海大生物反应工程原理大全

均相酶促反应动力学；是以研究酶促反应机制为目的,解释了酶促反应机制和过程，还应对影响其反应速率的因素进行定量的分析，建立可信赖的反应速率方程，并以此为基础进行反应器的合理设计和确定反应过程的最佳条件。均相酶催化反应：酶与反应物系同处液相的酶催化反应。单底物酶促反应：一种反应物参与的不可逆反应。返混：不同停留时间的物料的混合，称为返混。酶的固定化技术：是指将水溶性酶分子通过一定的方式如静电吸附、共价键等与载体结合，制成固相酶的技术。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。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。生物反应工程：生物反应工程是一门以研究生物反应过程中带有共性的工程技术问题的学科。是以生物学、化学、工程学、计算机与信息技术等多学科为基础的交叉学科。生物反应器：是使生物技术转化为产品和生产力的关键设备。酶：是生物体为其自身代谢活动而产生的生物催化剂.生物反应过程：是指将实验室的成果经放大而成为可供工业化生产的工艺过程，包括实现工业化生产过程的高效率运转，或者说提高生产过程效率。生物反应器：是指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备或者场所。生物反应过程的缩小：根据生产实际，在实验室中使用小型反应器来模拟生产过程，以进行深入研究。转化率：某反应物的转化浓度与该反应物起始比值的百分比收率：指按反应物进行量计算，生成目的产物的百分数。用质量百分数或者体积百分数表示系统生物学：用生物遗传物理的方法，对生物学进行扰动，从而通过生物系统产生的影响进而研究，进而所得的数据进行挖掘和综合构建描述系统结构及相应于上述各种扰动的数学模型。生长得率:消耗1g基质生成干细胞的克数分批式操作是指基质一次性加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入，反应完成后将全部反应物料取出的操作方式。反复分批式操作是指分批操作完成后，不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一定量的基质，再按照分批式操作方式，反复进行。半分批式操作是指先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求加入到反应器内，以控制限制性基质保持一定，当反应终止时取出反应物料的操作方式。反复半分批式操作指流加操作完成后，不全部取出反应物料，剩余部分重新加入一定量的基质，再按照流加操作方式进行，反复进行。连续式操作指在分批式操作进行到一定阶段，一方面将基质连续不断地加入反应器内，另一方面又把反应物料连续不断的取出，使反应条件（如反应液体积等）不随时间变化的操作方式。活性污泥法处理废水、固定化微生物反应等多采用连续式操作。指数流加操作：通过采用随时间呈指数变化的方式流加基质，维持微生物细胞对数生长的操作方式。非结构模型：在确定论模型的基础上，不考虑细胞内部结构的不同，即认为细胞为单一组分，在这种理想状态下建立起来的动力学模型。外扩散效率因子ηout：是指有外扩散影响是的实际反应速率和无外扩散的固定化酶外表面处的反应速率之比。Da准数：最大反应速率和最大传质速率之比。分批发酵：是指将新鲜的培养基一次性加入发酵罐中，在适宜的条件下接种后开始培养，培养结束后，将全部发酵液取出的培养方法。连续培养发酵连续式操作：是指以一定的速率不断向发酵罐中供给新鲜的培养基，同时等量地排出发酵液，维持发酵罐中液量一定的培养方法.稀释率：培养液流入速度和反应器内培养液的体积之比，他表示连续反应器中物料的更新快慢程度得率系数;是对碳元素等物质生成细胞或是其他产物的潜力进行定量评价的重要参数细胞得率：消耗1克基质生成细胞的克数成为细胞得率或是生长得率。动植物细胞培养：是一项将动植物的组织、器官或细胞在适当的培养基上进行无菌培养的技术。悬浮培养：通过震荡或是转动装置使细胞始终处于分散悬浮于培养液内的培养方法。停留时间：停留时间τ是指反应物料进入反应器时算起，至离开反应器时为止所经历的时间。22填充床型反应器(PBR)：把催化剂填充在固定床（填充床）中的反应器叫做填充床（固定床）型反应器。流化床型反应器(FBR)：装有较小颗粒的垂直塔式反应器。底物以一定流速从下向上流过，使固定化酶颗粒在流体中维持悬浮状态进行反应。生物膜反应器（MBR）：利用膜的分离功能，同时完成反应和分离过程的反应器。酶反应器：酶作为催化剂进行生物反应的场所。微生物的生长速率：在单位时间内微生物细胞浓度的变化量。微生物的比生长速率：单位重量菌体的瞬时增量固定化酶：是通过物理或化学方法使溶液酶转变为在一定的空间内运动受到完全或局部约束的一种不溶于水，但仍具有活性的酶。酶活力测定：通过测定初始短时间内底物的消耗量或产物的生成量进行酶活力（初速度）的测定。速率（rate）：指变化快慢程度，包含反应速率和传质速率。反应速率（reactionrate）：单位时间、单位反应体积生成的产物量。传质速率（transferrate）：单位面积上单位时间的传递量。失活作用：指物理或化学因素部分或全部破坏了酶的三维结构，引起酶的变性，导致酶部分或全部丧失活性。抑制作用：指酶在不变性条件下，由于活性中心化学性质的改变而引起酶活性的降低或丧失。影响酶促反应的主要因素有哪些？主要因素：浓度（酶、底物）。外因：压力、pH、温度、溶液的介电常数与离子强度等。内因：底物、效应物浓度、酶结构等固定化酶的特性？（1）底物专一性的改变由于立体障碍，使的底物特异性发生改变。例如，胰蛋白酶既作用于高分子的蛋白质，又作用于低分子的肽或多肽。采用羧甲基纤维素对胰蛋白酶进行固定化后，胰蛋白酶对二肽或多肽的作用不变，但对酪蛋白的作用仅为游离酶的3％左右。（2）稳定性增强一般固定化酶比游离酶稳定性好，表现在热稳定性，保存和使用稳定性的增加，及对蛋白酶的抵抗性和耐受性增强。（3）最适pH值和最适温度变化酶固定化载体为多聚阳离子性质时，固定化酶的最适pH值向酸性一侧移动；酶固定化载体为多聚阴离子性质时，固定化酶的最适pH值向碱性一侧移动；产物为酸性时，固定化酶最适pH值向酶性一侧移动；产物为中性时，最适pH值一般无变化。（4）动力学参数的变化酶经固定化后，表观米氏常数发生变化。影响固定化酶促反应的主要因素？（1）分子构象的改变指固定化过程中酶与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了变化，导致酶与底物的结合力下降。（2）位阻效应由于载体的遮蔽作用或固定化方法不当，给酶的活性中心或调节中心造成空间障碍，使底物和酶无法与酶接触。（3）微扰效应由于载体的亲水性、疏水性、介电常数等性质，使酶所处的微环境与宏观环境不同，从而改变了酶的催化能力或酶对效应物的调节能力的效应。（4）分配效应由于载体与底物之间疏水性、亲水性或静电作用引起微环境和宏观环境之间物质的不等分配，从而影响酶促反应速率的一种效应(5)扩散效应由于底物、产物或其他效应物的迁移和传递速度所受到的限制，当物质扩散系数很低，酶活性较高时，在固定化周围形成浓度梯度，造成微观环境和宏观环境间底物、产物浓度产生差别。快速平衡法：几点假设：1）[S]初始酶浓度e，中间复合物ES的形成不会降低[S]。（2）不考虑E+P→ES这个可逆反应。（3）ES→E+P为整个反应的限速阶段，此ES分解成产物不足以破坏这个平衡。稳态法：几点假设：（1）（2）与快速平衡法相同（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。影响Kla的因素，如何影响？操作变量：温度、压力、通风量、转速。↑Kla↑培养液的理化性质：黏度、表面张力、氧的溶解度、培养液组成、培养液流动状态、发酵类型。黏度↓、表面张力↓、氧的溶解度↑Cpro↑C酯醇酮↓Kla↑反应器的结构：反应器的类型、各部分尺寸的比例、空气分布器的型式。有挡板或冷却管、高径比↑Kla↑搅拌器的组成与间距要根据培养液的特性决定外扩散过程与内扩散过程的比较外扩散过程内扩散过程Da准数是决定外扩散效率因子的唯一参数准数是决定内扩散效率因子的主要参数Da准数定义：SLaCkrDamax西勒准数定义：DeKrRm9max22外扩散效率因子定义：0rroutout内扩散效率因子定义：outininrrDa1，过程为反应控制，Da准数越小，out越接近1；Da1，过程为外扩散控制，Da准数越大，out越趋近于零。0.3时，in1，过程为反应控制。0.3时，in1，过程为内扩散控制。举例简要说明何为微生物反应的结构模型？答：由于细胞的组成是复结的，当微生物细胞内部所含有的蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸、维生素等的含量随环境条件的变化而变化时，建立起的动力学模型称为结构模型。Monod方程建立的几点假设是什么？Monod方程与米氏方程主要区别是什么？答：Monod方程建立的基本假设：微生物生长中，生长培养基中只有一种物质的浓度会影响其生长速率，这种物质被称为限制性基质，并且认为微生物为均衡生长且为简单的单一反应。莫诺方程：SKSSmax米氏方程：SKSrrmmax描述微生物生长描述酶促反应经验方程理论推导的机理方程方程中各项含义：μ：生长比速(h-1)μmax：最大生长比速(h-1)S:单一限制性底物浓度(mol/L)KS:半饱和常数(mol/L)方程中各项含义：r：反应速率(mol/L.h)rmax：最大反应速率(mol/L.h)S：底物浓度(mol/L)Km：米氏常数(mol/L)适用于单一限制性底物、不存在抑制的情况适用于单底物酶促反应不存在抑制的情况简要回答微生物反应与酶促反应的最主要区别？答：微生物反应与酶促反应的最主要区别在于，微生物反应是自催化反应，而酶促反应不是。此外，二者还有以下区别：（1）酶促反应由于其专一性，没有或少有副产物，有利于提取操作，对于微生物反应而言，基质不可能全部转化为目的产物，副产物的产生不可避免，给后期的提取和精制带来困难，这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。（2）对于微生物反应，除产生产物外，菌体自身也可是一种产物，如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时，可用于提取这些物质。（3）与微生物反应相比，酶促反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制。微生物反应是利用活的生物体进行目的产物的生产，因此，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞因素的影响，并且微生物会发生遗传变异，因此，实际控制有一定难度。（4）酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应过程，与微生物反应相比，在经济上有时并不理想。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。CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。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。在啤酒酵母的生长试验中，消耗了0.2kg葡萄糖和0.0672kgO2，生成0.0746kg酵母菌和0.121kgCO2，请写出该反应的质量平衡式，计算酵母得率YX/S和呼吸商RQ。解：假设反应的质量平衡式为：OeHdCOOcCHbOOHaC2226126则：