罐实验,确定工业生产操作条件。

40溶氧变化异常原因?1、引起溶氧异常下降的原因:1)

污染好气性杂菌,大量溶氧被消耗(2)菌体代谢发生异

常,需氧要求增加3)某些设备或工艺控制发生故障或变

化,如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢消泡剂加入过

多。4)影响供氧的工艺操作如停止搅拌、闷罐

2引起溶氧异常升高的原因主要是耗氧出现改变,如菌体

代谢异常,耗氧能力下降,污染烈性噬菌体。

42根据菌体生长、碳源利用和产物的形成速度分为三

种:

1. 偶联型,其产物消耗的速度与菌体细胞合成的速度是

平行的

2. 混合型,微生物的生长和产物合成是分开的,如谷氨

酸、赖氨酸等。

3. 非偶联型,其产物是微生物的次级代谢产物,产物合

成与利用碳源无准量关系。

43营养物质相对贫乏的标准(量)?

是指该物质的浓度比生长速率μ达μm时对应的最低底

物浓度以下时的情形。此浓度称为临界底物浓度,任一

营养物质的浓度若高于临界底物浓度则为非限制性底

物,低于临界底物浓度即为限制性底物。

44Monod方程的局限性:最大μmax在工业上有很大意

义。一般而言,细菌的μmax比真菌的大,就同一种细

菌,温度升高,μmax变大。营养物不同,μmax也不

同,易利用的营养物的μmax大。微生物在水难溶性营养

物质中的生长会受到各种养料扩散速率或溶解速率的限

制,氧就是其中一例。氧就作为限制性基质,比生长率

与氧的浓度成正比。

45补料分批培养的优点?

可以解除营养物抑制、产物反馈抑制和分解产物阻遏作

用。可缓解早期生长过旺而造成的氧供应不足及尽可能

使原料转变为产物。可以使细胞处于连续过渡状态,便

于进行理论研究。

便于进行培养过程的最优化和自动控制。

46固定化酶和固定化细胞在实际中应用的显著特点是什

么?1、可以连续、稳定的生产2、反应产物的纯度高,

质量好3生产的副产物少4在使用时可以再生活回收,

可反复使用5、容易实行连续反应6能大大提高酶、细

胞的生产能力7反应的PH、T可以按需要来调节

47生物反应器设计和操作的限制性因素有哪些?1、生物

催化剂的浓度和比活力2、反应器的传质和传热能力

48微载体悬浮培养动物细胞的优点是什么?1微载体单位

体积具有的表面积大,因此它的单位体积培养基的细胞

产率高,相应的产物浓度也高2由于把悬浮培养和贴壁

培养融合在一起,具有两种培养的优点,有利于培养环

境后检测和控制,培养系统重组性好3放大容易

55酶反应器的重要操作参数有那些?分别说明。

A:空间时间:表示反应物在连续操作反应器内停留(或

平均停留)的时间。B:转化率:表示加入反应器中底物

的转化率,用(So-St)/So来计算。C:生产率(生产能

力):指反应器单位体积单位时间内的产物生成量。D:

选择率:指实际转化成目的产物量与全部底物可生成产

物的理论量之比。?

56微生物间歇培养过程各阶段的比生长速率如何变化?

以图表示。

A:迟缓期:μ=0。B:加速生长期:μ增加,μ2大于

μ1。C:对数生长期:μ达到最大值,为常数。D:减速

生长期:μ减小,μ2小于μ1。E:平衡期:μ=0。

1 亚硫酸盐氧化法:原理:在反应器中含有Cu2+或Co2+

为催化剂的亚硫酸钠溶液,进行通气搅拌,亚硫酸钠与

溶解氧生成硫酸钠的速度非常快,反应速度在很大范围

内(0.93N-0.035N)与Na2SO3的浓度无关,氧一溶解,

马上就反应。氧的溶入速度(氧的传递速度)决定反应速

度。反应式如下:2Na2SO3+ O2→2Na2SO4

2 极谱法:原理:对浸在液体中的阴极和参考阳极加上

电压,记录在不同的电压下通过的电流,当电解电压为

0.6~1.0v时,溶解氧被还原成H2O2。酸性时:O2 +

2H+ + 2e→H2O2

中性或碱性时:O2 + 2H2O + 2e → H2O2+OH-与阴极接

触的液体中的溶解氧发生上述电极反应而被消耗,阴极

表面便与液体主体存在氧的浓度差,于是液体主体的溶

解氧扩散到阴极表面参加电极反应,使电路中维持一定

的电流。当氧的扩散过程达到稳定状态时,扩散电流和

溶解氧浓度成正比。3 溶氧电极法:原理:溶氧电极不

需要外加电源,可以看作是一种电解电池。将一对具有不同电极电位的电极装入电解质溶液中,一只是银丝做成的阴极,另一只是铅皮卷成的阳极。这对电极装置在两端开口的细长套管中,在靠近阴极的底端用一种耐热的、只允许溶氧透过而不透过水及离子的塑料薄膜覆盖,形成一个有一定容积的电池,在电池内加入数毫升的电解质溶液5mol/LHAc+0.5mol/LNaAc+0.1mol/LPbAc2)阳极上:Pb →Pb2+ +2e阴极上:2e + 1/2O2 + H2O →2OH-如果将此电极插入待测的搅拌液体中,在两极间接一电流表,此电流的大小正比与测量液体中的溶氧速率。所以电极产生的电流强度与测量液体中的溶氧浓度成正比。;}1O\nngR 概述亚硫酸钠氧化法测定Kla的原理。在反应器中含有Cu2+或Co2+为催化剂的亚硫酸钠溶液,进行通气搅拌,亚硫酸钠与溶解氧生成硫酸钠的速度非常快,反应速度在很大范围内(0.93N-0.035N)与Na2SO3的浓度无关,氧一溶解,马上就反应。氧的溶入速度(氧的传递速度)决定反应速度。反应式如下:2Na2SO3+ O2→2Na2SO4

剩余的Na2SO3过量的碘作用:Na2SO3+ I2 + H2O → Na2SO4 + 2HI

剩余的I2用标定的Na2S2O3溶液滴定:Na2S2O3 + I2 → Na2S4O6 + 2NaI

标准Na2S2O3用量决定于溶解氧的量。每1mol溶氧可氧化2molNa2SO3,就剩余2mol I2,也就消耗掉4mol Na2S2O3,因此,每滴定消耗1mol Na2S2O3必有1/4mol 溶氧。

4当发酵液为非牛顿性流体时,说明发酵罐搅拌功率的计算方法。

A:确定发酵罐的几何尺寸和搅拌转数N。B:用(dw/dr)平均= KN 计算(dw/dr)平均。C:测定一定温度下,菌体生长最旺盛时的液体流变性特征曲线,查即定转数时的显示粘度。(2分)D:取小罐实验数据绘制Np~Rem曲线。E:对与小罐几何相似的大罐,按牛顿流体方法计算Po,再计算Pg。

只要避开Rem=10~300区间,可以用牛顿流体的Np~Rem曲线代替拟塑性流体的Np~Rem曲线。(1分)6一装料为7L的发酵罐,通气量1L /min,操作压力为0.3Kg/cm2,在某发酵时间内发酵液的溶氧浓度为饱和氧浓度的25%,空气进入时的氧含量为21%,废气排出时的氧含量为19.8%(1atm时氧饱和浓度C*=0.2mmol/L)求此时菌的摄氧率和发酵罐的kLα。

解:r=Q(C进-C出)/V

=1/7×(21%-19.8%)×8.73×10-3 ×103×0.3

=4.49×10-3 mmol/L.min

C*=0.2*0.3=0.06 mmol/L

kLa = Q(C进-C出)/V* (C*-C) =r/ (C*-C)

=4.49×10-3 /(1-25%)*0.06=0.1min-1 CSTR、PFR代表什么含义?比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。答:CSTR代表连续全混流酶反应器。PFR 代表连续活塞式酶反应器。CSTR型和PFR型酶反应器的性能比较:1)达到相同转化率时,PFR型酶反应器所需停留时间较短。2)在相同的停留时间达到相同转化率

时,CSTR型反应器所需酶量要大大高于PFR型反应器。

因此一般来说,CSTR型反应器的效果比PFR型差,但

是,将多个CSTR型反应器串联时,可克服这种不利情

况。

3)与CSTR型酶反应器相比,PFR型酶反应器中底物浓

度较高,而产物浓度较低,因此,发生底物抑制时,

PFR型酶反应器转化率的降低要比CSTR型剧烈得多;而

产物抑制对CSTR型酶反应器影响更显著。

何谓恒化器,何谓恒浊器,二者有何区别?答:恒化

器、恒浊器指的是两种控制方法。恒化器是通过控制流

量而达到相应的菌体浓度。恒浊器则是通过监测菌体密

度来反馈调节流量。前者通过计量泵、溢流管来保证恒

定的流量;后者通过光电池监测细胞密度,以反馈调节

流量来保证细胞密度的恒定。恒化器便于控制,其应用

更为广泛。

影响kLa的因素有哪些,如何提高kLa或Nv?答:影响

kLa的因素有:

①设备参数如设备结构尺寸、搅拌器直径;②操作参数

如搅拌转速、通风量③发酵液性质,如流变学性质。

提高kLa或Nv的措施有:①提高转速N,以提高Pg,

从而提高kLa。②增大通风量Q。当Q不大时,增大Q

可明显提高kLa;但当Q已较大时,继续提高Q,将降低

Pg,其综合效果不会明显提高kLa,甚至可能降低,因此

有些调节措施是将提高转速N和增大通风量Q二者结

合。③为了提高NV,除了提高kLa之外,提高C*也是

可行的方法之一。通入纯氧或在可行的条件下提高罐内

操作压力,均可提高C*。④丝状菌的生长导致发酵液粘

度的急剧上升和kLa的急剧下降。过分提高转速和通气

量可能导致菌丝体的机械破坏和液泛。在此情况下可重

复地放出一部分发酵液,补充新鲜灭菌的等体积培养

基,这样可使kLa大幅度回升。⑤向发酵液中添加少量

氧载体,可提高kLa。

如何进行流加培养的控制、优化?答:流加培养的控制

方法有反馈控制和无反馈控制,前者又包括直接反馈控

制和间接反馈控制。流加培养优化是指控制适当的稀释

率或菌体生长比速,是生产强度和得率尽可能最大。大

量的菌体时产生产物的前提,因此在菌体生长阶段,应

控制较高的生长比速,使菌体量快速增长。进入产物生

成阶段后,应控制较低的菌体生长比速,以减少基质的

消耗,并保证―壮龄‖细胞在细胞群体中占绝大多数。进

行流加培养优化时,还应考虑以下边界条件:

1)最大比生长速率。流加操作拟定态要求。

2)临界比生长速率,应满足,保证―壮龄‖细胞在细

胞群体中占绝大多数。

3)发酵罐最大允许细胞浓度。

4)细胞对底物的耐受力。

影响固定化酶促反应的主要因素有哪些?

分子构象的改变。酶固定化过程中,酶和载体的相互作

用引起酶的活性中心或调节中心的构象发生变化,导致

酶的活力下降。

位阻效应。指由于载体的遮蔽作用,使酶与底物无法接

触。

微扰效应。是指由于载体的亲水性、疏水性及介电常数

等,使固定化酶所处微环境发生变化,导致酶活力的变

化。

分配效应。由于载体内外物质分配不等,影响酶促反应

速率。

扩散效应。底物、产物及其他效应物受传递速度限制,

当酶的催化活性很高时,在固定化酶周围形成浓度梯

度,造成微环境与宏观环境之间底物、产物的浓度产生

差别。

举例说明连续培养的应用。

由于连续培养存在杂菌污染问题、菌种变异问题、

成本问题,使其在生产中的应用受到限制,目前主要用

于面包酵母的生产、及污水处理。连续培养在科研领域

有着重要的应用,主要表现在以下几个方面:(1) 利用恒

化器测定微生物反应动力学参数。例如μm、Ks的测定。

(2) 确定最佳培养条件。例如面包酵母生产中最佳葡萄糖

浓度的确定。(3) 利用冲出现象进行菌种的筛选。

中国海洋大学生物化学课件第十七章 生物氧化讲义

第十七章生物氧化 目的和要求:了解生物氧化的概念和生物氧化体系的类型;掌握电子传递链的组成成分的结构和电子传递过程;掌握ATP合酶的结构、氧化磷酸化的机制和电子传递和氧化磷酸化的耦联机制,细胞溶胶内NADH再氧化途径,会计算葡萄糖等物质完全氧化能量代谢;了解电子传递抑制剂和氧化磷酸化解偶联剂类型和作用。 一、生物氧化概论 ㈠、生物氧化的涵义 一切生物都靠能量维持生存,生物体所需的能量大都来自体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化人们把有机分子糖、脂、蛋白质等在活细胞内氧化分解,产生CO2、H2O 并释放能量形成ATP 的过程称生物氧化。 ㈡、生物氧化的特点 体温条件下,有机分子经系列酶促反应,逐步氧化释能,可以使放出的能量得到最有效的利用。 在氧化过程中产生的能量一般都贮存在一些特殊的化合物中,主要是ATP。 二、生物氧化体系的类型 ㈠、无传递体的生物氧化体系(一酶体系) 代谢经氧化酶或需氧脱氢酶作用后,直接以1 分子氧为受体生成H2O 或H2O2;由需O2 脱氢酶催化产生的H2O2,可用来氧化体内的其它物质或分解为H2O 及O2 ⒈氧化酶体系 氧化酶的作用为其分子中的金属离子(如Cu2+) 直接从代谢物中脱出氢取得电子;将电子传给分子氧使之活化,活化氧(O2-)与游离在溶液中的H+结合成水由氧化酶催化的反应不能在无氧情况下进行,因为不能用其它受氢体代替氧,如:多酚氧化酶和抗坏血酸酶 ⒉需氧脱氢酶体系 需氧脱氢酶能激活代谢物中的氢,将脱出的氢和一对电子传递给脱氢酶的辅酶;有氧条件下,还原态辅酶(FMNH2 和FADH2)能将由氢放出的2 个电子传给分子氧使之活化成过氧离子;无氧条件下,还原态辅酶(FMNH2 和FADH2)能将由氢放出的2 个电子传给亚甲蓝或醌为受氢体而使反应 ㈡、进行需传递体的生物氧化体系 生物体内的主要氧化体系,由不需氧脱氢酶及一种或一种以上的传递体参加反应,电子传递过程:还原型辅酶或辅基通过电子传递再氧化,这个过程称电子传递过程 ⒈电子传递链 电子传递链:电子从还原型辅酶或辅基通过一系列电子亲和力递增顺序排列的电子载体传递到分子氧所经历的途径。 NADH 呼吸链:是由NAD-脱氢酶或-NADP 脱氢酶、黄酶、辅酶,细胞色素体系和一些铁硫蛋白组成的氧化还原体系。 FADH2 呼吸链:与NADH 呼吸链相比,底物脱下的氢不经NAD 而直接交给黄酶的辅基FAD,即少了NADH 呼吸链中的前面的一个组分; 线粒体酶参与物质代谢的酶类: 三羧酸循环,脂肪酸氧化;电子传递相关酶:电子传递到氧分子,形成水,

生物分离工程

(最好能有时间过过ppt) 生物分离工程第一章绪论 1.定义:生产粗原料的过程及其之后的目标产物的分离纯化过程,即下游加工过程; 2.下游加工过程:目标产物的分离纯化。包括目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等 3.特点及其重要性:(1)发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液; (2)培养液是多组分的混合物;(3)生化产物的稳定性差——易引起产物失活;(4)对最终产品的质量要求很高。 4.下游加工过程的一般流程:(1)下游加工过程的一般流程;(2)初步纯化;(3)高度纯化与精制;(4)成品加工 5.分离效率的评价:目标产品的浓缩程度/分离纯化程度/回收率 6.提高回收率的方法:(1)提高每步回收率 ,(2)减少操作步骤;(3)开发新型高效的分离方法 第二章发酵液预处理和固液分离 首先要进行培养液的预处理和固液分离,才能进行后续操作: 对于胞外产物,可先将菌体或其他悬浮杂质去除,才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 对于胞内产物,首先富集菌体,再进行细胞破碎和碎片分离,然后提取胞内产物。 1.发酵液的基本特性:发酵产物浓度较低,大多为1-10%; 悬浮物颗粒小,细胞的相对密度与培养液相似;固体粒子可压缩性大;液相粘度大,大多为非牛顿型流体,不易过滤;悬浮状态稳定:双电层、水化膜、布朗运动成分复杂,杂质较多。 2.预处理的目的:促进从悬浮液中分离固形物的速度,提高固液分离的效率:⑴改变发酵液的物理性质,包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸,降低液体黏度;⑵相对纯化,去除发酵液中的部分杂质(高价无机离子和杂蛋白质),以利于后续各步操作; ⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中(多数是液相)。 3.预处理手段:絮凝与凝聚处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中,改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态,破坏其稳定性,使其聚集起来,增大体积以便固液分离。常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。其余手段:加热,调节pH。 凝聚:胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子(1mm), 机理:1)中和粒子表面电荷; 2)消除双电层结构;3)破坏水化膜。 胶体双电层结构:发酵液中菌体表面带有负电荷,由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周围,在界面上形成了双电层。正离子同时受到使它们均匀分布的热运动影响,具有离开胶粒表面的趋势。对带负电性菌体的发酵液,高价阳离子的存在,可压缩扩散层的厚度,促使ζ电位迅速降低,而且化合价越高,这种影响越显著。 电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示,使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度(毫摩尔/升),称为凝聚价或凝聚值。Schulze-Hardy法则(叔采-哈代):反离子的价数越高,凝聚价越小,即凝聚能力越强。 絮凝:使用絮凝剂(天然和合成的大分子量聚电解质)将胶体粒子交联成网,形成10mm大小絮凝团的过程。絮凝剂主要起架桥作用。机理:架桥作用。 4.加热作用:发酵液预处理最简单最常用的方法。加热能改善发酵液的操作特性。只适用于对热较稳定的液体。注意加热温度与时间,不影响产物活性和细胞的完整性。 5.影响发酵液固液分离的因素:1)发酵液中悬浮粒子的大小; 2)发酵液的黏度viscosity,粘度越大,固液分离越困难。 6.板框压滤机:其过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压。1)广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。 2)板框式压滤机在过滤时,悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打人框内,滤液穿过滤框两侧滤布,沿相邻滤板沟槽流至滤液出口,固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。 3)优点:过滤面积大,结构简单,价格低,动力消耗少,对不同过滤特性的发酵液适应性强。它最重要的特征是通过过滤介质时产生的压力降可以超过0.1MPa,这是真空过滤器无法达到的。 4)缺点:不能连续操作,设备笨重,劳动强度大,卫生条件差,非过滤的辅助时间较长。 7.错流过滤原理:液体的流向和滤膜相切。在压力推动下,悬浮液以高速在管状滤膜的内壁作切向流动,利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体(滤饼)移走,而附着在滤膜上的滤饼很薄,因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度。目前适用于小分子的分离。 特点:收率高(97-98%)、质量好、减少处理步聚、染菌罐也能进行处理、介质阻力大、不能得到干滤饼、需要大的膜面积。

2013年中国海洋大学612生物化学A考试大纲

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生物反应工程复习资料

生物反应工程原理复习资料 生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。 生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。 酶和酶的反应特征 酶是一种生物催化剂,具有蛋白质的一切属性;具有催化剂的所有特征;具有其特有的催化特征。 酶的来源:动物、植物和微生物 酶的分类:氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶 酶的性质:1)催化共性:①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。 2)催化特性:①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3)调节功能:浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等 固定化酶的性质 固定化酶:在一定空间呈封闭状态的酶,能够进行连续反应,反应后可以回收利用。 与游离酶的区别: 游离酶----一般一次性使用(近来借助于膜分离技术可实现反复使用) 固定化酶--能长期、连续使用(底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响;一般情况下稳定性有所提高;以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后,可添加新鲜酶溶液,使有活性的酶再次固定,“再生”活性) 固定化对酶性质的影响:底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化 单底物均相酶反应动力学 米氏方程 快速平衡法假设:(1)CS>>CE ,中间复合物ES 的形成不会降低CS (2)不考虑 这个可逆反应(3) 为快速平衡, 为整个反应的限速阶段,因此ES 分解成产物不足以 破坏这个平衡 稳态法假设:(1)CS>>CE ,中间复合物ES 的形成不会降低CS (2)不考虑 这个可逆反应(3)中间复合物ES 一经分解,产生的游离酶立即与底物结合,使中间复合物ES 浓度保持衡定,即 P E ES S E k k k +→+?-211P E ES +←ES S E ?+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES

生物分离工程练习题

《生物分离工程》练习题 绪论 1.生物分离过程包括目标产物的提取、浓缩、纯化。 2.生物分离过程的显着特点是什么? 1、条件温和 2、安全性、卫生性要求高 3、方法需要具有高选择性 4、对原 料高度浓缩 3.评价一个分离过程的效率主要有三个标准,目标产物的浓缩程 度、分离纯化程度、回收率。 4.图中F表示流速,c表示浓度;下标T和X分别表示目标产物和杂质。C、P 和W分别表示原料、产品和废料。写出产品浓缩率m、分离因子α、回收率REC 的计算公式。书本第九页 第一章细胞分离与破碎 1.在细胞分离中,细胞的密度ρ S 越大,细胞培养液的密度ρ L 越小,则细 胞沉降速率越大。 2.过滤中推动力要克服的阻力有过滤介质阻力和滤饼阻力,其中滤 饼占主导作用。 3.B可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率 4.重力沉降过程中,固体颗粒不受C的作用。 A.重力 B.摩擦力 C.静电力 D.浮力 5.过滤的透过推动力是 D 。 A.渗透压 B.电位差 C.自由扩散 D.压力差 6.在错流过滤中,流动的剪切作用可以B。 A.减轻浓度极化,但增加凝胶层的厚度 B.减轻浓度极化,但降低 凝胶层的厚度 C.加重浓度极化,但增加凝胶层的厚度 D.加重浓度极化,但降低 凝胶层的厚度

7.重力沉降过程中,固体颗粒受到重力,浮力,流体摩擦阻力的 作用,当固体匀速下降时,三个力的关系平衡 8.撞击破碎适用于D的回收。 A.蛋白质 B.核酸 C.细胞壁 D.细胞器 9.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。 10.管式和碟片式离心机各自的优缺点。 管式,优点:离心力较大缺点:沉降面积小,处理能力降低 碟片式,优点:沉降面积大缺点:转速小,离心力较小 11.单从细胞直径的角度,细胞直径越小,所需的压力或剪切力越大,细 胞越难破碎 12.细胞的机械破碎主要方法有高压匀浆、珠磨、喷雾撞击破碎、 超声波破碎 13.细胞的化学破碎技术包括酸碱处理、酶溶、化学试剂处 理。 第二章初级分离 1.防止蛋白质沉淀的屏障有蛋白质周围水化层和双电层。 2.判断:当蛋白质周围双电层的ζ电位足够大时,静电排斥作用抵御蛋白质分子之间的分子间力,使蛋白质溶液处于稳定状态而难以沉淀。(正确) 3.降低蛋白质周围的水化层和双电层厚度,可以破坏蛋白质溶液的稳定性,实现蛋白质沉淀。 4.常用的蛋白质沉淀方法有:盐析沉淀,等电点沉淀,有机溶剂沉淀。

生物反应工程原理

第一章生物工程导论 1.生化反应工程的概念 以生物反应动力学为基础,利用化学工程方法研究生物反应过程的一门学科。 2.生化反应工程研究对象 研究生物反应动力学反应器设计 3.生化反应特点 优点:反应条件温和设备简单同一设备进行多种反应通过改良菌种提高产量 缺点:产物浓度低,提取难度大废水中的COD和BOD较高前期准备工作量大菌种易变异,容易染杂菌 4.生化反应动力学 本征动力学:又称微观动力学,生化反应所固有的速率没有物料传递等工程因素影响。 反应器动力力学:宏观动力学,在反应器内所观察到的反应速率是总速率考虑。 5.生化工程研究中的数学模型 结构模型:由过程机理出发推导得出 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 第二章生物反应工程的生物学与工程基础 1.因次:导出单位,也称量纲。 2.红制及基本单位 密度比容气体密度压力 第三章微生物反应计量学教材p53-64 1.反应计量学:对反应物组成及转化程度的数量化研究 2.得率系数与维持因数: 得率系数:细胞生成量与基质消耗量的比值 维持因数:单位质量细胞进行维持代谢时所消耗的基质。 3.细胞组成表达式及元素衡算方程 细胞组成表达式CH1-8O0.5N0.2 元素衡算方程CHmOn+aO2+bNH3=CCH2O3Nr+d H2O +e CO2 4.得率系数与计量系数关系 当细胞反应是细胞外产物的简单反应时,得率系数与计量系数关系如下: 5.呼吸商:二氧化碳产生速率与氧气消耗速率之比 6.实例计算 第四章均相酶反应动力学(教材P8-10,26-38) 1.酶活力表达方法及催化特性 催化特性:酶具有很强的专一性较高的催化效率反应条件温和易失活,温热,氧化失活 2.了解反应速率方程的几种形式 零级反应:反应速率与底物浓度零次方成正比 一级反应:反应速率与底物浓度一次方成正比 二级反应:反应速率与浓度二次方成正比

生物分离工程复习

生物分离工程复习题 第一章导论 一解释名词 生物下游加工过程(生物分离工程),生物加工过程 二简答题 1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同?(生物下游加工过程特点是什么?生物分离工程的特点是什么?) 2 生物分离工程在生物技术中的地位? 3 分离效率评价的主要标准有哪些?各有什么意义? 4 生物分离工程可分为几大部分,分别包括哪些单元操作?(简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元) 5 在设计下游分离过程前,必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠? 6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面? 7 纯化生物产品的得率是如何计算的?若每一步纯化产物得率为90%,共6步纯化得到符合要求产品,其总收率是多少? 第二章发酵液预处理 一解释名词 凝聚,絮凝,凝聚剂,过滤,离心,细胞破碎,包含体 二简答题 1 为什么要进行发酵液的预处理?常用处理方法有哪几种? 2 凝集与絮凝过程有何区别?如何将两者结合使用?常用的絮凝剂有哪些? 3 发酵液预处理中凝聚剂主要起什么作用?絮凝机理是什么? 4 细胞破碎的方法包括哪几类?工业上常用的方法有哪些?为什么? 5 沉降与离心的异同? 6 离心设备可分为哪两大类?按分离因子Fr不同,离心机一般分为哪几类? 7 常用的离心沉降设备有哪些?常用的过滤设备有哪些? 8 固-液分离主要包括哪些方法和设备? 9 试比较固液分离中过滤和离心分离技术的特点。 10 高压匀浆与高速珠磨破碎法各有哪些优缺点? 11 比较工业常用的过滤设备优缺点。离心与过滤各有什么优缺点?

第三章沉淀与结晶 一解释名词 沉淀,结晶,盐析,盐溶,盐析结晶,盐析沉淀,硫酸铵饱和度,晶种,晶核,晶型, 饱和溶液,过饱和溶液,饱和度 二简答题 1 根据加入沉淀剂的不同沉淀分离主要包括哪几类?) 2 常用的蛋白质沉淀方法有哪些?有机溶剂沉淀蛋白质的机理什么?用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项? 3 影响盐析的主要因素有哪些?在工艺设计中如何应用? 4 如何确定盐析过程中需要加入硫酸铵的量? 5 简述有机溶剂沉淀的原理。 6沉淀与结晶有何不同? 7 结晶操作的原理是什么?常用结晶器包括哪两种类型?如何选择结晶设备? 8 粒子大小与溶解度有何关系? 9 有哪些方法造成溶液过饱和? 10 绘制饱和温度曲线和过饱和温度曲线,并标明稳定区、亚稳定区和不稳定区。并简述其意义 11 影响硫酸铵盐析效果的主要因素有哪些?公式Ig S=β- Ks I 中β、Ks各与什么因素有关? 第四章萃取 一解释名词 萃取,反萃取,分配系数,有机溶剂萃取,分离因子,乳化,胶团,反胶团,反胶团萃取,临界胶束浓度,溶解度参数,介电常数,HLB 值,萃取因素,带溶剂,超临界流体,超临界流体萃取,双水相萃取,液膜萃取,多级逆流萃取 二简答题 1 生物物质的萃取与传统的萃取相比有哪些不同点? 2 溶剂萃取按参与溶质分配的两相不同而分为哪5类?有机溶剂萃取中产生乳化后使有机相和水相分层困 难,一般会出现哪两种夹带?各产生什么后果? 3 萃取过程(方式)设计分为哪几种类型? 4 pH 对弱电解质的萃取效率有何影响? 5 发酵液乳化现象是如何产生的?对分离纯化产生何影响? 影响乳浊液稳定的因素主要有哪些?如何有 效消除乳化现象?

分离工程第二章复习思考题.doc

分离工程第二章复习思考题 第二章复习思考题 一填空题 (1)单级分离是指两相经()后随即分离的过程。 (2)常用的气液相平衡关系为()。 (3)相对挥发度的定义为两组分的()之比,它乂称为()o (4)根据泡、露点的概念,精憾塔塔顶温度即为对应塔顶气相组成的 (),塔釜温度即 为对应塔釜液相组成的()。 (5)平衡常数与组成冇关的露点计算,需迭代露点温度或压力外,还需对()进行试差。 (6)在分离流程中常遇到的部分汽化和冷凝过程属()。 (刀在进行闪蒸计算吋,需判断混合物在指定温度和压力下是否处于 (8)当混合物在一定的温度和压力下,满足()条件,混合物处

于()。 (9)传质分离可分为和。 (10) (11)衡量分离的程度用表示,处于相平衡状态的分离程 度是。当混合物在一定的温度、压力下,满足条 件即处于两相区,可通过 计算求出其平衡汽液相组成。 (12) (13) (14) (15)分离剂可以分为和两大类。理想气体的 平衡常数与无关。绝热闪蒸过程,节流后的温度 设计变量分为与。 二选择题 (1)计算溶液泡点时,若 ,则说明 a.温度偏低 b.正好泡点?KXi i?lCi?l?O c.温度偏高 c (2)在一定温度和压力下,由物料组成计算出的i?l 状态为()? KXiCi?l?O, 且i?l?Zi/Ki?l,该进料

a.过冷液体 b.过热气体 c.汽液混合物 (3)计算溶液露点时,若?yi/Ki?l?O,则说明 a.温度偏低 b.正好泡点 c.温度偏高 (4)汽液相平衡K值越大,说明该组分越() A.易挥发 B.难挥发 C.沸点高 D.蒸汽压小 (5)气液两相处于平衡时() A.两相间组份的浓度相等 B.只是两相温度相等 C.两相间各组份的化学位相等 D.相间不发生传质 (6)当过冷液体进行被加热吋,开始产生气泡的点叫作() A.露点 B.临界点 C.泡点 D.熔点 (7)当过热蒸汽被冷却时,开始产生液滴的点叫作() A.露点 B.临界点 C.泡点D?熔点 (8)当物系处于泡、露点Z间时,体系处于() A.饱和液相 B.过热蒸汽 C.饱和蒸汽 D.气液两相 (9)闪蒸是单级蒸憾过程,所能达到的分离程度() A.很高 B.较低 C.只是冷凝过程,无分离作用 D.只是气化过程,无分离作用 (10)下列哪一个过程不是闪蒸过程() A.部分气化 B.部分冷凝 C.等含节流 D.纯组分的蒸发 (11)等含节流之后()

生物反应工程习题

1-6 试根据下列实验数据确定r max、K m和K I值,并说明该酶反应是属于竞争性抑制还是属于非竞争性抑制。 1-7 某一酶反应K m=4.7×10-5mol/L,r max=22 μmol/(L·min),c S=2×10-4 mol/L,c I=5×10-4 mol/L,K I=5×10-5 mol/L。试分别计算在竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。

1-8 Eadie测量了存在和不存在某种抑制剂情况下乙酰胆碱在某酶作用下进行水解反应的初始速率,数据如下: (1)判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性?(2)用L-B法求在有抑制剂存在时的动力学参数。 1-10 在某种水解酶的作用下葡萄糖-6-硫酸可以分解为葡萄糖和硫酸。在一定的酶浓度下,测得M-M方程中的的参数K m=6.7×10-4 mol/L,r max=3×10-7 mol/(L·min)。对该反应,半乳糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。当c S0=2×10-5mol/L,c I0=1×10-5 mol/L时,测得反应速率r SI=1.5×10-9mol/(L·min)。试求K*m 和K I的值。

第二章 习题 2-1 以葡萄糖为底物进行面包酵母的培养,其反应方程式可用下式表达。 612623610322 C H O + 3O + NH C H NO () + H O + CO a b c d →酵母 试求其计量关系式中的系数a 、b 、c 和d 。 2-2 在需氧条件下,以乙醇为底物进行酵母生长的反应式可表示为: 2523 1.7040.1490.40822C H OH + O + NH CH N O + CO + H O a b c d e → 试求: (1)当RQ=0.66时,a 、b 、c 、d 和e 的值;(2)确定Y X/S 和Y X/O 值。

生物分离工程期末总复习

第一章绪论 一、生物分离工程在生物技术中的地位? 二、生物分离工程的特点是什么? 1.产品丰富产品的多样性导致分离方法的多样性 2.绝大多数生物分离方法来源于化学分离 3.生物分离一般比化工分离难度大 3.生物分离工程可分为几大部分,分别包括哪些单元操作? 三、生物分离过程一般分四步: 1.固-液分离(不溶物的去除) 离心、过滤、细胞破碎 目的是提高产物浓度和质量 2.浓缩(杂质粗分) 离子交换吸附、萃取、溶剂萃取、反胶团萃取、超临界流体萃取、双水相萃取 以上分离过程不具备特异性,只是进行初分,可提高产物浓度和质量。 3.纯化 色谱、电泳、沉淀 以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。 4.精制结晶、干燥 四、在设计下游分离过程前,必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠? (1)产品价值 (2)产品质量 (3)产物在生产过程中出现的位置 (4)杂质在生产过程中出现的位置 (5)主要杂质独特的物化性质是什么? (6)不同分离方法的技术经济比较 上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。 五、.生物分离效率有哪些评价指标? 1.目标产品的浓缩程度——浓缩率m 2.系数α回收率REC 第二章细胞分离与破碎

1.简述细胞破碎的意义 一、细胞破碎的目的 由于有许多生化物质存在于细胞内部,必须在纯化以前将细胞破碎,使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏(增大通透性)或破碎,释放其中的目标产物,然后方可进行提取。 二、细胞破碎方法的大致分类 破碎方法可归纳为机械破碎法和非机械破碎法两大类,非机械破碎法又可分为化学(和生物化学)破碎法和物理破碎法。 1.机械破碎 处理量大、破碎效率高速度快,是工业规模细胞破碎的主要手段。 细胞的机械破碎主要有高压匀浆、研磨、珠磨、喷雾撞击破碎和超声波破碎等。 2.化学(和生物化学)渗透破碎法 (1)渗透压冲击法(休克法)(2)酶溶(酶消化)法 3.物理破碎法 1)冻结-融化法(亦称冻融法)(2)干燥法 空气干燥法真空干燥法冷冻干燥法喷雾干燥法 三、化学渗透法和机械破碎法相比有哪些优缺点? 化学渗透破碎法与机械破碎法相比优点:化学渗透破碎法比机械破碎法的选择性高,胞内产物的总释放率低,特别是可有效地抑制核酸的释放,料液的粘度小,有利于后处理过程。 化学渗透破碎法与机械破碎法相比缺点:化学渗透破碎法比机械破碎法速度低,效率差,并且化学或生化试剂的添加形成新的污染,给进一步的分离纯化增添麻烦。 第三章初级分离 一、常用的蛋白质沉淀方法有哪些? 盐析沉淀,等电点沉淀,有机溶剂沉淀,热沉淀 二、影响盐析的主要因素有哪些? (1)离子强度:Ks和β值, 强度越大,蛋白质溶解度越小; (2)蛋白质的性质:因相对分子质量和立体结构而异,结构不对称、相对分子质量大的蛋白质易于盐析; (3)蛋白质的浓度:蛋白质浓度大,盐的用量小,共沉作用明显,分辨率低;蛋白质浓度小,盐的用量大,分辨率高;2.5%~3.0% 时最适合; (4)pH值:通常调整到pI附近,盐浓度较大会对等电点产生较大影响,pH对不同蛋白质的共沉影响;

中国海洋大学食品考研生物化学2010真题.

中国海洋大学 2010年硕士研究生入学考试试题 生物化学 B 一、判断题:(对的打√,错的打×。每题 1分,共 30分 1 当不同分子大小的蛋白质混合物流经凝胶柱层析时,小分子物质因体积小最先被洗脱出来。 2 球蛋白的三维折叠均采取亲水侧基在外,疏水侧基藏在分子内部的结构。 3蛋白质变性主要由于氢键的破坏这一概念是由 Anfinsen 提出的。 4 无论氨基酸顺序如何,多肽链主链结构的连键都是相同的。 5 蛋白质在等电点时溶解度最小。 6 酶的别构调节是慢速调节。 7 在原核细胞和真核细胞中,染色体DNA都是与组蛋白形成复合体。 8人体可以合成各种类型的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。 9脂肪酸的氧化只要β-氧化一种形式。 10 TCA循环可以产生 NADH 2和 FADH 2,但不能产生高能磷酸化合物。 11 氧化还原电位决定了呼吸链中传递体的排列顺序以及电子的流动方向。 12 鸟氨酸循环是肝细胞内的线粒体中进行的。 13 体内脱氨基的主要形式是氧化脱氨基作用。 14 逆转录酶具有 DNA 聚合酶和 RNA 聚合酶的双重功能。

15 蛋白质合成是在核糖核蛋白体上进行的,氨基酸可以随机结合到各自的位点上。 16尿素的生产过程是耗能过程。 17 在原核生物中 DNA 的复制是半保留式的不连续复制,而真核生物中是半不连续的。 18 很多生物合成途径中最后一步是由一种调节酶催化的,此酶为自身的产物,即该途径的最终产物所抑制。 19 核糖体上每个肽键的形成除在氨基酸的活化中用去二个高能磷酸键外,还需消耗两个高能磷酸键。 20 在线粒体中有三羧酸循环、脂肪酸α-氧化、氧化磷酸化的酶系。 21 果糖 1,6-二磷酸对丙酮酸激酶具有反馈抑制作用。 22 酶的共价修饰能引起酶分子构像的变化。 23 蛋白质的合成中终止密码子不编码任何蛋白质。 24 糖异生走糖酵解的所有逆过程。 25 分泌性蛋白质需要信号肽的作用。 26 RNA与DNA的合成都需要引物。 27三羧酸循环中有2次脱羧,都是在脱羧酶催化下完成。 28丙酮酸转化为乙酰 CoA 是由丙酮酸脱羧酶完成的。 29 抗霉素 A 是呼吸链的解偶联剂。 30 tRNA是细胞内含量最丰富的 RNA ,其二级结构呈三叶草形。 二、单项选择题:(每小题 1分,共 40分 1 下列化合物中不含有核糖的是

分离工程 第二章 单级平衡过程

分离工程第二章单级平衡过程

第二章 单级平衡过程 Chapter2 Single stage balance process 单级平衡分离是指两相经一次紧密接触达到平衡后随即引离的过程,由于平衡两相的组成不同,因而可起到一个平衡级的分离作用。其相平衡用于阐述混合物分离原理、传质推动力和设计计算。 §2-1汽液相平衡(Vapour-liquid phase equilibrium ) 所谓相平衡是指两个或两个以上的相处于平衡状态。“平衡”的意思是指:在宏观上系统的性质随时间而改变的趋势已达到零。而所谓“相”,是指任何数量的物质在其所占据的空间内宏观性质是均匀一致的,没有不连续的地方。一定数量的物质,即使被分割成若干部分,但只要它们的性质和组成完全一样,则可把它们称为一个“均相”。若有两个或两个以上的均相,虽然它们互相紧密接触,但它们各自的性质并不随时间而改变,通常,就用“相平衡“这一词来表达这一状态。 对于双组分系统温度—压力—组成的平衡关系,常常利用实验来测得,而多组分系统的相平衡关系用实验方法来测定就比较复杂。随着相平衡理论研究的深入,对双组分和多组分系统的汽液相平衡已建立了一些定量的关系式,利用这些关系式,它只需用少量的双组分的实验数据,这就大大地减轻了实验工作量。 一、 汽液相平衡关系(Vapour-liquid phase equilibrium ) 1. 基本关系式 相平衡条件:组分i 在汽液两相中的化学位相等,L i V i μμ= 也可表示为组分i 在汽液两相中的逸度相等, L i V i f f ??= i V i V i i V i V i y f y P f 0??γφ== i L i L i i L i L i x f x P f 0??γφ== i L i i V i x P y P φφ??= 或 i i L i i V i x f y P γφ0?= () RT P P V P f S i i S i S i L i -=ex p 0φ 2. 相平衡常数i k

生物分离工程解析

第一章绪论 一生物分离工程的特点是什么? 1 发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液 2 培养液是多组分的混合物 3 生化产品的稳定性差 4 对最终产品的质量要求高 二生物分离工程可分为几大部分,分别包括哪些单元操作? 三在设计下游分离过程前,必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠? 1 采用步骤数最少 2 次序要相对合理 3 适应产品的技术规格 4 生产规模 5 进料组成 6 产品形式、产品的稳定性、物性 7 环保和安全要求 8 生产方式 第二章细胞分离与破碎 一如何预处理发酵液? 1. 高价无机离子的去除方法 去除钙离子:通常使用草酸。但由于草酸溶解度较小,不适合用量较大的场合。 去除镁离子:加入三聚磷酸钠,与镁离子形成络合物。 用磷酸盐处理,也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。例如:环丝氨酸的提取。 去除铁离子: 加入黄血盐,使其形成普鲁士蓝沉淀而除去。 2 杂蛋白质的除去 (1) 沉淀法盐析调节pH→pI (2) 吸附法加入吸附剂或沉淀剂 (3) 变性法加热,大幅度调节pH,加有机溶剂或表面活性剂等。 (4) 凝聚Coagulation和絮凝flocculation 目前工业上最常用的预处理方法之一。常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理。

3. 有色物质的去除及其他 (1) 使用吸附剂去除有色物质 离子交换剂、离子交换纤维、活性炭等 (2) 用工业酶制剂可净化发酵产物,除去干扰性浑浊物 淀粉酶:不溶性多糖 单糖 (3) 使用惰性助滤剂 硅藻土、纸浆、珍珠岩等 (4) 加入反应剂 环丝氨酸发酵液用CaO 和H3PO4处理 二 凝聚和絮凝的区别 凝聚:向胶体悬浮液中加入电解质,由于双电层电位降低,使胶体体系不稳定,胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集(1mm 左右)的现象。常用的凝聚剂有:Al2(SO4)3.18H2O ,AlCl3.6H2O ,FeCl3,ZnSO4,MgCO3 絮凝:指在某些高分子絮凝剂存在下,在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大(10mm )的絮凝团的过程。 三 滤饼的重量比阻rB 表示单位滤饼厚度的阻力系数,是衡量过滤特性的主要指标。 对于不可压缩滤饼,比阻值为常数,但对于可压缩滤饼,rB = f (p )。 如忽略过滤介质的阻力,恒压下的过滤速率方程式为: 22B B p q r X ?τ = μ q — 到瞬间τ,通过单位过滤面积的滤液量,m3/m2; ⊿p —操作压差,Pa ; τ —过滤时间,s ; μ — 滤液黏度,Pa.s; rB — 滤饼的重量比阻,m/kg; XB — 通过单位体积滤液所形成的滤饼干重,kg/m3; 在不同时间τ测定滤液量,根据过滤面积就可得q 值。以q 为横轴,τ /q 为纵轴作图,所得 直线获得斜率(M )。2B B r X q Mq q p τμ=?=? 2B B M p r X ?= μ 四 了解常用固-液分离设备及其特点 1 板框式压滤机 优点:结果简单、价格低廉、过滤面积大。 缺点:不能连续操作、劳动强度大、滤液澄清度不高。 2 鼓式真空过滤机 优点:能连续操作,实现自动化控制,适用于处理量大而固体含量较多的滤浆。 缺点:压差较小,不适用于滤饼阻力较大的物料。 3 错流过滤 优点:过滤速度快。 缺点:固液相的分离不太完全。 五 常用的细胞破碎方法, 了解机械破碎法所用设备 1. 机械破碎 1) 高压匀浆法 设备:高压匀浆器 2) 珠磨 设备:珠磨机 3)撞击破碎 设备:撞击破碎器

中国海洋大学2018年《612 生物化学A》考研大纲_中国海洋大学考研网

中国海洋大学2018年《612生物化学A》考研大纲612生物化学A 一、考试性质 《生物化学》是进行生命科学研究的需要学习的基础课程,也是学生继续学习其他专业课程(如分子生物学,遗传学,基因组学,蛋白质组学等)的基础。主要考察考生的基本生物化学素养即对生化基本知识和技能的掌握。 二、考察目标 1、要求学生在分子水平上掌握构成生物体的基本物质(蛋白质、核酸、酶、维生素、糖、脂等)的组成、结构、性质、功能等内容。 2、要求学生掌握这类物质在体内的合成、降解、相互转化及调控等的代谢规律程度,及对这些代谢活动与各种重要生命现象之间的关系。 3、要求学生掌握生物化学研究方法,学会综合运用所学来解决实际问题,为研究生阶段的学习打好基础。 三、考试形式 本考试为闭卷考试,满分为150分,考试时间为180分钟。 试卷结构:选择30%左右,名词解释15%左右,填空15%左右,判断15%左右,问答25%左右. 四、考试内容 1、蛋白质化学:氨基酸、蛋白质的共价结构、蛋白质的三维结构、蛋白质结构与功能的关系、氨基酸及蛋白质的分离纯化和表征 2、酶化学:酶通论、酶促反应动力学、酶的作用机制和酶的调节、维生素和辅酶 3、核酸化学:重要核苷酸的结构和性质、核酸的一级、二级和高级结构及特征、核酸的理化性质及常见研究方法和原理 4、代谢总论:基本概念、代谢的特点、新陈代谢研究方法 5、糖类及糖代谢:糖类化学、糖酵解作用、柠檬酸循环、生物氧化、糖的其他代谢途径 6、脂类与脂代谢:脂类化学、脂肪酸的分解代谢、脂类的生物合成

7、蛋白质降解和氨基酸的分解代谢:蛋白质的降解过程;氨基酸的脱氨基途径、尿素循环。 8、核酸的降解和核苷酸代谢:核酸降解过程;嘌呤碱和嘧啶碱基降解过程;核苷酸、脱氧核糖核苷酸合成与调节。 9、DNA的复制和修复:DNA的半保留复制、DNA复制的起点和方式、DNA的半不连续复制、DNA复制有关的酶和蛋白质、大肠杆菌DNA复制过程 10、RNA的生物合成和加工:DNA指导下RNA合成、RNA的转录后加工、RNA指导下的RNA和DNA的合成 11、蛋白质合成及转运:蛋白质合成的分子基础、蛋白质合成过程、蛋白质合成后修饰、加工和转运 12、细胞代谢及基因表达调控:物质代谢途径的相互联系、物质代谢的特点、代谢调节 五、是否需要计算器 否。 文章来源:文彦考研

化工分离工程第2章 习 题

第2章 习 题 2.1 1. 计算在0.1013MPa 和378.47K 下苯(1)-甲苯(2)-对二甲苯(3)三元系,当x 1 = 0.3125、x 2 =0.2978、x 3 =0.3897时的K 值。汽相为理想气体,液相为非理想溶液。并与完全理想系的 K 值比较。已知三个二元系的wilson 方程参数(单位: J/mol ): λ12-λ11=-1035.33; λ12-λ22=977.83 λ23-λ22=442.15; λ23-λ33=-460.05 λ13-λ11=1510.14; λ13-λ33=-1642.81 在T =378.4 K 时液相摩尔体积(m 3 /kmol )为: =100.91×10 -3 ; =177.55×10 -3 ; =136.69×10 -3 安托尼公式为(p s :Pa ; T :K ): 苯:1n =20.7936-2788.51/(T -52.36); 甲苯:1n =20.9065-3096.52/(T -53.67); 对 -二甲苯:1n =20.989 1-3346.65/(T -57.84); 2.1 1.答案解: 由Wilson 方程得: Λ12 = l l V V 12exp[-(λ12-λ11)/RT] =3 3 10 91.1001055.177??×exp[-(1035.33)/(8.314×378.47)]=2.4450 Λ21=0.4165 Λ13=0.8382 Λ31=1.2443 Λ23=0.6689 Λ32=1.5034 ln γ1=1-ln(Λ12X 2+Λ13X 3)-[3231 212 21X X X Λ+ΛΛ+ 2 321313 31X X X Λ+ΛΛ ]=0.0497 γ1=1.0509 同理,ln γ2=0.05148, γ2=1.6732 ln γ3=0.4190, γ3=1.5203 lnP 1S =20.7936-2788.51/(378.47-52.36)=12.2428, P 1S =0.2075Mpa lnP 2S =20.9062-3096.52/(378.47-53.67)=11.3729, P 2S =0.0869Mpa lnP 3S =20.9891-3346.65/(378.47-57.84)=10.5514, P 3S =0.0382Mpa

中国海洋大学生物化学复习题纲

第一章第一章 糖化学糖化学 1、 糖的概念和分类 2、 单糖的结构(以G 和F 为代表),链状结构和环状结构、D/L、α/β构型是如何确定的? 3、 糖的性质:重点是变旋性及其原因、还原性、差向异构化、成脎、成糖苷、酸的作用 4、 Sliwanoff 试验、间苯三酚实验、Bial 试验、Molisch 试验、蒽酮反应 5、 单糖的构象:船式和椅式 6、 解释名词:糖苷、异头体、差向异构体 7、 麦芽糖、蔗糖、乳糖的结构组成特点,它们是否具有还原性和变旋现象? 8、 淀粉、糖原和纤维素的结构特点和性质. 9、 了解糖蛋白中糖肽键的类型、糖链的分类 10、 糖胺聚糖的通式及代表性化合物有哪些? 第二章 脂类和生物膜脂类和生物膜 1、 了解脂质的分类 2、 了解脂质的生物学功能 3、 三脂酰甘油的结构组成 4、 天然脂肪酸的特点有哪些? 5、 什么叫必需脂肪酸,人体的必需脂肪酸有哪些? 6、 三脂酰甘油的化学性质:皂化、氢化、卤化,酸败的作用或原因?皂化价与分子量有什么 关系? 7、 以卵磷脂和脑磷脂为代表掌握磷脂的结构组成。掌握各种磷脂在中性环境中的带电情 况。 8、 什么叫糖脂,分几类?

9、 天然磷脂的构型是什么型的。 10、掌握胆固醇和麦角固醇的结构。 11、血浆脂蛋白的组成和分类 12、生物膜主要是由哪些成分组成的? 13、简述生物膜的液体镶嵌结构模型的特点。 14、生物膜的生物学意义有哪些? 15、影响生物膜流动性的因素。 第三章第三章 蛋白质化学 蛋白质化学 1、 蛋白质的元素组成特点、蛋白质的分类、蛋白质的功能 2、 记住20种氨基酸的结构、分类和代号 3、 掌握氨基酸的两性解离和等电点(包括概念和计算) 4、 AA 的性质:AA 的甲醛滴定、紫外吸收特性、氨基酸与亚硝酸反应、与酰化试剂反应(重 点丹横酰氯反应)、烃基化反应(DNFB 反应、PITC 反应)、茚三酮反应、Pauly 反应。 5、 为什么氨基酸的酰基化和烃基化需要在碱性溶液中进行为什么氨基酸的酰基化和烃基化需要在碱性溶液中进行?? 6、 蛋白质的水解方法有哪些?各有什么优缺点? 7、 纸层析法和离子交换法分离AA 法的基本原理。 8、 什么叫双缩脲反应? 9、 掌握谷胱甘肽的结构特点及肽的等电点的计算。 10、 什么叫肽单位、二面角、Φ角、Ψ角、亚基、酰胺平面、同源蛋白质、顺序同源性、 分子病、别构现象、超二级结构 11、 掌握蛋白质一、二、三、四级结构的概念、维持其结构的主要化学键 12、 影响α-螺旋形成的因素有哪些?

生物反应工程(知识点参考)

名词解释 1,返混:不同停留时间的物料的混合。 2,双膜理论:作为界面传质动力学的理论,该理论较好地解释了液体吸收剂对气体吸收质吸收的过程。一种关于两个流体相在界面传质动力学的理论 3,构象改变:在分子生物学里,一个蛋白质可能为了执行新的功能而改变去形状;每一种可能的形状被称为构象,而在其之间的转变即称为构象改变。 4,分配效应:分配的马太效应(Matthew Effect),是指好的愈好,坏的愈坏,多的愈多,少的愈少的一种现象。 5,酶的固定化技术:酶固定化技术是通过物理或化学的方法将酶连接在一定的固相载体上成为固定化酶,从而发挥催化作用。固定化后的酶在保持原有催化活性的同时,又可以同一般催化剂一样能回收和反复使用,可在生产工艺上实现连续化和自动化,更适应工业化生产的需要。 6,结构模型:就是应用有向连接图来描述系统各要素间的关系,以表示一个作为要素集合体的系统的模型. 7,固定化酶:水溶性酶经物理或化学方法处理后,成为不溶于水的但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。在催化反应中以固相状态作用于底物。 ¥ 8,停留时间:又称寄宿时间,是指在稳定态时,某个元素或某种物质从进入某物到离开该物所度过的平均时间。 9,恒化器:一种微生物连续培养器。它以恒定的速度流出培养液,使容器中的微生物生长繁殖始终低于最快生长速度。这种容器反映的是培养基的化学环境恒定。而恒浊器反映的是细胞浊度(浓度)的恒定。 10,恒浊器:一种连续培养微生物的装置。可以根据培养液中的微生物的浓度,通过光电系统观控制培养液的流速,从而使微生物高密度的以恒定的速度生长。11,生物反应工程:一个由生物反应动力学与化学反应工程结合的交叉分支学科。着重解决不同性质的生物反应在不同型式的生物反应器中以不同的操作方式操作时的优化条件 12,连续灭菌:就是将配制好的培养基在通入发酵罐时进行加热,保温,降温的灭菌过程,也称连消。 13,间歇灭菌:在100℃条件下,灭菌30分钟,间隔24小时再重复操作三次。 14,有效电子转移:是指物质在氧化过程中伴随着能量释放所进行的电子转移。 15,能量生长偶联型:当有大量合成菌体材料存在时,微生物生长取决于ATP的供能,这种生长就是能量生长偶联型。 16,能量生长非偶联型:在ATP的供能充分,而合成细胞的材料受限制时,这种生长就是能量生长非偶联型。 、 17,不可逆抑制:抑制剂与酶的必需基团或活性部位以共价键结合而引起酶活力丧失,不能用透析、超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而使酶活力恢复的作用。18,流加式操作:能够任意控制反应液中基质浓度的操作方式。 19,代谢工程:通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径。 20,连续培养及稳态:又叫开放培养,是相对分批培养或密闭培养而言的。连续培养是采用有效的措施让微生物在某特定的环境中保持旺盛生长状态的培养方法. 生理学家把正常机体在神经系统和体液以及免疫系统的调控下,使得各个器官、系统的协调活动,共同维持内环境的相对稳定状态,叫做稳态。

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