第四章 微生物反应器操作习题

4第四章微生物的生理练习题（含答案）四第四章微生物的生理练习题（含答案）第四章微生物生理学一、名词解释1.酶：是一种由细胞产生的具有活性中心和特殊构象的生物大分子，可在体内或体外进行催化，包括蛋白酶和核酸酶。

2.酶的活性中心：指酶的活性部位，是酶蛋白分子中直接参与和底物结合，并与酶的催化作用直接有关的部位。

酶的活性部位中心有两个功能部位：结合部位和催化部位。

3.辅酶：在整个酶中与酶蛋白结合的非蛋白质小分子有机物或金属离子。

只有当酶蛋白和辅酶或辅助基团同时存在时，整个酶才能起作用。

4.酶的专一性：一种酶只作用一种物质或一类物质，或催化一种或一类化学反应，产生相应的产物。

酶的第五专一性包括结构专一性和立体异构专一性。

5.微生物代谢：微生物不断从外部环境中吸收营养，通过一系列生化反应转化为细胞成分，产生废物并排泄到体外。

这是微生物与环境之间的物质交换过程。

6.生长因子：是调节微生物正常代谢所必需的有机物质，但不能通过简单的碳氮源合成。

主要包括维生素、碱、嘌呤、嘧啶、生物素和烟酸。

7.培养基：根据各种微生物对营养的需要，包括水、碳源、氮源、无机物及生长因子等按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质。

8.选择性培养基：根据微生物的特殊营养要求或对各种化学品的敏感性差异而设计和制备的培养基。

可向培养基中添加染料、胆盐、金属、酸、碱或抗生素中的一种，以抑制非目标微生物的生长，并使待分离的目标微生物生长和繁殖。

9.鉴别培养基：几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同，其菌落通过指示剂显示出不同的颜色而被区分开，这种起鉴别和区分不同细菌作用的培养基叫作鉴别培养基。

10.富集培养基：由于样品中细菌数量少，或营养要求相对严格，难以培养，因此是用特殊物质或成分配制的培养基，以促进微生物的快速生长。

这种用特殊物质或成分制备的培养基称为浓缩培养基。

11.主动运输:是指物质逆浓度梯度，在载体的协助下，在能量的作用下运进或运出细胞膜的过程。

第一章 绪论1.什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2.生化反应工程研究的主要内容是什么？3.生化反应工程的研究方法有那些？4.解释生物反应工程在生物技术中的作用？5.为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？6.何为系统生物学？7.简述生化反应工程的发展史。

8.如何理解加强“工程思维能力”的重要性。

9.为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？第二章生物反应工程的生物学与工程学基础1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。

生物工程与生物科学、发酵工程与生物工程、速率和速度、反应速率与传质速率2. 何为准数和雷诺准数？并解释后者的物理意义3. 工程思维的具体含义是什么？4. 简述酶的催化特性与调节功能。

5. 在一个实际的生物催化过程中如何确保生物催化剂（如酶）的稳定性，并提高催化效率？6. 酶在应用过程中有哪些不同于化学催化剂和微生物作为生物催化剂的地方？7. 微生物培养过程中微生物的世代时间与倍增时间是否是同一概念。

8. 在生物工业中，微生物细胞的量一般采用干重表示，为什么？9. 为什么要固定化酶或微生物细胞？10. 进行生物催化剂（酶或微生物细胞）催化机理研究时，采用固定化酶或微生物细胞是否更有利于清楚了解催化过程机理？11. 何为生物分子工程？ 12. 在微生物培养过程中，操作工人观察到发酵罐上的压力表中的读数为0.025MPa,罐中的发酵液深度为10米，试问在罐底处的微生物细胞承受多大压力？在发酵液表面呢？ 13. 如果在2小时完成生物反应器中70m 3的装液量，请计算物料输入管的管径。

如果要求50分钟将反应液排空，请计算物料输出管的管径。

第三章 酶促反应动力学1. 简述酶促反应的特征及其与化学反应的主要区别是什么？。

2 .应用直线作图法（Lineweaver —Burk 法；Haneswoolf 法；Eadie —Hofstee 法和积分法）求取米氏方程中的动力学参数K s 和r max ，并比较由各种方法所得结果的误差大小。

生物反应工程原理复习题答案一、选择题1. 生物反应器的基本类型包括：A. 搅拌槽式B. 填充床式C. 流化床式D. 所有以上选项2. 微生物生长的四个阶段包括：A. 滞后期B. 对数生长期C. 稳定期D. 衰减期E. 所有以上选项3. 以下哪个不是生物反应器操作模式？A. 批式操作B. 连续操作C. 半连续操作D. 周期性操作二、填空题1. 生物反应器的设计通常需要考虑_________、_________和_________三个主要因素。

2. 在生物反应器中，_________是用来描述微生物生长速率的参数。

3. 微生物的代谢途径可以分为_________代谢和_________代谢。

三、简答题1. 简述批式操作和连续操作的区别。

2. 描述生物反应器中氧气传递的重要性及其影响因素。

四、计算题1. 假设一个生物反应器的体积为1000升，其中微生物的浓度为5克/升。

如果微生物的比生长速率为0.2/小时，计算1小时内生物量的增长量。

2. 给定一个流化床生物反应器，其气体流量为1000升/分钟，气体中氧气的体积分数为21%。

如果反应器的体积为5立方米，计算在30分钟内氧气的总传递量。

五、论述题1. 论述生物反应器中混合和传质的重要性，并举例说明如何优化这些过程。

2. 分析在工业生产中，为什么需要对生物反应器进行规模放大，并讨论规模放大过程中可能遇到的挑战。

六、案例分析题1. 某制药公司使用生物反应器生产抗生素。

在生产过程中，他们发现微生物的生长速率突然下降。

请分析可能的原因，并提出解决方案。

2. 一个废水处理厂使用活性污泥法处理工业废水。

请根据活性污泥法的原理，分析废水处理过程中可能出现的问题，并提出改进措施。

七、实验设计题1. 设计一个实验来评估不同搅拌速度对微生物生长速率的影响。

2. 设计一个实验来测定生物反应器中氧气的溶解度。

八、结束语通过本复习题的练习，希望能够帮助学生更好地理解和掌握生物反应工程的原理，为进一步的学习和研究打下坚实的基础。

生物反应工程试题答案解析一、选择题1. 生物反应器中，通常用于好氧微生物培养的是哪种气体？A. 氧气B. 氮气C. 二氧化碳D. 氩气答案：A解析：在生物反应器中，好氧微生物需要氧气来进行呼吸作用，因此通常使用的气体是氧气。

氮气、二氧化碳和氩气在好氧微生物培养中不是必需的。

2. 下列哪种微生物代谢方式属于厌氧代谢？A. 硝化作用B. 反硝化作用C. 光合作用D. 有氧呼吸答案：B解析：反硝化作用是一种厌氧代谢过程，其中微生物将硝酸盐还原为氮气。

硝化作用是好氧微生物将氨转化为硝酸盐的过程。

光合作用是植物、藻类和某些细菌利用光能将二氧化碳转化为有机物的过程。

有氧呼吸是大多数生物在氧气存在的条件下进行的能量获取过程。

3. 在生物反应工程中，哪个参数是影响细胞生长和产物形成的关键因素？A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 所有以上选项答案：D解析：在生物反应工程中，温度、pH值和氧气供应都是影响细胞生长和产物形成的关键因素。

适宜的温度可以保证酶的活性和细胞的代谢活动，pH值影响酶的活性和微生物的生长环境，氧气供应对于好氧微生物的生长至关重要。

4. 以下哪种培养基成分不适合用于培养大肠杆菌？A. 蛋白胨B. 酵母提取物C. 氯化钠D. 葡萄糖答案：C解析：氯化钠通常用于培养基中以调节渗透压，但高浓度的氯化钠对大肠杆菌等许多微生物是有毒的，因此不适合用于培养大肠杆菌。

蛋白胨、酵母提取物和葡萄糖是常用的营养物质，可以提供碳源和氮源，促进大肠杆菌的生长。

二、填空题1. 在生物反应器的设计中，通常需要考虑的三个主要因素是________、________和________。

答案：温度、pH值、氧气供应解析：生物反应器的设计需要考虑多种因素，其中温度、pH值和氧气供应是影响微生物生长和产物形成的三个主要因素。

2. 微生物代谢可以分为________和________两种类型。

答案：好氧代谢、厌氧代谢解析：微生物代谢根据氧气的需求可以分为好氧代谢和厌氧代谢两种类型。

C.气液接触面积
D.反应器内压力
11.生物反应器设计时，以下哪些因素会影响细胞的氧气供应？（）
A.反应器类型
B.搅拌速度
C.培养基粘度
D.氧气分压
12.以下哪些是生物反应器操作过程中的常见污染源？（）
A.空气中的微生物
B.未充分灭菌的培养基
C.操作人员的手
D.反应器材料表面的污染物
13.以下哪些生物反应器适用于生产疫苗？（）
2.动物细胞培养反应器注重无菌条件、氧气供应和细胞保护；微生物发酵反应器侧重于混合效率和代谢物控制，设计上更注重发酵条件。
3.通过监测和控制溶解氧浓度，维持适宜的氧气供应，以促进细胞生长和代谢。可通过调整搅拌速度、增加通气量或使用氧气饱和的培养基来实现。
4.放大问题包括混合效果下降、传质限制和细胞生长不均等。解决策略包括优化反应器设计、使用更高效的控制系统和逐步放大以适应细胞生长条件。
C.减少不必要的照明
D.选用合适的反应器材料以减少热量损失
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.生物反应器设计时，需要考虑的主要因素包括反应器类型、生产规模、__________和__________等。
2.在动物细胞培养中，常用的生物反应器类型有搅拌式反应器、气升式反应器以及__________反应器。
A.搅拌速度
B.反应器体积
C.培养基粘度
D.反应器材质
19.关于生物反应器操作，以下哪个环节可能导致细胞死亡？（）
A.培养基配制
B.反应器清洗
C.反应器灭菌
D.细胞接种
20.下列哪个参数不是生物反应器操作过程中的关键参数？（）
A.温度
B.溶解氧

第四章微生物的生理1、酶是什么？它有哪些组成？各有什么生理功能？答：酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的，催化生物化学反应的，并传递电子、源自和化学基团的生物催化剂。

组成有两类：1、单组分酶，只含蛋白质。

2、全酶，有蛋白质和不含氮的小分子有机物组成，或有蛋白质和不含氮的小分子有机物加上金属离子组成。

酶的各组分的功能：酶蛋白起加速生物化学反应的作用；酶基和辅酶起传递电子、原子、化学基团的作用；金属离子除传递电子之外，还起激活剂的作用。

2、什么是辅基？什么是辅酶？有哪些物质可作辅基或辅酶？答：p101-1043、简述酶蛋白的结构及酶的活性中心.答：组成酶的20种氨基酸按一定的排列顺序有肽腱连接成多肽链，两条多肽链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间以氢键、盐键、脂键、疏水键、范德华力及金属键等相连接而成。

分一、二、三级结构，少数酶具有四级结构。

酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物结合，并起催化最用的小部分氨基酸微区。

构成活性中心的微区或处在同一条台联的不同部位，或处在不同肽链上；在多肽链盘曲成一定空间构型时，它们按一定位置靠近在一起，形成特定的酶活性中心。

4、按酶所在细胞的不同部位，酶可分为哪几种？按催化反应类型可分为哪几类？这两种划分如何联系和统一？答：按酶在细胞的不同部位可把酶分为胞外酶、胞内酶和表面酶。

按催化反应类型可分为水解酶类、氧化还原酶类、异构酶类、转移酶类、裂解酶类和合成酶类。

【按酶作用底物的不同可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶】上述三种分类和命名方法可右击低联系和统一起来。

如：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和纤维素酶均催化水解反应，属于水解酶类；而他们均位于细胞外，属胞外酶。

除此之外的大多数酶类，如氧化还原酶、异构酶、转移酶、裂解酶和合成酶等，均位于细胞内，属胞内酶。

5、酶的催化作用有哪些特征？答：1、酶积极参与生物化学反应，加速化学速度，速度按反应到达平衡的时间，但不改变反应的平衡点。

第四章微生物反应器操作习题答案4．答：连续培养的稳定状态，是指菌体的生长与反应液的排放、基质的流加与反应消耗及 反应液排放、产物的生成与反应液排放达到了动态平衡，因此菌体浓度、基质浓度、产物浓度保持恒定，即，并不一定是稳定状态。

如菌体因生长环境不利出现了死亡时，也满足，但不能说是稳定状态，此时是一种静止状态，而不是动态平衡。

5．解：诱导期结束时的菌体量：X = X0 + X AO □ X DO = X0 + f A X0 □ X DO = (1+ fA )X0-X DO菌体在t l 时间后开始指数型繁殖，因此边界条件： t = t l , X = (1+ f A )X0 □ X DO积分，得X = [(1+ f A )X0 □ X DO ]exp[μ (t □ t l )]，如图所示。

当f A = 0, X = (X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] ；当f A = 0.2, X = (1.2X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]当f A = 0.4, X = (1.4X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]当f A = 0.6, X = (1.6X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]当f A = 0.8, X = (1.8X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]6．答：设菌体生长比速为μ，菌体浓度为X，则菌体生长速率为μX。

为保证菌体生长速率 不变，应采取指数流加方式，控制稀释率D = μ ，此时流加操作可达到拟稳态，菌体生长速率DX = uX 。

7．答：微生物的生长可用莫诺方程表达，即分批培养中菌体生长速率连续培养中菌体生长速率：由此可见，有抑制作用时，菌体最大产率下降，D max 下降。

10 解：生长符合莫诺模型，故14．解：由实验数据可知，菌体浓度不断下降，流加操作为动态过程。

对流加操作中的菌体进行衡算：。

YKJ = ΔX (4 −16) − ΔHa ) ( ΔX ) + ( − ΔHc ) ( 式中： ΔHa — 以菌体 X的燃烧热为基准的焓变 ，其因菌体的不同而不 同，一般 取值 ΔHa = −22.15 KJ / g ΔHc — 所消耗基质的焓变与代 谢产物的焓变之差，其 由下式给出： − ΔHc = (− ΔHs ) ( − Δ[ S ]) − ∑ （－ ΔHp )（Δ[ P ])( 4 −17) 式中： ΔHs — 碳源氧化的焓变， KJ / mol ; ΔHp — 产物氧化的焓变， KJ / mol。
YC =
X 细胞生产量 × 细胞含碳量 ＝Y X S ⋅ C 基质消耗量 × 基质含碳量 SC
（4－7）
式中：XC和SC——单位质量细胞和单位质量基质中所含碳元素量。 YC值一般小于1，为0.4-0.9。 方程式（4－1）中的系数c实际就是YC 。 [例题]4-4
11
（3）基于有效电子数的细胞得率系数
α1 − ΔS C = ⋅ ΔX α2
− ΔS A = (−ΔS − (−ΔS C ))
α1 ΔX = −ΔS (1 − ⋅ ) α 2 − ΔS α1 = −ΔS (1 − ⋅ YX S ) α2
25
A
26
【例4－6】 产气气杆菌在以葡萄糖为唯一碳源的基 本培养基中连续培养时，YX/S＝ 26.1g/mol glu，若α1 ＝0.45 (gC/g cell) ， 求异化代谢的利用分率。
α1 − ΔHc = (− ΔH S )( − Δ[ S ] − ΔX ) − ∑ (− ΔH P )(Δ[ P ]) α2
微生物反应的特点之一是通过呼吸链(电子传递)氧化磷酸化生成ATP。 在氧化过程中，可通过有效电子数来推算碳源的能量。当1mol碳源完全氧 化时，所需要氧的摩尔数的4倍称为该基质的有效电子数。若碳源为葡萄糖， 其完全燃烧时每摩尔葡萄糖需要6mol氧，有效电子数＝6×4＝24。

生物反应工程试题及答案试题一：生物反应工程概述在生物反应工程中，我们利用生物体的代谢能力来合成化合物、转化物质或产生能量。

以下是对生物反应工程的一些基本概念的题目，请选择正确答案。

1. 生物反应工程是利用（）的能力实现生产和转化化合物的过程。

a) 生物体b) 化学物质c) 物理装置d) 电子设备2. 生物反应工程最主要的应用领域是（）。

a) 药物生产b) 石油化工c) 电子制造d) 金属冶炼3. 生物反应工程最重要的一项技术是（），通过它，可以以较低的能耗和环境影响生产大量化合物。

a) 化学合成b) 高压工艺c) 傅里叶变换d) 发酵4. 生物反应工程所处理的化工过程是（）。

a) 纯物理过程b) 纯化学反应c) 物理和化学相结合的过程d) 电子和光学相结合的过程5. 生物反应工程中，所使用的生物体通常是（）。

a) 细胞b) 分子c) 元素d) 蛋白质答案：1. a) 生物体2. a) 药物生产3. d) 发酵4. c) 物理和化学相结合的过程5. a) 细胞试题二：生物反应器设计生物反应器是生物反应工程中最关键的设备之一。

以下是关于生物反应器设计的问题，请回答问题并填写正确答案。

1. 生物反应器设计的目的是（）。

2. 生物反应器的主要组成部分包括（）3. 生物反应器的操作条件包括（）4. 生物反应器的分类方式有（）5. 生物反应器的性能评价指标有（）答案：1. 实现生物过程的控制和优化2. 反应器本体、搅拌装置、进料和排出装置、温度和pH控制装置等3. 温度、pH值、压力、氧气含量、营养物质浓度等4. 根据不同的特点和应用，可以分类为批式反应器、连续流动反应器、循环流化床反应器等5. 反应物转化率、产物收率、反应速率、混合程度等试题三：生物反应工程中的微生物应用微生物在生物反应工程中起着至关重要的作用。

请根据问题选择正确答案。

1. 微生物在生物反应中的作用是（）。

2. 哪种微生物常用于生物反应生产中的蛋白质？3. 哪种微生物常用于生物反应生产中的酒精？4. 哪种微生物常用于生物反应生产中的纤维素酶？5. 微生物工程常用的培养基包括（）。

100.6×10-3 100.6×10-3 103.2×10-3 198.0×10-3 200.5×10-3
5.95×10-3 5.43×10-3 4.92×10-3 4.41×10-3 3.89×10-3
试求：
（1）Yx/s、qo2 和 qco2 值。 （2）RQ 值。
（3）求出当时间 t=9.0h 时的碳平衡关系。
CH2O + aO2 + bNH3 → cCH14 N0.2O0.4 + dCO2 + eH2O 对C :1 = c + d 对H : 2 + 3b = 1.4c + 2e 对O :1+ 2a = 0.4c + 2d + e 对N : b = 0.2c RQ : a = d 解方程组可得：a = 0.118,b = 0.177, c = 0.883, d = 0.118, e = 0.645
和产物动力学参数
二、习题精解：
4.1 在啤酒酵母的生长实验中，消耗 0.2kg 糖，得到 0.0746kg 酵母细胞，释放 0.121kgCO2，并消耗了 0.0672kgO2，试写出其质量平衡式，并求出： (1)酵母细胞得率 Yx/s (2)呼吸商 RQ。
解：由题意可得 Yx s
=
0.0746 0.2
0.06
0.006
0.427
0.60
0.122
0.434
0.12
0.013
0.434
0.66
0.153
0.422
0.24
0.033
0.417
0.69
0.170
0.430
0.31
0.040
0.438
0.71

生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科，它涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。

生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件，提高生物体的生产能力和产物质量，从而实现高效、可持续的生产。

在学习生物反应工程的过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要方式。

下面是《生物反应工程第二版》课后习题的答案，供大家参考。

第一章：生物反应工程概述1. 生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科。

2. 生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件，提高生物体的生产能力和产物质量。

3. 生物反应工程涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。

第二章：微生物生长动力学1. 微生物生长动力学是研究微生物生长和代谢的数量关系的学科。

2. 在生物反应工程中，通常使用生长速率方程来描述微生物生长的动力学过程。

3. 常见的生长速率方程有Monod方程、麦克斯韦方程等。

第三章：反应器设计与操作1. 反应器是进行生物反应工程的核心设备，其设计与操作对反应过程的效果有重要影响。

2. 常见的反应器类型有批式反应器、连续流动反应器、气液循环反应器等。

3. 反应器的设计应考虑反应物的输送、温度、pH值等因素。

第四章：质量传递与传质过程1. 质量传递是指物质在反应器中的传输过程，包括物质的输送和扩散。

2. 传质过程对反应的速率和效果有重要影响，需要进行合理的设计和优化。

3. 常见的传质方式有对流传质、扩散传质等。

第五章：反应动力学与反应机理1. 反应动力学是研究反应速率与反应物浓度之间关系的学科。

2. 反应机理是指反应过程中发生的化学反应步骤和反应物之间的转化关系。

3. 反应动力学和反应机理的研究对于反应过程的优化和控制具有重要意义。

总结起来，生物反应工程是一门综合性学科，涉及到生物体的生理学、微生物学和化学工程学等多个学科的知识。

生物反应工程试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10题）1. 生物反应器中，搅拌桨的主要作用是：A. 提供氧气B. 混合均匀C. 维持pH值D. 控制温度答案：B2. 以下哪项不是生物反应器设计时需要考虑的因素？A. 反应器的体积B. 反应器的材质C. 反应器的形状D. 反应器的颜色答案：D3. 在生物反应过程中，细胞的代谢途径可以通过以下哪种方式进行调控？A. 基因工程B. 物理刺激C. 化学刺激D. 以上都是答案：D4. 以下哪种培养方式不属于好氧培养？A. 深层培养B. 表面培养C. 静态培养D. 通气培养答案：C5. 在生物反应器中，溶解氧的浓度通常用以下哪个参数表示？A. DOB. ODC. OD600D. pH答案：A6. 以下哪种微生物适合于在厌氧条件下生长？A. 酵母菌B. 乳酸菌C. 放线菌D. 以上都是答案：B7. 在生物反应器的操作中，以下哪项不是常见的操作模式？A. 批式操作B. 连续操作C. 半连续操作D. 间歇操作答案：D8. 以下哪种营养物质不是微生物生长所必需的？A. 碳源B. 氮源C. 维生素D. 重金属答案：D9. 在生物反应器的设计中，以下哪种类型的反应器不适合于大规模生产？A. 搅拌罐式反应器B. 气升式反应器C. 塔式反应器D. 实验室规模反应器答案：D10. 在生物反应过程中，以下哪种因素不会影响细胞的生长速率？A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 重力答案：D二、填空题（每空1分，共10分）1. 生物反应器中，搅拌桨的转速通常会影响______的分布，进而影响细胞的生长和产物的合成。

答案：氧气2. 在生物反应器的设计中，通常需要考虑______和______的平衡，以保证微生物的生长和产物的合成。

答案：氧气供应；营养物质3. 微生物的代谢途径可以通过______的方式进行调控，以提高目标产物的产量。

答案：基因工程4. 在生物反应器的操作中，______操作模式适合于连续生产，而______操作模式适合于小规模或间歇性生产。

习题与答案2．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。

4．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（其他组分过量）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。

Monod方程与米氏方程的主要区别如下表所示：Monod方程与米氏方程的区别?SrS maxmax???r米氏方程：Monod方程：K?SK?S mS经验方程理论推导的机理方程方程中各项含义：方程中各项含义：(mol/L.h) ：反应速率r-1(hμ：生长比速 )(mol/L.h) ：最大反应速率r max-1μ：最大生长比速(h) max(mol/L) S：底物浓度S: 单一限制性底物浓度(mol/L) (mol/L)K：米氏常数m K:半饱和常数(mol/L) S适用于单一限制性基质、无抑制适用于单底物、无抑制的酶促反应。

的微生物反应。

5．举例简要说明何为微生物反应的结构模型？碳水化合物、脂肪、当微生物细胞内部所含有的蛋白质、由于细胞的组成是复结的，答：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。

（）和（）
6.生物反应器的操作参数主要包括温度、pH值、______和______等。
（）和（）
7.膜式生物反应器相较于其他类型反应器的优点是提供了更好的细胞______环境和减少了______对细胞的影响。
（）和（）
8.生物反应器设计和操作中的节能减排措施包括优化操作参数以减少______、使用高效节能的______装置和回收再利用______。
（）
18.生物反应器操作过程中，关于取样分析的说法错误的是（）
A.取样应在无菌条件下进行
B.取样工具需要经过灭菌处理
C.取样后应立即进行分析
D.取样过程中可以随意更换手套
（）
19.下列哪种因素会影响生物反应器中细胞的生长？（）
A.培养基的pH值
B.培养基中的营养成分
C.反应器材质
D.所有上述因素
（）
1.生物反应器只需要在细胞培养初期进行无菌处理，之后无需再关注无菌条件。（）
2.培养基的pH值对细胞生长的影响不大，可以不严格控制。（）
3.在生物反应器操作过程中，可以随时根据需要调整操作参数。（）
4.生物反应器中的溶氧量越高，细胞生长越好。（）
5.混合搅拌反应器适合于所有类型的生物制药过程。（）
6.生物反应器的日常维护包括定期更换培养基和检查设备密封性。（√）
7.贴壁生长剪切力
8.能耗搅拌回收再利用
9.机械搅拌膜式
10.无菌灭菌
四、判断题
1. ×
2. ×
3. ×
4. ×
5. ×
6. √
7. ×
8. ×
9. ×
10. ×
五、主观题（参考）
1.生物反应器提供适宜环境，支持细胞生长和代谢，常用类型有机械搅拌反应器（适用于微生物发酵）、膜式反应器（适用于动物细胞培养）、气升式反应器（适用于细胞大规模培养）。

第四章 通气与搅拌
生物工程专业课程
概述：
生
化
工 在微生物反应器中，为了保持微生物与反
程 应基质的均匀混合，需要搅拌，但这只需
第 四 章
要很小的搅拌功率，象厌氧的乙醇发酵， 在发酵过程中产生的二氧化碳气泡，而造
通 成的发酵液循环就可以满足这种需要，再
气 象乳酸发酵，搅拌功率很小，搅拌轴运转
与 搅
很慢（40~60 rpm）就可以。
与 搅 拌
溶氧的保证可经由以上公式酌情获得，这是 通气控制的基础，由此进一步确定搅拌情况。
生物工程专业课程
生 化
一个具体的搅拌器所输入搅拌液体的功率
工 取决于下列因素：
程 叶轮和罐的相对尺寸
第 四 章
搅拌器的转速 流体的性质
通 挡板的尺寸和数目
气
与
搅
拌
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生 化
(一)、单只涡轮不通气条件下输入搅拌液体
生物工程专业课程
生
化 由此得出Michel的修正关系式
工
程 第 四
Pg2.25P02Q N 0.08D30.391发酵罐
与 搅
例题参见教材 page 55
拌
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三、非牛顿特性对搅拌功率计算的影响
生 化
（一）非牛顿型发酵醪的流变学特征
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粘度的概念
生
化 工
r
程
W1 W2
第 四
章 运动的流体中取出相邻的两层流体，设流体层
通 间的接触面积为F。对上层的流体施加外力，
气 与 搅
上层的流体产生速度W1 ，由于流体分子之间 有粘滞力，下层流体有速度W2 ，但W2<W1 ，

第四章 微生物反应器操作1．请用简图分别给出分批操作、流加操作和连续操作中反应器内培养液体积随时间的变化曲线。

2．用简图给出分批培养中初始基质浓度与最大菌体浓度之间的相互关系。

3．请给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养和连续培养中产物生成速率，并进行比较。

4. 何为连续培养的稳定状态？当0][][===dtP d dt S d dt dX 时，一定是稳定状态吗？ 5. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量X 0 ，生成的细胞量为X A 0 ，此间死亡细胞量为X DO ，已知A A f X X =00X 。

生成的细胞在接种t l 时间后开始指数型繁殖， t l 以后的细胞量为X，请推导出的关系式。

f A 分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并作图表示出。

)(l t f X =6.一定的培养体系中细胞以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时保证细胞的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。

7. 试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的细胞生长速率。

微生物的生长可采用Monod方程表达。

8. 面包酵母连续培养中，菌体浓度为10kg/m 3，菌体生成速度为10kg/h，求流加培养基中基质（乙醇）浓度及培养液的量。

稀释率1.0=D h-1,Y X/S =0.5kg/kg （以细胞/基质计），可采用Monod 方程，已知μ max = 0.15h -1,K S = 0.05kg /m 3。

9．恒化器进行具有抑制作用的连续培养，比生长速率可由式S i i S C K C K S++=)1(max μμ 给出，其中g g Y L g C L g K S X i S /1.0,/05.0,/0.1===（ 以细胞/ 基质计）， L g X L g C S /05.0,/0.100==,，求菌体的最大生产速率与相应的稀释率D max ，并与没有抑制时相比较。

第四章微生物的营养和培养基习题参考答案A部分习题参考答案一、选择题1-5. DACCB；6-10. ABCCD；11-15. ACCDC二、是非题1-5. TFTTT；6-10. TTTTF三、填空题1.CO2，糖类，醇类，有机酸类2.氮气，硝态氮，铵态氮，有机氮化物3.光，CO2，有机物，CO24.氧化无机物，CO25.光能自养型，光能异养型，化能自养型，化能异养型6.基团转位.7.NH3，CO2，化能自养型8.碳素，氮素，矿质元素，生长因素，水.9.有机物，无机物，水.10.主动输送，基团转位11.主动运输，基团移位.12.光能，CO2，，有机物，H2O，，有机物13.0.63-0.99，5:114.病毒，立克次氏体，人工配制的培养基，活体培养15.糖，氨基酸，某些阳离子四、解释题1.微生物营养：指微生物获得与利用营养物质的过程。

2.光能自养型：以日光为能源，以CO2为碳源合成细胞有机物的营养类型。

3.化能自养型：通过以氧化无机物释放出的能量还原CO2成为细胞有机物的营养类型。

4.化能异养型：用有机物分解时释放出的能量将有机物分解的中间产物合成新的有机物的营养类型。

5.有机营养型微生物：只以适宜的有机化合物作为营养物质的微生物。

6.无机营养型微生物：以CO2作唯一碳源，不需要有机养料的微生物。

7.生长因子：微生物生长不可缺少的微量有机物，包括维生素，氨基酸及碱基等。

8.单纯扩散：营养物质进入微生物细胞时不需要载体参加，也不消耗代谢能量，而是顺营养物的浓度梯度由高浓度向低浓度运输营养物质进入微生物细胞的运输方式。

9.主动运输：营养物质在运进微生物细胞时，需要载体蛋白参与，需要消耗能量，并可以以逆营养物浓度梯度进行运输的运输方式。

这是微生物中存在的一种主要运输方式。

10. 培养基：人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。

五、简答题1. 微生物需要哪些营养物质，它们各有什么主要生理功能？微生物生长需要碳素，氮素，矿质营养，生长因素等营养物质，其主要生理功能分别叙述如下：（1）碳素营养物质：主要用来构成细胞物质和（或）为机体提供生命活动所需要的能量，常用糖类物质作C源。