生化反应工程-周华从共46页
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生化反应工程基础知识
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
2 非竞争性抑制
抑制物与酶的非活性部位结合，形成抑制物—酶的络合物后再与底物 结合，或者部分底物—酶络合物与抑制物结合，所形成的底物—酶—抑 制物不能直接生成产物，导致酶催化反应速率降低。
E +S
+ I
k1 [ES] k2 E + P
k1பைடு நூலகம்
+
⑤ 对环境因素敏感，具有适宜的反应温度、pH、离子 强度等。
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
6 影响酶催化反应速率的因素：
① 反应温度：酶催化反应速率与温度曲线呈钟罩形。 ② 反应pH：影响酶与底物结合和解离的速率；甚至影响
酶的空间结构
③ 酶浓度、底物浓度、产物浓度、离子强度和抑制剂等。
《制药反应工程》
第六章 生化反应工程基础
赵瑞芬 周华从 2015年11月
本章内容
6.1 6.2 6.3 6.4
概述
✓ 生化反应工程基础知识； ✓ 生化反应工程特点；
生化反应动力学基础
✓ 酶催化反应及其动力学； ✓ 微生物反应及其动力学；
固定化生物催化剂
✓ 酶和细胞的固定化； ✓ 固定化生物催化剂的催化动力学；
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
二 单底物酶催化反应动力学——米氏方程
对于典型的单底物酶催化反应：
反应机理可表示为：
E +S
SE P k1 [ES] k2 E + P
k1
一定条件下，反应速率 r 与底物浓度[S]关系：
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
【优秀版】生化反应工程实验课件PPT
1
2
3
4
5
6
7
取10支试管为例，按表操作。
比浊法发是酵根液据菌(m悬l液) 的透0光.3量间接地0测.3定细菌的0数.3量。 0.3
0.3
0.3
0.3
将此上法述 分蒸各为馏管湿水溶重液法(m混和l匀干) 后重，法1在。.7540nm波1长.7下，用空1白.7管溶液调1.零7，测定吸1.光7度值。 1.7
2.直接称重法
此法分为湿重法和干重法。干重法系单位体积培养物经过 滤（或离心）后，在105℃烘箱中烘干至恒重（1～1.5hr）， 冷却至室温称重。 具体操作：先称取干燥的滤纸重量，记为W1（g），取发酵液过 滤，上清液保存于冰箱进行糖浓度测定，菌体和滤纸一起于 105℃烘至恒重后称滤纸和菌体重量，记为W2（g），根据下式 计算菌体生物量，单位 g/L。
生化反应工程实验课件
一．实验目的
1.掌握细胞反应动力学的研究方法； 2.巩固还原糖和生物量的测定原理与方法； 3.掌握酶反应速度的实验测定方法； max和米氏常数Km的测定方法。
用制作标准曲线中的空白管溶液调零。 在一定范围内，还原糖的量与棕红色物质颜色的深浅成正比关系，在 540nm波长下测定光密度值，查对标准曲线便可求出还原糖的量。 用制作标准曲线中的空白管溶液调零。 具体操作：将培养0 h、1h、2h、2. 5hr），冷却至室温称重。 掌握酶反应速度的实验测定方法； 取10支试管为例，按表操作。 细菌悬浮液的浓度在一定范围内与光密度成正比，所以可用比色计测定菌液的光密度(OD值)表示样品菌液浓度。 比浊法是根据菌悬液的透光量间接地测定细菌的数量。 3,5－二硝基水杨酸比色法(DNS法)测定还原糖 掌握细胞反应动力学的研究方法； 比浊法是根据菌悬液的透光量间接地测定细菌的数量。 用制作标准曲线中的空白管溶液调零。 比浊法是根据菌悬液的透光量间接地测定细菌的数量。 [2] 程国华编著，生物化学实验技术. [1] 郭勇编著，现代生化技术.
生化反应工程基础知识
的反应。
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
4 酶的活性定义： 酶的活性：即酶催化反应速率，在规定条件下，每微摩
尔酶每分钟催化底物转化的微摩尔数。
酶单位：在规定条件下，每分钟催化1微摩尔底物转化 为产物所需的酶量，定义为一个酶单位（U, Unit）。
1S E 1P
二者关系：若酶的活性为 a μmol /(min· μmol ），则一个酶单位可表 示为 1/a μmol/(min · μmol )
参考：《生物化学》，王镜岩 等，第三版，北京大学出版社
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
2 酶的特性 ：
酶具有一般化学催化剂所具有的性质。 降低反应的活化能； 不影响反应的平衡常数； 加速反应的进行； 酶本身不被消耗，且能恢复到原来的状态。
酶同时具有蛋白质的性质。 需要适宜的反应温度、pH、溶剂的介电常数、离子强度等，极易 受到物理因素和化学因素的影响，容易失活甚至变性。
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
5 酶催化特点：
？ 与化学催化相比较，酶催化有如下特点：
① 酶的催化效率高：通常比非酶催化高107 ~ 1013倍。
酶催化与化学催化反应能量变化
酶催化降低了从底物到 过渡态络合物所需的活 化能，且不改变反应中 总能量的变化。
6.2 生化反应动力学基础
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
3 酶催化反应历程 ：
以单底物S生成产物P的酶催化反应为例，其反应历程为：
E +S
[ES] E + P
E (Enzyme), 酶； S (Substrate), 底物； P (Product), 产物；
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
4 酶的活性定义： 酶的活性：即酶催化反应速率，在规定条件下，每微摩
尔酶每分钟催化底物转化的微摩尔数。
酶单位：在规定条件下，每分钟催化1微摩尔底物转化 为产物所需的酶量，定义为一个酶单位（U, Unit）。
1S E 1P
二者关系：若酶的活性为 a μmol /(min· μmol ），则一个酶单位可表 示为 1/a μmol/(min · μmol )
参考：《生物化学》，王镜岩 等，第三版，北京大学出版社
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
2 酶的特性 ：
酶具有一般化学催化剂所具有的性质。 降低反应的活化能； 不影响反应的平衡常数； 加速反应的进行； 酶本身不被消耗，且能恢复到原来的状态。
酶同时具有蛋白质的性质。 需要适宜的反应温度、pH、溶剂的介电常数、离子强度等，极易 受到物理因素和化学因素的影响，容易失活甚至变性。
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
5 酶催化特点：
？ 与化学催化相比较，酶催化有如下特点：
① 酶的催化效率高：通常比非酶催化高107 ~ 1013倍。
酶催化与化学催化反应能量变化
酶催化降低了从底物到 过渡态络合物所需的活 化能，且不改变反应中 总能量的变化。
6.2 生化反应动力学基础
6.2 生化反应动力学基础
6.2.1 酶催化反应及其动力学
3 酶催化反应历程 ：
以单底物S生成产物P的酶催化反应为例，其反应历程为：
E +S
[ES] E + P
E (Enzyme), 酶； S (Substrate), 底物； P (Product), 产物；
生化反应工程绪论
第二章 酶促反应动力学（6学时）
第三章 微生物反应动力学（8学时）
第四章 微生物反应器的操作（2学时） 第五章 动植物细胞培养动力学（2学时） 第六章 生物反应器中的传质过程（8学时） 第七章 生物反应器（2学时） 第八章 生物反应工程领域的拓展（2学时）
第一章 绪论
三个问题? 2个W和1个H?
生化反应工程
尤忠毓
联系方式：13906813104 673104 elmer0718@ 梁林校区5号楼417
考核方式：
作业完成情况 10%
期末 考试
平时 成绩
出勤率 10% 机动 10%
70% 30%
要求：
关于听课? 关于手机?
关于睡觉?
主要参考书：
主要内容： 第一章 绪论 （2学时）
以生物反应动 力学为基础， 结合化学工程 方法与生物反 应过程，进行 生物反应过程 分析与开发， 以及生物反应 器的设计、操 作和控制等。
生物学
化学
生物反 应工程
工业 生物技术 的核心 计算机 与信息 技术
工程学
What? 生物反应过程与化学反应过程的本质区别： 生物催化剂参与反应。
特点： 反应条件温和； 反应速率不同； 反应具有复杂性。
How?
生物反应工程的主要研究内容：
生物反应动力学
①酶促反应动力学、均相和多相系统酶促动力 学及酶的失活动力学； ②微生物生长过程中的质量和能量的衡算、发
酵动力学和微生物的培养操作技术；
③影响动植物细胞生长的因素。
How?
生物反应工程的主要研究内容：
生物反应器
①生物反应体系中流变学特性、氧的传递与 微生物呼吸等； ②酶反应器及其设计、机械搅拌式发酵罐及 其设计等； ③分批式、流加式和连续式操作及动植物细 胞培养技术等。
第三章 微生物反应动力学（8学时）
第四章 微生物反应器的操作（2学时） 第五章 动植物细胞培养动力学（2学时） 第六章 生物反应器中的传质过程（8学时） 第七章 生物反应器（2学时） 第八章 生物反应工程领域的拓展（2学时）
第一章 绪论
三个问题? 2个W和1个H?
生化反应工程
尤忠毓
联系方式：13906813104 673104 elmer0718@ 梁林校区5号楼417
考核方式：
作业完成情况 10%
期末 考试
平时 成绩
出勤率 10% 机动 10%
70% 30%
要求：
关于听课? 关于手机?
关于睡觉?
主要参考书：
主要内容： 第一章 绪论 （2学时）
以生物反应动 力学为基础， 结合化学工程 方法与生物反 应过程，进行 生物反应过程 分析与开发， 以及生物反应 器的设计、操 作和控制等。
生物学
化学
生物反 应工程
工业 生物技术 的核心 计算机 与信息 技术
工程学
What? 生物反应过程与化学反应过程的本质区别： 生物催化剂参与反应。
特点： 反应条件温和； 反应速率不同； 反应具有复杂性。
How?
生物反应工程的主要研究内容：
生物反应动力学
①酶促反应动力学、均相和多相系统酶促动力 学及酶的失活动力学； ②微生物生长过程中的质量和能量的衡算、发
酵动力学和微生物的培养操作技术；
③影响动植物细胞生长的因素。
How?
生物反应工程的主要研究内容：
生物反应器
①生物反应体系中流变学特性、氧的传递与 微生物呼吸等； ②酶反应器及其设计、机械搅拌式发酵罐及 其设计等； ③分批式、流加式和连续式操作及动植物细 胞培养技术等。
生化反应工程1
图1-1酶反应动力学的特点
1-1 简单酶反应动力学
这种现象最简单的解释是酶催化反应至少必须经过两步。 首先，酶E和底物S结合形成酶－底物中间体ES，在中间体 形式下，底物转化为产物并释放出来：
k1 ES (1 3a) S E k1
k2 ES P E (1 3b)
1-1 简单酶反应动力学
把式（1-20），式（1-22），式（1-23）代入式 ' rmax cs' （1-18），得 r (1 24)
' Km cs'
r 其中，
' max
Keq－ 1 Keq
Kp K p－Ks
rs (1 25)
（Keq Ks＋K p）cS,eq＋Ks K p K＝ (1 26) K p－Ks
cES cs cs k （ c c ） c k c k c ＝ 0 k （ c c ） c c ( k + k ） ＝ ＝ 1 E0 ES s -1 ES 2 ES 1 E0 ES s ES -1 2 （cE0 cES） (k-1 +k2） K m k1
1-1 简单酶反应动力学
1-1 简单酶反应动力学
S P，则反应速率可以定义为： 如果酶催化反应为：
dcs dc p r (1 1) dt dt
式中Cs和Cp分别为底物和产物的浓度。
为测定酶反应动力学，常作如下实验：在时间为零时，把 底物和酶溶液在充分搅拌下与pH缓冲溶液混和，保持恒温， 然后跟踪底物或产物浓度随时间的变化，由所得的数据求 取底物或产物对时间曲线的初始斜率，即
《化学反应工程》全册配套完整教学课件
床层或反应器内宏观动力学模型(或简称床层动力学模型) 各种类型反应器内的催化剂床层，计入反应气体与催化剂颗粒的相 互流动状况，和使用过程中催化剂失活影响的诸多因素，即处于介 尺度的宏观动力学。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
物质在反应装置中的流动、传质和传热与化学反应之间相互关系的 概念，称为物理概念模型。 数学模型 表达物理概念模型的数学式称为数学模型。 数学模拟方法 用基于物理概念模型的数学模型来模拟反应过程的 方法称为数学模拟方法。
Copyright 2011 by Southeast University
固体颗粒细小，气流流动情况 复杂。
催化剂带出少，要求气液分布 均匀，温度调节较难。
固相在液相中悬浮，气相连续 流入及流出反应器。
固相在液相中悬浮，液相和气 相连续进入及流出反应器。
粒子返混小，相接触面小，传 热效能低。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
一、化学反应工程学的研究范畴
过程工业
从事物质的化学转化，生成新的物质产品； 各个生产环节具有一定的不可分性，形成生产流程，并多数连续生
产。
过程工业包括两个过程：
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
气流床 滴流床 鼓泡淤浆床 三相流化床 回转筒式 螺旋挤压机式
气-固相 气-液-固三相 气-液-固(催化及非催化) 气-液-固(催化及非催化) 气-固相，固-固相 高黏度液相
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
物质在反应装置中的流动、传质和传热与化学反应之间相互关系的 概念，称为物理概念模型。 数学模型 表达物理概念模型的数学式称为数学模型。 数学模拟方法 用基于物理概念模型的数学模型来模拟反应过程的 方法称为数学模拟方法。
Copyright 2011 by Southeast University
固体颗粒细小，气流流动情况 复杂。
催化剂带出少，要求气液分布 均匀，温度调节较难。
固相在液相中悬浮，气相连续 流入及流出反应器。
固相在液相中悬浮，液相和气 相连续进入及流出反应器。
粒子返混小，相接触面小，传 热效能低。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
一、化学反应工程学的研究范畴
过程工业
从事物质的化学转化，生成新的物质产品； 各个生产环节具有一定的不可分性，形成生产流程，并多数连续生
产。
过程工业包括两个过程：
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
气流床 滴流床 鼓泡淤浆床 三相流化床 回转筒式 螺旋挤压机式
气-固相 气-液-固三相 气-液-固(催化及非催化) 气-液-固(催化及非催化) 气-固相，固-固相 高黏度液相
生化反应工程知识点总结
生化反应工程知识点总结在生化反应工程的研究和应用中涉及到很多的基本理论和关键技术，下面我将对生化反应工程中的一些重要知识点进行总结和归纳。
一、生物反应器的基本类型和特点生化反应工程中，生物反应器是进行生化反应的主要装置。
根据不同的反应过程和要求，生物反应器可以分为多种类型，主要包括批式反应器、连续流动反应器、循环反应器、固定床反应器等。
不同类型的生物反应器具有不同的特点和适用范围，选择合适的反应器对于生化反应的控制和优化具有至关重要的意义。
1.批式反应器批式反应器是将反应物一次性加入反应器中，允许反应物在反应过程中发生变化，反应结束后，将产物从反应器中分离。
批式反应器的优点是操作简单，易于控制，适用于小规模的试验和研究。
但是其生产效率比较低，不适用于大规模工业生产。
2.连续流动反应器连续流动反应器是在反应过程中不间断地加入新的反应物，产物和反应物同时流出反应器。
连续流动反应器可以保持反应物的浓度和温度等参数稳定，有利于提高生产效率，适用于大规模的工业生产。
3.循环反应器循环反应器是在反应过程中将反应液不断地循环通过反应器，通过控制循环速度和时间来控制反应过程。
循环反应器可以有效地提高反应效率，适用于某些需要密闭反应环境的反应。
4.固定床反应器固定床反应器是将固定在反应器中的生物体用于反应，可以有效地控制生物体的生长和代谢过程。
固定床反应器适用于某些需要生物体来完成反应的场合。
以上几种生物反应器的类型具有各自的特点和适用范围，在实际的生化反应工程中，需要根据具体的反应过程和要求来选择合适的反应器类型。
二、微生物的选择和改良在生化反应工程中，微生物是一种重要的生物反应体，用于完成生化反应过程。
根据反应的要求，选择合适的微生物对于反应的效率和产品的质量有着重要的影响。
1.微生物的选择在选择微生物时，需要考虑到微生物的代谢活性、生长速度、产物生成能力和对环境的适应能力等方面的因素。
在不同的反应条件下，不同的微生物可能会表现出不同的特性，需要根据具体的反应过程来选择合适的微生物。
(优选)化学反应工程第九章生化反应工程基础
（优选）化学反应工 程第九章生化反应工 程基础
第1页，共37页。
9.1 概述
生化反应工程是生物化学工程的一个分支，是生物技术实现产
业化的关键之一。 生物技术是应用生物学、化学和工程学的基本原理，利用生物体
（包括微生物、动物细胞和植物细胞）或其组成部分（细胞器和酶） 来生产有用物质，或为人类提供某种服务的技术。
第23页，共37页。
一般认为符合工业生产要求的固定化生物催化剂应满足：
①选用的载体应对细胞或酶无毒性，有合适的孔径、孔率、比表 面积和几何形状，既要使细胞不泄漏或少泄漏，还要具有良好的 通透性；
②固定化方法简单，制备条件温和，尽量减少酶活损失，且应易于成型 ，使其外型能满足生化反应器要求；
③单位体积细胞或酶含量高，以增大反应器生产能力；
第26页，共37页。
多种型式的生化反应器： （１）机械搅拌型 （２）气体提升型
第27页，共37页。
（３）液体喷射环流型
（４）固定床生化反应器
（５）流化床生化反应器 （６）膜反应器
第28页，共37页。
2 生化反应器的计算
（１）间歇反应器 将式（10-1）代入间歇反应器的设计方程。由于酶反应是液相恒
第19页，共37页。
4 氧的消耗速率
氧的消耗速率亦称摄氧率（OUR），它表示单位体积培养液中 ，细胞在单位时间内消耗（或摄取）的氧量，即
描述氧消耗速率的一个重要参数是比耗氧速率 ，亦称呼吸 强度。它表示单位菌体浓度的氧消耗速率，即
对于一般微生物反应，氧消耗量=基质燃烧需氧量-细胞燃烧需氧 量-代谢产物燃烧需氧量
第7页，共37页。
2 单底物酶催化反应动力学——— 米氏方程
对于典型的单底物酶催化反应，例如 其反应机理可表示为
第1页，共37页。
9.1 概述
生化反应工程是生物化学工程的一个分支，是生物技术实现产
业化的关键之一。 生物技术是应用生物学、化学和工程学的基本原理，利用生物体
（包括微生物、动物细胞和植物细胞）或其组成部分（细胞器和酶） 来生产有用物质，或为人类提供某种服务的技术。
第23页，共37页。
一般认为符合工业生产要求的固定化生物催化剂应满足：
①选用的载体应对细胞或酶无毒性，有合适的孔径、孔率、比表 面积和几何形状，既要使细胞不泄漏或少泄漏，还要具有良好的 通透性；
②固定化方法简单，制备条件温和，尽量减少酶活损失，且应易于成型 ，使其外型能满足生化反应器要求；
③单位体积细胞或酶含量高，以增大反应器生产能力；
第26页，共37页。
多种型式的生化反应器： （１）机械搅拌型 （２）气体提升型
第27页，共37页。
（３）液体喷射环流型
（４）固定床生化反应器
（５）流化床生化反应器 （６）膜反应器
第28页，共37页。
2 生化反应器的计算
（１）间歇反应器 将式（10-1）代入间歇反应器的设计方程。由于酶反应是液相恒
第19页，共37页。
4 氧的消耗速率
氧的消耗速率亦称摄氧率（OUR），它表示单位体积培养液中 ，细胞在单位时间内消耗（或摄取）的氧量，即
描述氧消耗速率的一个重要参数是比耗氧速率 ，亦称呼吸 强度。它表示单位菌体浓度的氧消耗速率，即
对于一般微生物反应，氧消耗量=基质燃烧需氧量-细胞燃烧需氧 量-代谢产物燃烧需氧量
第7页，共37页。
2 单底物酶催化反应动力学——— 米氏方程
对于典型的单底物酶催化反应，例如 其反应机理可表示为
化学反应工程第十章生化反应工程基础
（２）包埋法 是细胞或酶固定化最常用的方法，它是将酶或细胞 固定在高分子化合物的三维网状结构中。现有三种包埋法，即凝胶 包埋法、微胶囊包埋法和纤维包埋法。 （３）共价结合法 （４）交联法
化学反应工程
第二十四页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.4.2 酶和细胞的固定化
一般认为符合工业生产要求的固定化生物催化剂应满足： ①选用的载体应对细胞或酶无毒性，有合适的孔径、孔率、比 表面积和几何形状，既要使细胞不泄漏或少泄漏，还要具有良 好的通透性；
例10-1 在ｐＨ为5.1及15℃等温下，测得葡萄糖淀粉酶水解麦 芽糖的初速率与麦芽糖浓度的关系如下：
试求该淀粉酶水解麦芽糖反应的 和 。
化学反应工程
第九页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.2.2 单底物酶催化反应动力学———米 氏方程
解： 将米氏方程线性化，经重排得
由此式可知，
为线性关系，故可根据题给出数据计算
化学反应工程
第十七页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.3.1 细胞生长动力学
化学反应工程
第十八页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.3.2 基质消耗动力学
在间歇培养中基质消耗速率为
表示单位细胞浓度的基质消耗速率，即
表示单位细胞浓度产物的生成速率，即
由此可知，基质消耗的比速率包括用于菌体生长、维持菌体正常活 动的基质消耗速率以及产物合成三部分。
1 细胞生长动力学 2 基质消耗动力学 3 产物生成动力学
4 氧的消耗速率
化学反应工程
第十六页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.3.1 细胞生长动力学
细胞的生长速率 定义为：在单位体积培养液中，单位时间内生 成的细胞（亦称菌体）量，即
化学反应工程
第二十四页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.4.2 酶和细胞的固定化
一般认为符合工业生产要求的固定化生物催化剂应满足： ①选用的载体应对细胞或酶无毒性，有合适的孔径、孔率、比 表面积和几何形状，既要使细胞不泄漏或少泄漏，还要具有良 好的通透性；
例10-1 在ｐＨ为5.1及15℃等温下，测得葡萄糖淀粉酶水解麦 芽糖的初速率与麦芽糖浓度的关系如下：
试求该淀粉酶水解麦芽糖反应的 和 。
化学反应工程
第九页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.2.2 单底物酶催化反应动力学———米 氏方程
解： 将米氏方程线性化，经重排得
由此式可知，
为线性关系，故可根据题给出数据计算
化学反应工程
第十七页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.3.1 细胞生长动力学
化学反应工程
第十八页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.3.2 基质消耗动力学
在间歇培养中基质消耗速率为
表示单位细胞浓度的基质消耗速率，即
表示单位细胞浓度产物的生成速率，即
由此可知，基质消耗的比速率包括用于菌体生长、维持菌体正常活 动的基质消耗速率以及产物合成三部分。
1 细胞生长动力学 2 基质消耗动力学 3 产物生成动力学
4 氧的消耗速率
化学反应工程
第十六页，编辑于星期六：十八点 一分。
10.3.1 细胞生长动力学
细胞的生长速率 定义为：在单位体积培养液中，单位时间内生 成的细胞（亦称菌体）量，即
化学反应工程_第九章_生化反应工程基础[可修改版ppt]
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2 酶和细胞的固定化
酶和细胞的固定化方法很多，通常有吸附法，包埋法， 共价结合法和交联法。 （１）吸附法 有表面法和细胞聚集法两种。 （２）包埋法 是细胞或酶固定化最常用的方法，它是将酶 或细胞固定在高分子化合物的三维网状结构中。现有三种包 埋法，即凝胶包埋法、微胶囊包埋法和纤维包埋法。 （３）共价结合法 （４）交联法
以单底物Ｓ生成产物Ｐ的酶催化反应为例，Ｅ表示游离酶 ，其反应历程为
与化学催化相比较，酶催化具有下述特点： ①酶的催化效率高 ②酶催化反应具有高度的专一性，它包括酶对反应的专一性
和酶对底物的专一性。 ③酶催化反应的反应条件温和，无需高温和高压。 ④酶催化反应有其适宜的温度、pＨ、溶剂的介电常数和离子
1 概述 2 酶和细胞的固定化
1 概述
固定化酶是将酶固定在载体或限制在一定局部空间范围内 ，经固定化的酶虽然可以克服游离酶的缺点，但尚需进行提取 与纯化，才能得到酶，且固定化酶只适用于简单的酶反应。固 定化酶和固定化细胞统称为固定化生物催化剂。
固定化细胞是指将细胞固定在载体上或限制在一定局部空 间范围内。按细胞的生理状态，固定化细胞可分为固定化死细 胞，固定化休止细胞和固定化增殖细胞。
（１）竞争性抑制 当抑制物与底物的结构类似时，它们将竞 争酶的同一可结合部位———活性位，阻碍了底物与酶相结合 ，导致酶催化反应速率降低。
（２）非竞争性抑制 有些抑制物往往与酶的非活性部位相结 合，形成抑制物—酶的络合物后会进一步再与底物结合；或是 酶与底物结合成底物—酶络合物后，其中有部分再与抑制物结 合。
化学反应工程_工程是生物化学工程的一个分支，是生物技术实 现产业化的关键之一。
生物技术是应用生物学、化学和工程学的基本原理，利用生 物体（包括微生物、动物细胞和植物细胞）或其组成部分（细 胞器和酶）来生产有用物质，或为人类提供某种服务的技术。
生化反应工程原理
填空题1理想的酶反应器主要有两种：CPFR 和CSTR2养的传递有串联模型和并联模型（不好这样说）3KLa 中a 大小取决于所设计的空气分布器，空气流动速率，反应器的体积和空气泡的直径等且空气泡的直径越小，越有利于传递 4***()(1)a Km C C D C+-=的物理意义是最大反应速率和最大传质速率之比。
Da 准数越小，固定化酶表面浓度[S]s 越是接近主题浓度[S],辨明最大传质速率越是大于最大反应速率，为反应控制。
Da 准数越小，越好。
5内部扩散与催化反应是同时进行的，二者相互影响，外扩散通常是先于反应。
6影响固定化酶促反应的蛀牙因素是：分子构象的改变，位阻效应，微扰效应，分配效应和扩散效应 7有效电子数：当1mol 碳源完全氧化时，所需要氧的摩尔系数的4倍称为基质的有效电子数若碳源为葡萄糖，其完全燃烧是每摩尔葡萄糖需要6mol ，所以有效电子数是24，氧化一个有效电子伴随着焓值变化109.0KJ.即109.0ave kJ Y Y = 8通过对细胞和环境之间能量的交换关系的研究，为培养基中（组分）的选择提供参考9影响酶催化反应的环境因素有（温度），（pH ），浓度等。
影响酶催化反应的浓度因素有（底物浓度）和（效应物浓度）。
影响酶催化反应的最基本的因素是（浓度）。
10反应器放大的目的是使产品的（质优）和（成本低效益好）；必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境（相同）。
11若要消除外扩散限制效应，最常用的方法是（）；若是要消除内扩散限制效应，最常用的方法是（）。
12影响机械通气搅拌发酵过程中体系溶氧系数的因素有（操作变量），（培养液的理化性质），（反应器的结构）。
13根据Garden 模型，如果产物和细胞的速率-时间曲线的变化趋势同步，则该产物的生成模型是（）。
15对米氏方程的讨论当CS<<Km 时，max S mr r C K =，属一级反应。
当CS>>Km 时，max r r =，属零级反应。
生化反应工程--绪论
组合生物合成：根据微生物的多样性和
次级代谢产物的多样性，以及天然资源
中获得的有意义基因，通过重组、组合 或互补形成高水平或新结构化合物的多
酶体系来生产人类需要的物质。
Traditional
Biochemical Reaction Engineering M生化反应工程：
中间产物Ⅱ
高丝氨酸 脱氢酶
法，选育不能合成 高丝氨酸脱氢酶的 菌种用于生产.
高丝氨酸
甲硫 氨酸 苏氨酸
+
赖氨酸
代谢调控—— 改变发酵条件
• O 2： 如：酵母菌在有氧条件下大量繁殖，在无氧条 件下才大量产生酒精。 又如：谷氨酸棒状杆菌在溶氧不足时，生 成的产物是乳酸或是琥珀酸。 • C ：N 如在谷氨酸发酵过程中，当培养基中C:N=4:1时, 菌体大量繁殖而产生谷氨酸少； 当C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制而合成谷氨酸多.
• 近代生化工程建立时期
（19世纪50年代到20世纪40年代）
• 近代生化工程全盛时期
（20世纪40年代到20世纪70年代末）
• 现代生化工程建立和发展时期 （从20世纪70年代末开始）
三、生化反应工程的几个重要转折点 • 第一个转折点：非食品工业(酒精发酵)
甘油发酵：第一次世界大战，德国，酵母 发酵生产甘油。当时每月生产
（biological energy）是细胞独立自主生活的基础，每个细
胞都有能量转换机构，此亦是生物技术工业具有生物学属性 的重要体现。在控制细胞代谢中，可通过减少支流途径（bypass path）的能量和增加目的产物主流途径的生物能支持。 提高能量利用率。对于生产过程，可根据能量守恒定律（law
of energy conservation）和能量系统集成（integrated