专业课复习资料（最新版）专业课复习资料（最新版）封封面面专业课复习资料（最新版）专业课复习资料（最新版）封封面面江 南 大 学 考 试 卷 专 用 纸 2008 年 本科 生化工程 期末考试卷 （A） 专业、班级 学号 姓名 标准答案 题 数 一 二 三 四 五 六 七 总 分 得 分 一、名词解释（20 分） 1. 限制性底物 某种底物浓度的增加会影响生长速率,而其它营养组分浓度的变化对生长速率没有影响作用，这种底物称限制性底物。 或者：微生物生长过程中环境条件会发生改变，当一种底物耗尽时，导致细胞生长停止，否则细胞继续生长，而此时其它营养成分均处于富余状态并且不影响细胞生长，那么这种底物称限制性底物。 2. 酶的反竞争性抑制剂 抑制剂不能酶直接结合，但能与酶-底物复合物相结合，从而引起酶活性下降，这种抑制称反竞争性抑制。 3. Thiele 模数 表面浓度下的反应速率/内扩散速率。 表示了以固定化酶外表面的浓度为基准的反应速率与内扩散传质速率的相对大小。 可以通过值大小来判断内扩散阻力对催化反应的影响程度。 4. 细胞的比生长速率 单位细胞浓度下的细胞生长速率。可表示为 dtXdX XrX =。 5. 临界稀释率 iSimax cSKSD+=，Si 为 CSTR 反应器中入口处的限制性底物浓度。当稀释率达到 DC 时，出口处细胞浓度为 0，反应器处于“洗出”操作状态。 二、简答题（30 分） 1. 根据发酵过程中菌体生长和产物形成的关系，可将发酵分为那几种类型，各自有什么特点？ 答：可分为相关模型，非相关模型和部分相关模型。其特点分别为， 相关模型：产物的生成与细胞的生长相关的过程，产物是细胞能量代谢的结果。此时产物通常是基质的分解代谢产物，代谢产物的生成与细胞的生长是同步。如乙醇、葡萄糖酸、乳酸等。 非相关模型：产物的生成与细胞的生长无直接联系。它是二级代谢产物。特点是当细胞处于生长阶段时，并无产物的积累，而当细胞生长停止后，产物却大量合成。如抗生素、微生物毒素等。 部分相关模型：产物的生成与基质消耗仅有间接的关系。产物是能量代谢的间接结果。在细胞生长期内，基本无产物生成，其动力学可表示为：qP=+。如柠檬酸、氨基酸的生产。 2. 减少固定化酶反应体系中的传质阻力有哪些措施？ 答：减少固定化酶颗粒的尺寸； 采用大孔基质材料； 增加底物浓度； 增加液相的扰动，减少体积传质系数。 3. 设计一实验测定发酵过程中的 kLa 答：稳态法。 发酵装置中配备 pO2电极和尾气分析仪，可以测定发酵液中的溶解氧和尾气中的氧浓度。当发 酵进行过程中，传氧速率和耗氧速率达到稳态平衡。 根据通风量大小、发酵液体积、进气中氧浓度、尾气中氧浓度可以计算出细胞生长的耗氧速 率 OUR。再根据溶氧电极测定出发酵液中的溶氧浓度。 根据公式：OTROUR 得，OURkLa(CL*-CL)，可得 kLa=OUR/(CL*-CL)。 考试形式开卷（ ） 、闭卷（） ，在选项上打（） 开课教研室 命题教师 郑志永 命题时间 2008 年 6 月 总张数 2 教研室主任审核签字 （1） 江 南 大 学 考 试 卷 专 用 纸 三、推导与计算（50 分） 1、底物抑制模型推导并求解最佳底物浓度。已知底物抑制的机理如下图所示，并已知下列参数的值：Km, KSI, Vm, S E + SES + SE + PESSKmKSIk+2 E + SES + SE + PESSKmKSIE + SES + SE + PESSE + SES + SE + PESSKmKSIk+2左图中符号表示，ES:酶和底物的复合物， ESS:酶和两个底物的复合物，Km表示ES的 解离常数，KSI表示ESS的解离常数。Vmax为 最大反应速率，S的浓度是确定的值。 推导： ESSSESKESSEKSIm=SIm KSESESSSESKE=ESSESEE+=0SI01KS SKEESm+=ESkv2+= EkVmax02+= E/Vkmax02=+SImmSImmKSSKSVKS SKVv2 1+= +=令0=Sddv，得到：最佳底物浓度， 当SImmaxKKS=时， 12+=SImm appmax,KKVv 2. 某一微生物反应的动力学方程为 SXSrX+=12g/(Lmin) 已知入口处 Xi=0, Si=3g/L, 得率系数 YX/S=0.5。 试确定： （1）在单一 CSTR 中，VR1.0 L，V=Vi=Vo=1.0 L/min，求出口处 So是多少？ （2）在同一 CSTR 中，如果 V=3 L/min，其出口处 So是多少？ （3）如果在 V=3 L/min 下操作，要得到出口处 S=1/3 g/L，则其 CSTR 的体积 VR=? 解：(1) D=V/VR=1.0/1.0=1.0， D12S/(1+S) 所以，SOS1.0 g/L (2)若 V3 L/min，则 DV/VR3/13 DC2*Si/(1+Si)=2*3/(1+3)=6/4=1.5 (3) =2*S/(1+S)=2*0.3333/(1+0.3333)=0.5 D=V/VR，所以 0.53/VR，所以 VR6L 3、假设某细胞生长服从 Monod 动力学，已知m=0.5 h-1, KS=2 g/L, 若在一 CSTR 中进行培养，其加料流量 V=100 g/h, Si=6 g/L, Xi=0 g/L, YX/S=0.5 试求： （1）当细胞生产速率达到最大时，VR？ （2）在上述情况下，反应器出口处的 S1和 X1分别是多少？ （3）如果将上述反应器出口物料接着进入第二个 CSTR，并使第二个 CSTR 的出口处的 X23 g/L, 则第二个 CSTR 的体积为多少？提示：X2=X1+YX/S(S1-S2)= Xi+YX/S(Si-S2) inputVR1S1EVR2S2EinputVR1S1VR2S2V XiSiV X1S1V X2S2inputVR1S1EVR2S2EinputVR1S1VR2S2V XiSiV X1S1V X2S2解： (1) )SKK(DiSS mopt+=1 = 250)622(150=+ VR=V/D=100/0.25=400 L (2) 0.25=0.5S/(2+S)，所以 S1S2 g/L X1=Xi+YX/S(Si-SO)=0+0.5*(6-2)=2 g/L (3) X2=X1+YX/S(S1-S2)= Xi+YX/S(Si-S2) 所以，2.50.5*(2-S2)，S21 g/L rX2=2*X2=(0.5*1/(2+1)*2.5=0.4167 VR2/V=(X2-X1)/rX2 VR2=100*(2.5-2)/0.4167=120 L 4、某细胞反应操作由 CSTR 反应器和 CPFR 反应器串联而成，如图(a)所示，其动力学1/rX曲线如图(b),请在图(b)中画出在反应器体积符合最佳组合时各自的反应时间m,P ?(5 分) XoXi1/rXoutputVoSo XoViSiinputVR1S1XCSTRCPFRXi=0XoXi1/rXoutputVoSo XoViSiinputVR1S1XCSTRCPFRXi=0图(a) 图(b) 解： CPFRXoXi1/rXCSTRXoptRsooiiVrSVSV+=ViSi inputVRS X PoutputVoSo XoCSTR在前，在前， CPFR在后， 相互串联在后， 相互串联（2）