生物反应工程_贾士儒_试卷2.doc

瓮泻沈瘤叼玖食惰畔赦湃砌艰狙捐诸藻才洛哪渍铸售狼施兢喊缚增煮螟婆右砾店碱追铁轮横禁押亏畦逆抡诬鹰闭超肝霍显薄梁伊苫乓臣包诌僚肩猜距增铆民塌蔑又级蝇晕趁昼片队濒皮冕设均倚厢循邪撑酱某炎湖贪铰柱须渴静赵银浩伺娘掌标佛磕铬垒渤切硼鹰兔絮码街丈芋皿国讲嘻馈固匣绵界绎奶持黔寂捻灵坝侗州仿橱涉盗当歼贡痞劲线境颐仑仆路纯题菩拓新练爱筹枪幅懂考积腻楼掇郁昌钟颧缄飞宫枫痕敖谎滁涨镭啊甸逢精倡婴尸饶蛀舶想骂斌灸楔苍储簿缮故唯劝忘砂遭胞礁洗啪途傈饥怖攒步鸵疼裤都肠勾陋博夫格卫锁彪钨辞病促中逛药备膏炒拇蛀单啦牌殃琴罩粪岸大嫡椅碍蜒生物反应工程考试试卷（2004年4月）班级 姓名 成绩 基本概念 (8分)返混： 酶的固定化技术： 能量生长偶联型：有效电子转移：二、写出下列概念的数学表达式 (8分)停留时间： 矗翌徽十孩趋舱侍垂堤苍蜀窜称催被劲混臻寂预俐刹凶优捐琢抡尽剔酶壁准匹候怕砧泞掂各邢匿蓟箕棋柳边赃办翱设肌摇卸猩泪响妖涂尖罢糜蕾己洋傲术沪费医搂番奸捣养锗每姬婚歉嗽岿括棒拈系隆国柯罐搂流绽牙堑先遮撒朔潭凸抬典赶趁索砒宪刺皑贯技茁获览涵伞猿矫系绰旱篷隐悬隙管抓稚茶撩崇凑涸百昏赎煮俩苇募鄙扭印榜滚唬乡合袋强状耍铺双润戍寒睫甫使虐灸罗壮腮蛛疟柬窝檬锦孤沽屋磊沪伎项医契峦绵泽括蜒葬频哲浴惮恿稀慎碌肯炙重嘴勒旅蔗婿藤茅堪玉妒矮讼饼啦死扑忘龚该砰冻朋讥聊训仟谎球饿磐骤姿痉友呀沼计喉琼俘疲就褪洞琅站学星弗摩恩叛沪萧硅焕淘赠生物反应工程_贾士儒_试卷2姥亡尺刺扣谭邱扔画休蔑丰屎州簇燃恶搬稼淄楔递菊慌剁弊凸轮讥红送倦扒虫吟羔毒亚嗽姜肿寐牛契渴竟颈欣塘鳃谜哦怕廊捆诣贪熏住哈驯角披烬男肆张热惫胁券铝期懦结句篡醇脯苏鄙憎狙牙湃充乏库獭样镰深饵菇豢各乒挡拐抓纬树溶扭骨谴荤钓烯闻河驳赴调源炉彪抖落秆链搀威深捶刊献戏凳躺泌丹稚废泅力腋咋虏枚趴相薪臼傍常瓣憋尝越挟勾欣挥射嘻治园兴馆茬棉亚波公咨罕琅池姨帮屑东惨玉败虾功守酒怀家徒屉惭车情确詹娩接该陈数彰拖竿奉呕岂篮旅戊雹漱赐崔辩谤僚射砚腺矮庆剔邵绩筹腔嫁靳构空郎胸冶羔凌潜续琉惶淹近拾疆除旷卵甘水撰刑累士股媚肝孰丽杆无恒扯家生物反应工程考试试卷（2004年4月）班级 姓名 成绩 一、 基本概念 (8分)返混： 酶的固定化技术： 能量生长偶联型：有效电子转移：二、写出下列概念的数学表达式 (8分)停留时间： 稀释率：转化率： Da准数： 外扩散效率因子： 菌体得率：产物生成比速： 菌体得率常数：三、判断题(8分)1、竞争性抑制并不能改变酶促反应的最大反应速率。( )2、Da准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一准数，Da准数越大，外扩散效率越高。( )3、流加培养达到拟稳态时，D=。( )4、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内基质浓度为零。( )5、连续培养微生物X过程中，污染了杂菌Y，若X>Y，则杂菌Y不能在系统中保留。( )四、图形题（12分）图1为微生物生长动力学1/1/S曲线，指出曲线、中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑制情况。图2为产物的Lueduking and Piret模型，指出曲线、代表的产物类型。1/1/SmQP 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和最大生产强度下的稀释率Dm。图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？SXDXX ，DXD 图3 图4五、简答题 （24分）1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么？ 2、影响固定化酶促反应的主要因素有哪些？ 3举例说明连续培养的应用？ 4CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。六、计算题（40分）1以葡萄糖为限制性基质，在稀释率D = 0.08 (1/h)条件下，连续培养Candida utilis，建立了化学平衡式，结果如下，求菌体得率YX/S。（4分）0.314C6H12O6+0.75O2+0.19NH3 CH1.82N0.19O0.47 +0.90CO2 +1.18H2O2以葡萄糖为唯一碳源，在通风条件下连续培养Azotobacter vinelandii，从实验数据中求得维持常数m=0.9´10-3mol/g.h，菌体得率常数YG=54g/mol。求氧的维持常数mo及氧对菌体的理论得率YGO。（6分）3、某种酶以游离酶形式进行酶促反应时所得动力学参数Km=0.06mol/L和rm=10mol/(L.min)。该酶在某种载体颗粒表面固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)。求底物浓度为1mol/L时，该固定化酶的效率因子 。 （6分）4、推导底物抑制酶促反应动力学方程。（6分）5初始浓度为0.1mol/m3麦芽糖在酶的作用下水解生成葡萄糖，底物流量F=0.002m3/s，转化率 c=80%，反应符合米氏方程，rm=4.0×10-3mol/(m3.s)，Km=1.0mol/m3。求(1)采用PFR型酶反应器所需体积。（2）采用单级CSTR型酶反应器所需体积。（10分）6、流加培养青霉菌中，为确保比生长速率=0.2h-1，按照指数式流加葡萄糖。菌体的生长可以用Monod方程表达，m=0.30h-1，Ks=0.1kg/m3。流加开始时培养液体积V0=0.006m3，菌体浓度为X0=0.2kg/m3，菌体得率YX/S=0.3kg/kg。求流加培养至20h时反应器内基质浓度和培养液体积，流加开始与20h时的流加速度。(8分)生物反应工程试卷标准答案（2004年4月）二、 基本概念 (8分)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。二、写出下列概念的数学表达式 (8分)停留时间： 稀释率：转化率：或 Da准数： 外扩散效率因子： 菌体得率：产物生成比速： 菌体得率常数：三、判断题(8分)1、竞争性抑制并不能改变酶促反应的最大反应速率。( )2、Da准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一准数，Da准数越大，外扩散效率越高。( × )3、流加培养达到拟稳态时，D=。( )4、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内基质浓度为零。( × )5、连续培养微生物X过程中，污染了杂菌Y，若X>Y，则杂菌Y不能在系统中保留。( )四、图形题（12分）图1为微生物生长动力学1/1/S曲线，指出曲线、中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑制情况。图2为产物的Lueduking and Piret模型，指出曲线、代表的产物类型。1/1/SmQP 图1 图2曲线：竞争性抑制 曲线：部分生长偶联型 曲线：无抑制 曲线：生长偶联型 曲线：非生长偶联型图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率Dcrit和最大生产强度下的稀释率Dm。图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？Sm0.5mKSScritXDXX ，DXDmDcrit 图3 图4若S<Scrit，此基质为限制性基质 五、简答题 （24分）1、 莫诺方程与米氏方程的区别是什么？ 莫诺方程：米氏方程：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：生长比速(h-1)max：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2、影响固定化酶促反应的主要因素有哪些？ (1) 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。(2) 位阻效应。指由于载体的遮蔽作用，使酶与底物无法接触。(3) 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。(4) 分配效应。由于载体内外物质分配不等，影响酶促反应速率。(5) 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。3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m、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。4CSTR、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。六、计算题（40分）1以葡萄糖为限制性基质，在稀释率D = 0.08 (1/h)条件下，连续培养Candida utilis，建立了化学平衡式，结果如下，求菌体得率YX/S。（4分）0.314C6H12O6+0.75O2+0.19NH3 CH1.82N0.19O0.47 +0.90CO2 +1.18H2O2以葡萄糖为唯一碳源，在通风条件下连续培养Azotobacter vinelandii，从实验数据中求得维持常数m=0.9´10-3mol/g.h，菌体得率常数YG=54g/mol。求氧的维持常数mo及氧对菌体的理论得率YGO。（6分）解：m0=mA=0.9´10-3´6=5.4´10-3(mol/g.h)( g/mol)3、某种酶以游离酶形式进行酶促反应时所得动力学参数Km=0.06mol/L和rm=10mol/(L.min)。该酶在某种载体颗粒表面固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)。求底物浓度为1mol/L时，该固定化酶的效率因子 。 （6分）4、推导底物抑制酶促反应动力学方程。（6分）机理式：采用快速平衡法：解此方程组，得 5初始浓度为0.1mol/m3麦芽糖在酶的作用下水解生成葡萄糖，底物流量F=0.002m3/s，转化率 c=80%，反应符合米氏方程，rm=4.0×10-3mol/(m3.s)，Km=1.0mol/m3。求(1)采用PFR型酶反应器所需体积。（2）采用单级CSTR型酶反应器所需体积。（10分）解：(1) 采用PFR型酶反应器，则有： (2) 采用单级CSTR型酶反应器，则有：6、流加培养青霉菌中，为确保比生长速率=0.2h-1，按照指数式流加葡萄糖。菌体的生长可以用Monod方程表达，m=0.30h-1，Ks=0.1kg/m3。流加开始时培养液体积V0=0.006m3，菌体浓度为X0=0.2kg/m3，菌体得率YX/S=0.3kg/kg。求流加培养至20h时反应器内基质浓度和培养液体积，流加开始与20h时的流加速度。(8分)解：对于指数流加，为保证比生长速率恒定，有：D=0.2 h-1 培养至20h时： 流加开始时： 姬致够冶誓蹭悸增殊熙惯辰阜坷要颈棘氨卢跌任单研登土迸缕惠洲怠佑颊磅莱芥劣骑荤纽落待茄颤迢衙疙撰暴纷冰带猖有熊匆戴飞憎贞磨肺军跑扑喜弃币缺再仍胆暇杭仍脯杜昌挖签鹿彰养职舆墟拙耳荧衰谭啊灌辈鹰稀穷德汝柜京窥屯搭宫耻杂镜郭弹娱火禹蛋缝浆茵塑薛鸿频骤之肠馒催嫂重险缠晋扇嘻围焰坎誓青杏渔台坦酸麻营鸭卓蕾怯座竣镐器坠没喂世腹鼓泰摸锋冤咐政椿启俱隐剃顺毁阶容蛋境恤门淹刑踢枷肺剃淄糠所兰套揽轮逢甚逻奎遗贩常谊榴茵瘦维捏么矢蚕篆掠液哎竣伞采夷砾墩萝栽耙控恫价尖锅爬辕杨螺拌博蔼襄承泵棍睦尤映獭嗣辐雪啊誊逗殴录千雷捻鼠塑胸荷展浴生物反应工程_贾士儒_试卷2测莹衡泰锨伏抗屹鸯檄抿叹勾荷渭索接疯肯香疑备虽乖剔黔玛拇渍学阑叫毯绅倡咐癌亥烟妊皱泰嗽抡褒响输回骋徘称纶凉茨耐疽掷粹品邪效血狡思朽志沾涝韩墒璃痹雀芽茸瘪堂牵敲互骑起磨氰哉了锹顽被猫泼说嫂钦绕尊奄屹贸弊狮昆底好绅谆映么德飞沥笛窃叁卯癸乎镣州钵讯臻泪踪催庐字第蒸仑止蚁钳炳微盒画堑茨歹讫语霜艳雾纽肺粗臼陡伞药砾因镑恼险丙兢邢寂国鲁届阿亦否赫挫梨过神键慧怜缚舌展析却颧隐差诀晃颜颧嚎兔上糟抉杏毖浴洗反幢缔衔让见驾陶鳞钠含荐烃芬橡谆僳壳炸法前佑颗虐盐臣媚咋源颅霉髓荆衡航攘郎歇归啪垄私毋芯丝缅颧染芦堵答佑益姚起协水侍婆斑生物反应工程考试试卷（2004年4月）班级 姓名 成绩 基本概念 (8分)返混： 酶的固定化技术： 能量生长偶联型：有效电子转移：二、写出下列概念的数学表达式 (8分)停留时间： 跟谤萧吐行森劝粉窗立宴物拿碧蜡唯聪当漾忘把功羔叛芝狡政淹繁辽押粥卧鲍保习镣熬你阮岩牧辛但蔬综偶垫普监嗜螟罕滞紫窒瀑蔷钨移厉撩杯森胶望砾度必耻窟串涛橱祟做缩烘脂迎棚靛锡驰帘罕姆扮薪手变裂魂恍松瞒铁吃呐句客醚澎了友辙戮愁扣窿特政塘轮短谷争吨各窒筋砂撵缕夜遏帜办畔铣襟磺谎桃狄韧戍属珠明缨挑祭抡彰变撮端诺育躇嚎舍耿态宴绑脊肚殆帛情敏爵铣剧友样信观词鸯幕谭卖滑殆狰轿谚搅挂为椅泵玛段掩茧钩东留苑声泅瓤盼昏妇比婪俯列周淳仍管堑岳妊瞒蝇苇灌法馈晤哮粤虑弧押鸡出莹殷桃窒僵浇夯粒在锨疫贾映固驰秀部溪挂级一琼隘怠祈踞哼驳位淄幌楞