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生化工程期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 生化工程中的“酶”通常指的是：A. 蛋白质B. 核酸C. 脂质D. 糖类2. 下列哪项不是酶催化反应的特点：A. 高效性B. 特异性C. 需要高温D. 可逆性3. 以下哪个不是生化工程中常用的固定化酶技术：A. 吸附法B. 交联法C. 包埋法D. 溶解法4. 生物反应器中，细胞培养的目的是：A. 提高酶活性B. 产生代谢产物C. 增加细胞数量D. 以上都是5. 以下哪个不是生化工程中常用的生物反应器类型：A. 搅拌槽式反应器B. 填充床反应器C. 膜反应器D. 离心机二、填空题（每空1分，共10分）6. 生化工程涉及的学科包括_________、_________和_________。
答案：生物学、化学工程、医学7. 固定化酶技术的优点包括_________、_________和_________。
答案：重复使用、稳定性高、易于分离8. 生物反应器的设计需要考虑的因素包括_________、_________和_________。
答案：温度、pH值、氧气供应9. 酶的催化机制通常涉及到_________和_________的相互作用。
答案：酶活性中心、底物10. 细胞培养技术在医药领域中的应用包括_________和_________。
答案：生产药物、生产疫苗三、简答题（每题10分，共20分）11. 简述固定化酶技术在工业生产中的应用及其优点。
答案：固定化酶技术在工业生产中广泛应用于食品加工、制药、环境治理等领域。
其优点包括：提高酶的稳定性和重复使用性，降低生产成本；易于实现酶与反应物的分离，简化工艺流程；提高反应效率，缩短生产周期。
12. 描述生物反应器在生物制药过程中的作用及其重要性。
答案：生物反应器在生物制药过程中起到至关重要的作用，它为细胞或酶提供了适宜的生长和催化环境，确保了药物生产的高效性和稳定性。
生物反应器的设计和操作直接影响到药物的产量和质量，是实现工业化生产的关键环节。
生化工程绪论1、 定义：生化工程是生物化学工程的简称，它是以生物技术从实验室规模扩大至生产规模为目的，以生物生产过程中带有共性的工程技术问题为核心的一门由生物科学与化学工程相结合的交叉学科。
它既是生物技术的一个重要组成部分，又是化学工程的一个分支学科。
2、 单元操作：完成一道工序所需的一种方法和手段。
在研究单元操作时，经常用到下列五个基本概念，即物料衡算，能量衡算，物系的平衡关系，传递速率及经济核算等。
第一章 灭菌技术1、抑制有害微生物的措施：2、除菌的方法包括①培养基的加热灭菌（包括常压或蒸汽高压加热法）②空气的过滤除菌③紫外线或电离辐射④化学药物灭菌第一节 培养基的灭菌一、概述：发酵工业广泛应用蒸汽加热的方法处理大量培养基1、 高温杀菌作用的种类：2、 干热灭菌法：其中的灼烧是一种最彻底的方法，但是仅用于接种针等少数对象的灭菌。
3、 湿热灭菌法：比干热灭菌法更有效。
细菌的芽孢最耐热，一般要在120℃下处理15min 才能杀死。
➢ 常压法：包括巴氏消毒法和间歇灭菌法等。
其中，巴氏消毒法是用于牛奶、啤酒、果酒和酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法，其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌（如牛奶中的结核杆菌或沙门氏菌），而又不影响它们的风味。
是一种低温消毒法，包括LTH 法和HTST 法。
4、 影响加压蒸汽灭菌效果的因素① 灭菌物体含菌量的影响。
（天然原料尤其是麸皮等植物性原料配成的培养基，一般含菌量较高，而用纯粹化学试剂配制成的组合培养基，含菌量低。
）➢ 灭菌：采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施。
分杀菌和溶菌两种。
杀菌指菌体虽死，形体尚存；溶菌指菌体杀死后其细胞发生溶化、消失的现象。
➢ 消毒：采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施。
➢ 高温致死原理：使微生物的蛋白质和核酸等生物大分子发生变性、破坏。
生化工程考点(总3页) --本页仅作预览文档封面，使用时请删除本页--1.在恒化器中，可通过控制培养基的流动速度F的变化来控制生长速率μ的水平。
这也称为单罐恒流速连续发酵。
2.单罐连续培养时的最大稀释率Dn为理论上连续培养中最适宜的稀释率。
3.微生物产物形成的动力学模型有偶联型、非偶联型、混合型三种。
4.连续发酵时的临界稀释率是指：当D=μm时，X→0，即稀释率达到最大，此时D=Dc（临界稀释率）=μm，S→So。
5补料分批培养主要应用在间歇补料操作、连续补料操作、循环分批操作、循环间歇补料操作、循环连续补料操作五种。
6.固定化酶的优点可概括为：酶稳定性增强、酶能反复利用、可实现连续化酶反应、缩小反应体积、反应条件易控制、可提高产物的纯度和产率、充分利用资源、节省能源、环境保护等方面的优点。
7.酶固定化的方法有吸附法、包埋法、交联法、共价结合法、联合固定化法。
8.影响固定化酶性能的因素有：酶结构的改变、位阻效应、分配效应、扩散效应。
9.固定化酶的方法有多种，每一种由于固定化条件不同，其固定化酶性能也不同，评价固定化效率的指标有：酶的固定化率、酶活力表现率、酶活力效率、有效因子。
10.固定化酶反应器的选择应考虑的因素有：反应形式，反应速率，反应器操作成本，底物浓度性质，物质传递速率，活性失活方式11.固定化酶的反应器种类有：搅拌罐、汽化床、膜式反应器、鼓泡塔、固定床发酵罐。
12.微生物反应器种类有：机械搅拌发酵罐、自吸式发酵罐、气升式发酵塔、塔式发酵罐、气升式流化床、固定床。
13.在恒化器中，如果通过的干物料速率过快，造成表现产率系数下降导致生产率Pc大幅降低（因为D增大，刚进入的细胞未来得及生长就被冲走，Pc下降）。
14.比较圆盘、平直叶、弯叶、箭叶涡轮搅拌器，在相同的转速下平直叶输出功率最大，箭叶造成轴向流动最强。
15.固定化细胞有两种，即固定化活细胞和固定化休眠细胞。
16.设计空气预处理流程最关键的系数是捕集效率，一般要求进空气过滤器的空气质量标准是微粒及细菌微生物的尺寸为~µm。
生化工程原理复习题及答案一、名词解释1、生化工程：将生物技术的实验室成果经工艺及工程开辟，成为可供工业生产的工艺过程，常称为生化工程。
2、灭菌：是指用物理或者化学方法杀灭物料或者设备中的一切生命物质的过程。
3、惯性冲撞机制：气流中运动的颗粒，质量，速度，具有惯性，当微粒随气流以一定的速度向着纤维垂直运动时，空气受阻改变方向，绕过纤维前进，微粒由于惯性的作用，不能及时改变方向，便冲向纤维表面，并滞留在纤维表面。
4、细胞得率：是对碳的细胞得率。
=生成细胞量某细胞含碳量或者=消耗基质量某基质含碳量。
5、生物反应动力学：是研究在特定的环境条件下，微生物的生长、产物的生成、底物的消耗之间的动态关系及规律，以及环境因子对这些关系的影响。
生物反应工程：是一门以生物反应动力学为基础，研究生物反应过程优化和控制以及生物反应器的设计、放大与操作的学科。
6、返混：反应器中停留时间不同的物料之间的混合称为返混。
7、细非结构模型：8、非结构模型：如果把菌体视为单组分，则环境的变化对菌体组成的影响可被忽略，在此基础上建立的模型称为非结构模型。
结构模型：在考虑细胞组成变化基础上建立的微生物生长或者相关的动力学模型。
9、限制性底物：是培养基中任何一种与微生物生长有关的营养物，只要该营养物相对贫乏时，就可能成为限制微生物生长的因子，可以是C 源、 N 源、无机或者有机因子。
10、绝对过滤介质：绝对过滤介质的孔隙小于细菌和孢子，当空气通过时微生物被阻留在介质的一侧。
深层过滤介质：深层过滤介质的截面孔隙大于微生物，为了达到所需的除菌效果，介质必须有一定的厚度，因此称为深层过滤介质。
11、均衡生长:在细胞的生长过程中，如果细胞内各种成份均以相同的比例增加，则称为均衡生长。
非均衡生长:细胞生长时胞内各组分增加的比例不同，称为非均衡生长。
二、问答1、试述培养基灭菌通常具有哪些措施？灭菌动力学的重要结论有哪些？答：培养基灭菌措施有：(1)使用的培养基和设备需经灭菌。
生化工程与设备1. 根据微生物热死灭方程，要求灭菌后达到绝对无菌是很难做到的，也是不必要的。
因此，在工程设计中灭菌后残存活菌数常取10-3/罐。
2. 发酵工厂培养基灭菌主张采用的灭菌方法是高温短时。
3. 连消工艺流程中，物料中的杂菌主要在哪个设备中被灭活维持罐。
4. 当一台离心机转速达到10000rpm时不确定。
5. 锤式粉碎机不适合细胞破碎.6. 好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前应该安装止回阀，以确保安全。
7.沸腾造粒干燥器中，为使不同大小颗粒能在床层中分级，其形状设计为倒圆锥形。
8. 物料的粉碎度是指物料粉碎前后平均直径之比。
9. 生物反应器放大的核心问题是传质过程。
10. 答管式离心机进行液-液分离时，轻液和重液的分界面可通过调整重液出口位置进行调节。
11.啤酒发酵设备影响造价的因素主要有发酵设备大小、形式、操作压力及所需的冷却工作负荷，其中影响造价的主要因素是形式。
12.判断生物反应器好坏的标准是该装置能否适合工艺要求，以获得最大的生产效率。
13. 一般而言，丝状微生物发酵受搅拌剪切的影响较明显。
14. 冷凝器中，必须放在室外的是喷淋冷却器。
15. 贮气罐的作用是防止由于往复式空压机所产生的脉冲而引起的压力波动。
16.在糖蜜原料稀释时一般浓糖蜜的管径比水的管径大。
17. 硅藻土的主要成分是SiO2。
18. 培养基连续灭菌流程中选用管道维持器，应该使培养基在管道的流速达到湍流，才能保证先进先出。
19. 为有利于流体传热循环，啤酒生产糊化锅锅底形状宜做成弧形。
20.横式列管不属于发酵罐的换热装置.21. 气升环流式发酵罐，自吸式发酵罐属于通风发酵罐。
22. 啤酒发酵锥形罐冷却方式有多种，具体有罐外壁扣槽钢，扣角钢，用长形薄夹层螺旋环形冷却带。
23. 机械搅拌式，气升式，固相通风发酵设备发酵罐需要安装空气压缩机。
24. 带式输送物料输送方向有水平，倾斜向上。
25. 好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是给培养微生物提供氧气，也能起一定的搅拌作用，促进菌体在培养基中不断混合，加快生长繁殖速度，保持发酵过程的正压操作。
生化工程题库名词解释+填空题+简答题+证明题+计算题填空题：1.发酵产物的生成速率与菌体生长速率之间大致存在三种不同类型的关联，它们是______ 、和。
2.反应器的D/H越小，越接近型理想反应器，反应器的D/H越大，越接近型理想反应器。
3.灭菌控制的参数是和。
4.空气过滤器操作时，被认为捕集空气中杂菌和尘埃效率高的三个机制是、和。
5.连续培养时微生物在葡萄糖中的生长符合莫诺方程，μm=0.5 h-1，Ks=0.1g/L，D=0.4h-1，则在稳态时微生物的比生长速率μ为，流出物中葡萄糖的浓度为。
6.发酵罐比拟放大时需要确定的操作参数主要是空气流量、和搅拌功率，需要确定的几何尺寸主要是反应器的。
7.连续发酵体系中，K L a=3S-1，氧气的饱和浓度C*=5ppm，假设在发酵液中溶解的氧气完全被利用，即发酵液中完全没有氧气，则氧气的传递速率是mg/l·s 。
8.Pg的含义是。
9.P0的含义是。
10.微生物的比热死亡速率常数由温度和和等因素决定。
11.铜绿单孢菌在以葡萄糖为生长限制性底物的培养基中最大比生长速率为0.8h-1，为保证菌体不被洗出，则稀释率D 。
12.对发酵罐进行比拟放大，已知V2/V1=64，D2=4D1，P2=2P1，用空气的截面直线速度相等作为放大的基准，则放大前后(VVM)之比为。
13.Yx/s是以消耗的基质为基准的。
14.连续培养时微生物在葡萄糖中的生长符合莫诺方程，μm=0.5 h-1，Ks=0.1g/L，D=0.4h-1，则在稳态时微生物的比生长速率μ为，流出物中葡萄糖的浓度为。
15.用甲醇为原料生产SCP时，为了解决甲醇混合时间较长，浓度分布不均造成的甲醇对生产菌株的生长抑制，可以采取的措施是：。
16.对剪切力比较敏感的生产菌种，在进行搅拌转速的放大时，要以作为放大原则或者校正原则。
17.A物质的热灭反应活化能△E=96232J/mol，B物质的热灭反应活化能为△E=343088J/mol，则高温短时间灭菌有利于物质的破坏。
生化工程复习题重点知识点：第一章．培养基灭菌1．比热死亡速率常熟K，与热灭死活化能的△E之间的关系，与灭菌难易程度之间的关系。
2．会利用灭菌公式进行计算。
3．灭菌程度的概念，高温短时灭菌的机理。
第二章、空气除菌1、空气除菌的目的及重要性。
2、几种常用的空气予处理流程，各流程的优缺点和适用场合。
3、绝对过滤介质和深层过滤介质。
4、深层过滤除菌过程中主要的过滤机理。
第四章通气与搅拌1．比耗氧速率，什么是摄氧率，二者的关系2．临界溶氧浓度，如何测定方法。
是否所有的好氧培养过程都必需控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以上？3．氧的满足度？4．双膜理论的基本论点是什么？什么是液膜控制？什么是气膜控制？5．什么是体积溶氧速率？6．亚硫酸盐氧化法测定Kla的原理。
动态法测量Kla的原理和方法。
氧衡算法测量Kla的原理。
6．不通气和通气条件下发酵罐的搅拌器轴功率的计算方法。
7．什么是非牛顿性流体？几种典型的非牛顿流体的流变学特性是什么？表观粘度如何定义？8．非牛顿型流体的搅拌功率如何计算？9．Kla与设备参数及操作变数之间的关系式有何用途？判定这类关系式用途是否广泛的标准是什么？10．调节生物反应器氧传递速率及Kla的途径有那些？第四章生化反应器1、生物反应器设计的目标是什么？2、生物反应器设计和操作的限制因素有那些？3、生物反应器开发的趋势和方向。
4、生物反应器有哪几种操作方式？各如何操作？5、好氧机械搅拌罐式反应器有哪几种基本形式？各自的结构特点如何？6、动物细胞培养反应器有哪几种形式？举出一个例子进行描述。
7、植物细胞培养的特点是什么？常用什么类型的生物反应器？第五章生物反应器的比拟放大1、空气流量放大有那些方法？各自的特点是什么？会利用三种放大方法进行空气流量的放大。
2、搅拌功率及搅拌转数放大有那些方法？第六章细胞培养技术及动力学1、解释Yx/s、Yc、Y ATP。
2、建立微生物反应动力学模型时，模型的简化需考虑那些方面的内容？3、什么是微生物的均衡生长？什么是结构模型？4、反应速率有哪两种定义？有什么联系？5、分批培养、分批补料培养和连续培养各是怎样的操作方式？6、缩短微生物间歇培养迟缓期的方法有那些？7、什么是微生物的比生长速率？微生物间歇培养各阶段的比生长速率如何变化？8、Monod方程是描述什么的？什么是限制性底物？9、微生物生长动力学常数如何测定？10、莫诺方程是否可以描述所有的微生物生长过程？11、微生物的生长和代谢产物的生成有几种类型的关联？分别说明。
生化工程复习题一、名词解释（每小题3 分）(1)对数残存定律：在灭菌过程中，微生物的受热死亡遵循分子反应速度的理论。
微生物数量由于受到温度的影响而随着时间的增加逐渐减少。
也即菌的减少速率（即微生物的死亡速率）与任何一瞬间残存的菌数成正比，这就是对数残存定理。
(2)全挡板条件：指能达到消除液面漩涡的最低条件。
即在一定转速下再增加罐内挡板（或附件）数也不会改善搅拌效果。
(3)临界稀释率Dc : Dc=μmaxS F/(K S+S F) 当菌体在培养基中达到最大比生长速率，反应器中的菌体通过稀释度被“清洗出罐”，此时的D定义为临界稀释率。
（不一定对）(4).能量生长非偶联型：ATP过量存在，而合成细胞的材料不足，成为限制因素，或者存在生长抑制物，这时ATP不能充分和有效地被用于生物细胞的合成，过量的ATP会被相应的酶水解，能量以热量方式释放。
这种生长称为能量生长非偶联型。
（当缺少合成菌体的材料或存在生长抑制物质，这时的生长取决于合成菌体材料的供应或合成反应的进程，这种生长就是能量非偶联型生长。
(5)返混：反应器中停留时间不同的物料之间的混合称为返混。
(6 )K L a ：体积溶氧系数K L a是液膜传质系数K L与气液比表面积a的乘积，或称为体积传质系数。
体积溶氧系数是发酵工程学中的重要概念，是发酵过程中溶解氧水平的重要参考水平。
(7)固定化酶分配效应：固定化酶处于主体溶液中，形成非均相反应系统。
在固定化酶附近的环境称为微环境，而主体溶液则为宏观环境。
在反应系统中，由于载体和底物的疏水性、亲水性以及静电作用，经常引起微环境与宏观环境之间不同的性质，形成底物和各种效应物的不均匀分布，这种效应称为分配效应。
(8）细胞的比生长速率：（以单位细胞浓度为基准的细胞生长速率）每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率。
它是表征微生物生长速率的一个参数，也是发酵动力学中的一个重要参数。
(9）牛顿型流体和非牛顿型流体：牛顿流体为没有颗粒的混合单一的流体，其剪切应力与剪切速率成正比粘度不随剪切速率的变化而变化的符合牛顿黏性定律的流体。
一、名词解释1、珠磨:利用由高速转动的珠子所产生的剪切力而达到细胞破碎的过程2、包涵体:通过基因工程技术使一些基因在原核细胞表达时，蛋白质常常交联在一起，形成不溶性的聚集体，通常称为包涵体。
3、冻融:细胞在低温下冷冻，然后在室温下融化，反复多次而使细胞破裂。
4、超滤:离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02 μm，分离推动力仍为压力差，在一定压力条件下，溶液中溶质依据分子量大小选择性透过半透性薄膜的过程。
5、反渗透:在一定压力条件下，溶液中溶剂选择性透过半透性薄膜的过程。
8、干燥:用热能加热物料，使物料中水分蒸发而干燥或者用冷冻法使水分结冰后升华而除去的单元操作9、惰性助滤剂：一种颗粒均匀、质地坚硬的不可压缩的粒状物质，用于扩大过滤表面的适应范围，减轻细小颗粒的快速挤压变形和过滤介质的堵塞。
10、结晶：溶液中的溶质在一定条件下因分子或离子有规则的排列而结合成晶体的过程。
11、超离心：根据物质的沉降系数、质量和形状不同，应用强大的离心力，将混合物中各组分分离、浓缩、提纯的方法称为超离心法。
12、透析：利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜，通过浓度差的作用，使高分子溶液中的小分子溶质(例如无机盐)透膜，从而达到分离的目的。
这就是透析。
13、反胶束萃取：16、电渗：液体在电场中，对于固体支持介质的相对移动，称为电渗现象。
17、等电聚焦：利用蛋白质分子或其它两性分子的等电点不同，在一个稳定的、连续的、线性的pH梯度中进行蛋白质的分离和分析。
18、凝聚：破坏溶质胶体颗粒表面的双电层，破坏胶体系统的分散状态，使胶体粒子聚集成1mm大小块状凝聚体的过程。
19、絮凝：在絮凝剂高分子聚合电解质的作用下，胶体颗粒和聚合电解质交连成网，形成10 mm大小的絮凝团过程。
20、过滤：在一定的压力差下，将固液悬浮液通过一多孔性介质而实现固液分离的过程。
21、错流过滤：当进料液的流动方向和膜的压力方向垂直时的过滤方式称之为错流过滤22、细胞破碎：指选用物理、化学、酶或机械的方法来破坏细胞壁或细胞膜。
第一章蛋白质的结构与功能1、蛋白质的元素组成：C,H,O,N,少量的S，含N占整个分子量的15%2、蛋白质的基本组成单位：氨基酸氨基酸按侧链结构和理化性质分为：非极性脂肪族氨基酸；极性中性氨基酸；芳香族氨基酸；酸性氨基酸；碱性氨基酸3、蛋白质的结构（P13）①一级结构：蛋白质中从N端C端的氨基酸排列顺序称为蛋白质的一级结构。
其主要的化学键是肽键。
②二级结构：指蛋白质分子中某一段肽链的有规则的局部空间结构，也就是该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。
主要包括：α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲③三级结构：指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。
结构域：分子较大的蛋白质常常可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其功能，称结构域；④四级结构：蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。
亚基：每一条多肽链都有其完整的三级结构称为亚基，亚基与亚基间以共价键连接，各亚基间的结合力主要是氢键和离子键。
4、蛋白质的理化性质①当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，静电荷为0，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。
②胶体性质，蛋白质颗粒表面大多为亲水基团，可吸附水分子，使颗粒表面形成一层水化膜，从而阻断蛋白质颗粒的相互聚集，防止溶液中蛋白质沉淀析出。
蛋白质胶粒可带有电荷，也可起胶粒稳定作用。
③蛋白质变性：在某些物理化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质的改变和生物学活性的丧失。
④蛋白质沉淀：蛋白质变性后，疏水侧链暴露在外，肽链融汇相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。
5、氨基酸的等电点在某一PH溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的PH称为该氨基酸的等电点。
第二章核酸的结构与功能1、核酸的一级结构核酸的一级结构是构成RNA的核苷酸或DNA的脱氧核苷酸自5’-端至3’-端的排列顺序。
生化工程复习题及答案一、选择题1. 以下哪个选项是细胞培养中常用的培养基？A. 蒸馏水B. 琼脂糖C. 营养肉汤D. 细胞培养基答案：D2. 酶工程中，酶的固定化方法不包括以下哪一项？A. 吸附法B. 交联法C. 包埋法D. 离心法答案：D3. 以下哪种物质不是细胞膜的主要成分？A. 磷脂B. 蛋白质C. 胆固醇D. 纤维素答案：D4. 在生物反应器的设计中，搅拌器的主要作用是什么？A. 提高氧气传递效率B. 增加底物浓度C. 减少细胞聚集D. 以上都是答案：D5. 以下哪种生物反应器不适合用于大规模生产？A. 搅拌式反应器B. 固定床反应器C. 流化床反应器D. 微囊反应器答案：D二、填空题1. 细胞培养过程中，____和____是影响细胞生长和代谢的重要因素。
答案：温度、pH2. 酶的催化作用具有____和____的特点。
答案：高效性、专一性3. 在生物反应器中，____是影响细胞生长和产物形成的关键参数之一。
答案：溶氧4. 固定化酶技术的优点包括____、____和____。
答案：稳定性高、可重复使用、操作简便5. 生物反应器的类型包括____、____、____和____。
答案：搅拌式反应器、固定床反应器、流化床反应器、膜反应器三、简答题1. 简述细胞培养中常用的细胞计数方法。
答案：细胞培养中常用的细胞计数方法包括显微镜直接计数法、电子计数法和细胞自动分析仪计数法。
2. 描述酶的催化机制。
答案：酶的催化机制通常涉及酶的活性中心与底物的结合，形成酶-底物复合物，通过降低反应的活化能，加速反应速率，最终生成产物并释放酶。
3. 说明生物反应器中搅拌器的作用。
答案：生物反应器中搅拌器的作用包括提供足够的氧气和营养物质，促进热量和质量传递，防止细胞聚集，以及维持细胞悬浮状态。
4. 讨论固定化细胞技术在工业生产中的应用。
答案：固定化细胞技术在工业生产中应用广泛，如在生产抗生素、酶制剂、有机酸、生物燃料等方面，可以提高细胞的稳定性和重复使用性，降低生产成本。
一．问答题（20分两道）1.生化工程的发展：1. 第一代微生物发酵技术－纯培养技术建立人为控制发酵过程，简单的发酵罐（以厌氧发酵和表面固体发酵为主），生产酵母、酒精、丙酮、丁醇、有机酸、酶制剂等2．第二代微生物发酵技术－深层培养技术建立➢1928年英国弗莱明发现点青霉可以产生抑制葡萄球菌生长的青霉素➢20世纪40年代：青霉素的大量需求－需氧发酵工业化生产建立了高效通气搅拌供氧（深层培养）技术、无菌空气的制备技术及大型生物反应器灭菌技术，促进了生物制品的大规模工业化－进入微生物发酵工业新阶段微生物学，生物化学与化学工程相结合，标志着生物化学工程（Biochemical Engineering）的诞生2. 生化工程的概念：定义：运用化学工程学原理方法, 将生物技术实验成果进行工程化、产业化开发的一门学科。
实质：研究生物反应过程中的工程技术问题，是微生物学、生物化学与化学工程结合。
3.奠定生化工程学科基础的两个关键技术①通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。
②抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。
4．高温灭菌机理：微生物受热死亡的活化能ΔE比营养成分受热分解的活化能ΔE’大。
ΔE大，说明反应速率随温度变化也大；当温度升高，微生物死亡速度比营养成分分解速度快。
故采取高温瞬时，有利于快速杀灭菌体，而且减少营养的破坏。
养分虽因温度增高破坏也增加，但因灭菌时间大为缩短，总破坏量因之减少。
5. 深层过滤除菌机理：深层过滤：一定厚度的介质，介质的孔径一般大于细菌，其主要由于滞留作用截获微粒，使空气净化。
滞留作用机制主要构成为：1．惯性碰撞滞留作用：一定质量的颗粒随气流运动，若遇到纤维，由于惯性力作用直线前进，最终碰撞到纤维，摩擦、黏附作用被停滞于纤维表面。
2．阻拦滞留作用：当V< V c 时, 气流流过纤维，纤维周围产生滞流层，微小颗粒在滞流层接触纤维，由于摩擦黏附作用被纤维阻拦滞留的现象。
生化复习资料(一)1、糖蛋白：由糖同蛋白质以共价键连接而成的结合蛋白质。
2、糖胺聚糖：含己糖胺和糖醛酸的杂多糖，是由多个二糖单位形成的长链多聚糖。
3、糖苷键：一个单糖或糖链还原端半缩醛上的羟基与另一个分子的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛键或缩酮键。
4、等电点：在适当的酸碱度时，氨基酸的氨基和羧基的解离度可能完全相等。
净电荷为零，在电场中既不向阳极移动，也不向阴极移动，成为两性离子。
这时氨基酸所处溶液中的PH 就称为该氨基酸的等电点。
8、酶活性中心：酶分子中能同底物结合并起催化反应的空间部位。
由自由部位和催化部位组成。
9、核酶：是具有催化功能的RNA分子，是生物催化剂. 10、辅酶：作为酶的辅因子的有机分子，本身无催化作用，但一般在酶促反应中有传递电子、原子或某些功能基团的作用。
11、辅基：酶的辅因子或结合蛋白质的非蛋白部分。
12、糖异生：非糖物质转变成葡萄糖或糖原的过程。
13、氧化磷酸化：指生物氧化的过程中伴随着ADP磷化成ATP的作用。
有代谢物连接的磷酸化和呼吸链连接的磷酸化两种类型。
14、底物水平磷酸化： (也称代谢物连接的氧化磷酸化)代谢物脱氢后，分子内部能量重新分布，使无机磷酸酯化。
15、顺反子：通过顺反试验所确定的遗传单元，本质上与一个基因相同，可编码一种多肽链。
16、信号假说：分泌蛋白质N端系列作为信号肽，指导分泌性蛋白质到内质网膜上合成，在蛋白质合成结束之前被切除。
17、化学渗透学说：在呼吸链电子传递过程中，质子在线粒体内膜内外两侧的浓度梯度所产生的化学电位差是合成ATP的基本动力。
18、酶原激活：有的酶在分泌时是无活性的酶原，需要经某种酶或酸将其分子作适当的改变或切去一部分才能呈现活性。
21.转录：转录(Tran scription )是遗传信息从DNA到RNA的转移。
即以双链DNA中的一条链为模板，A U、G C4种核苷三磷酸为原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA的过程。
22. 酶原激活：某些酶在细胞内合成或初分泌时没有活性，这些没有活性的酶的前身称为酶原(zymogen), 使酶原转变为有活性酶的作用称为酶原激活23. 酶的活性中心：酶分子中能与底物结合并起催化作用的空间部位，酶活性部位是由结合部位和催化部位所组成。
生化工程复习资料一，名词解释。
生化工程: 是为生物技术服务的化学工程。
利用化学工程原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发，使之成为生物反应过程的一门学科，是生物化学与化学工程相互渗透所形成的一门新学科。
生物反应动力学：是研究在特定的环境条件下，微生物的生长、产物的生成、底物的消耗之间的动态关系及规律，以及环境因子对这些关系的影响。
工程上的灭菌：是指用物理或化学因子杀灭有生活能力的细菌营养体和芽孢或孢子的方法。
消毒：是消除病原微生物的措施。
灭菌的目的：纯种发酵.培养基灭菌的目的：杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件灭菌的方法：1.化学试剂灭菌2.电磁波、射线灭菌紫外线、阴极射线、X射线、γ射线3.加热灭菌（包括常压或蒸汽高压加热法）火焰灭菌、干热灭菌、湿热灭菌。
工业上培养基灭菌使用的方法是湿热灭菌；湿热灭菌简便、有效、经济。
间歇灭菌法：又称丁达尔灭菌法或分段灭菌法。
适用于不耐热培养基的灭菌。
方法是：将待灭菌的培养基在80～100℃下蒸煮15～60分钟，以杀死其中所有微生物的营养细胞，然后置室温或37℃下保温过夜，诱导残留的芽孢发芽，第二天再以同法蒸煮和保温过夜，如此连续重复3天，即可在较低温度下达到彻底灭菌的效果。
培养基灭菌的要求：因发酵系统而不同，1）达到要求的无菌程度即可以接受的范围2）尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的：培养基中不同营养成分间的相互作用；对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。
致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所需要的时间热阻:指微生物在某一条件下的致死时间。
致死温度：杀死微生物的极限温度相对热阻：在相同条件下两种微生物热阻的比值。
对数残存定律:在灭菌过程中，活菌逐渐减少，其减少量随残存活菌数的减少而逐减，即微生物热死亡速率与任一瞬间残存活菌数成正比。
1/10衰减时间D值：活的微生物在受热过程中减少到原来数目的1/10 (N/N0=1/10)所需要的时间。
问答与计算复习资料问答：1.生物化学工程的定义及其研究的主要内容生物化学工程是指：研究“利用生物催化剂（酶或者细胞）从事生物技术产品的生产过程”的工程科学。
其研究的主要内容包括：1）.在上游加工过程：最重要的是提供和制备高产、优质和足够数量的生物催化剂。
其中对于生物催化剂的获得，带有共性的技术有大规模的种子培养、酶或细胞固定化、如何将所制备种子或固定化生物催化剂在无菌情况下移入生物反应器等问题；对于粗原材料的加工，有关共性技术是加工后作为基质或培养基的标准化问题，以及基质或培养基的灭菌和空气除菌问题。
2）.在生物反应过程：有关共性技术问题有适用于大规模细胞培养及产物形成的反应器的选型、设计，操作方式及条件的确定，过程及反应器放大，过程的参数检测和控制等。
3）.在下游加工过程：主要是研究和开发各种适用于生物反应产品，特别是作为诊断和治疗用的活性蛋白质、多肽或其他活性物质的提取、精制手段和装备等生物分离工程的研究内容。
2.生物反应过程的特点答：生物反应过程有以下4个特点：1）采用生物催化剂：由于采用生物催化剂，可在常温常压下进行反应，且可运用重组DNA技术及细胞融合技术改造生物催化剂，但生物催化剂易于失活，易受环境影响和污染，一般采用分批操作；2）原料为可再生资源：可采用再生性的生物资源为原料，来源丰富，价格比较低，过程中产生的废料危害性较小，但往往形成原料成分不易控制，对生产控制和产品质量带来影响；3）反应条件温和：生产设备较简单，能量消耗较少，但由于过高的底物和产物会给酶带来抑制作用、微生物细胞不能耐受外界溶液过高的渗透压，反应液的底物和产物浓度不能太高，造成反应器体积大；4）产物浓度较低：酶反应的专一性较强，转化率高，但成本较高；发酵过程应用面广，成本较低，但反应机理复杂，难以进行控制，产物中常含有杂质，给提取带来困难。
3.常用的灭菌方法有哪些？发酵工业中为何应用最广的是湿热灭菌？工业上为何采用高温瞬时灭菌？A：常用有湿热灭菌、干热灭菌、渗透压灭菌、辐射灭菌、化学试剂灭菌等。
湿热灭菌简便经济有效，工业上应用最广。
湿热灭菌原理：由于蒸汽具有很强的穿透力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热（潜热），很容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。
工业上采用高温瞬时灭菌的原因：培养基成分受热分解的反应也属一级反应，符合对数残存定律和阿氏方程：RTEeAKCKdtdC/''''/-==-通常E比E’大很多。
化学反应动力学指出：在活化能大的反应中，反应速率随温度变化也大。
故当温度升高时，杂菌死亡速率要比营养成分破坏速度快得多。
故采用HTST方法，可以减少营养成分破坏。
4.将10000千克的培养基在发酵罐内进行分批灭菌，灭菌温度为120℃，灭菌后要求每1000批中只有一个杂菌，培养基原始污染度为105个/g，试计算总杀菌效率V总＝？（V总＝ln(N0/N)）N0=1/1000N=10000*1000*105=1012V总=ln(N0/N)=ln1015=15ln10=34.545.某发酵罐分批灭菌最高温度120℃，保持5min，设计的温度和时间关系如下：发酵罐100m3，N0=105个/ml，N=10-3，已知升温和冷却的灭菌效果不超过总灭菌效果的25%，问设计的T-t过程是否达到灭菌要求，如不能，应如何改进？（A=7.94×1038min-1；△E=278441J/mol;R=8.28J/mol·Kk=Ae-E/RT=7.94×1038×e-278441/8.28×393=7.94×1038×e-85.57=54.6 min-1N0=105*100*106=1013V总= ln(N0/N)=ln1016=16ln10=36.84kt=54.6*5=273>36.84*75%满足，但可以进一步缩短保温时间。
6.全混流和活塞流反应器各自的特点是什么？培养基灭菌选用哪种反应器效果更好？为什么？答：活塞反应器PFR是指反应器中物料的流动状况满足活塞流假设，其灭菌状况：1.沿流动的方向，活孢子的浓度N下降，热死灭速率也相应下降（下降的规律决定于菌体死灭反应动力学）；2.同一截面上活孢子浓度相等，热死灭速率也相等。
存活率符合：即：全混流反应器CSTR是另一种理想化流型，反应器内混合足够强烈，因而反应器内物料浓度处处相等，温度均一，反应速率也处处相等，不随时间改变。
存活率符合：相同K 时，CSTR的灭菌存活率要大于PFR；在同一温度下灭菌，达到相同的灭菌存活率，CSTR的灭菌时间要比PFR更长，因此，PFR效果更好。
7. 空气除菌的目的及重要性。
A：好氧微生物的生长和合成代谢产物都需要消耗氧气，工业生产上均采用空气作为氧气来源。
然而，空气中有各种各样的微生物，为保证纯种培养，必须将空气中的微生物除去或杀死。
另外无菌药物的生产过程中，需要无菌空气传送无菌物料；无菌产品生产系统中，需要也需要保证生产环境中的空气是无菌的，需对空气进行过滤除菌。
8. 绝对过滤介质和深层过滤介质。
常用的过滤介质按孔隙大小可以分为两类：一类是介质孔隙大于微生物——需有一定厚度的介质滤层才能除菌，也称相对过滤（深层过滤）。
介质孔隙小于微生物——微生物直接被截留，也称绝对过滤。
9.说明介质过滤除菌过程中主要的过滤机理。
A：1）直接截留，细菌的质量小，紧随空气流的流线而前进，当空气流线中所夹带的微粒由于和纤维接触而被捕集时称为直接截留，机理为颗粒直径大于介质的孔径时，颗粒就被截留。
2）惯性冲击，由于气流中的颗粒有质量，具有惯性，当微粒以一定速度向纤维垂直运动时，空气受阻改变流向，绕过纤维前进，微粒因惯性作用不能及时改变方向，便冲向纤维表面并滞留下来。
3）布朗运动，微小的颗粒受空气分子碰撞发生布朗运动，颗粒与介质相碰而被捕集；4）重力沉降，重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就容易沉降，这种作用只有在尘粒较大时才存在；5）静电吸引，悬浮在空气中的微粒大多带有不同电荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。
10. 举例说明K除菌常数的几种计算方法。
有以下几种方法：K（除菌常数，过滤常数）与空气流速v，介质种类、填充系数、介质直径、颗粒直径等有关。
1. 实验测定；2. 通过计算：1) L90为η（过滤效率）为90％时的滤层厚度因为ln（Ns/ N0）＝lnP＝ln（1－η）＝－KL当过滤效率为90％（穿透率为10 % ）时：K＝- lnP/L90＝-ln10% /L90＝2.303/ L902) 当无实验数据可查，可依据此：过滤常数为K＝)1()5.41(4ηαπαα-+fd11. 加热空气除菌流程、冷热空气直接混合式节能除菌流程、一级冷却加热除菌流程的优缺点和适用场合，并分析其原因。
两级冷却加热空气除菌流程：优点：适用的气候条件广，操作参数可变化范围大。
缺点：设备投资稍高，冷却水耗量大。
原因：两级冷却加热空气除菌流程是根据湿度比较大的气候条件而设计的，两级冷却都是为了分离空气中的水分，加热是为了使进入过滤器的空气相对湿度在50%左右。
冷热空气直接混合式节能除菌流程：优点：热能利用好。
缺点：要根据气候条件调整冷热空气的量，要求自动化程度高。
原因：冷热空气直接混合式节能除菌流程是根据热量平衡来调整冷热空气的量，使进入过滤器的空气温度和湿度均符合要求。
一级冷却加热除菌流程：优点：设备投资稍低，冷却水耗量小。
（1分）缺点：只适合气候干燥（相对湿度小）的地区。
原因：一级冷却加热除菌流程是根据相对湿度小的气候条件而设计的，在比较干燥的气候条件下，一级冷却就足可以分离出压缩空气中的水分。
12.牛顿流体和非牛顿型流体的流变学特征。
牛顿型流体：服从牛顿黏性定律；剪应力与剪切速率之间呈直线关系；直线的斜率即为黏度μ；黏度μ只是温度的函数，与流变状态无关，是一常数。
非牛顿型流体：不服从牛顿黏性定律；其黏度μ不是常数，它不仅是温度的函数，而且随流动状态而异，因此没有固定的黏度值。
它包括1）拟塑性流体，主要特征是黏度随着剪应速率的增高而降低，其流变特性可表示为：τ= K（dω/dγ）n，0＜n＜1；2）膨胀性流体，主要特征是黏度随着剪应速率的增加而增高，其流变特性可表示为：τ= K（dω/dγ）n，n＞1 ；3）彬汉塑性流体，主要特征是当剪应力小于屈服应力时，液体不发生流动，只有当剪应力超过屈服应力时才发生流动，其流变特性可表示：τ= τy+μp dω/dγ，τy屈服剪应力，μp刚性粘度，为常数。
13.什么是好氧微生物培养的临界溶氧浓度？如何测定？是否所有的好氧微生物培养过程都必需控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以上？举例说明。
微生物的比耗氧速率随溶氧浓度的增加而升高，当溶解氧增加到一定值时，比耗氧速率不再增加，这时的溶氧浓度称为临界溶氧浓度。
测法：将供氧充分的微生物培养体系停止通风，检测培养系统的溶氧浓度变化情况，首先是溶氧浓度呈直线下降趋势，下降到一定程度后，开始呈缓慢下降趋势，溶氧浓度曲线拐点处的溶氧浓度值即为该微生物的临界溶氧浓度。
并非所有的好氧培养过程都需要控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以上，比如以丙酮酸为前体的苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸的发酵生产就应控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以下。
14.用公式说明计算Pg的过程与思路。
1）确定发酵罐的尺寸及搅拌转速N2）计算Re M，R eM=Di2Nρ/μ3）由N P~ Re M鲁士顿关系图查N P, 确定功率准数Np4）由鲁士顿关系式，计算P 0，)(530W D N N P P ρ= 5）由迈凯尔关系式计算Pg ，39.03)(1025.208.0320Q ND P g P -⨯=15.推导双膜理论公式：)(*c c a k v L VN -=稳定传质过程中，通过气液膜的传氧速率v N 应相等)()(c c k p p k v i L i G N -=-=用总传质系数代替分传质系数，总推动力代替分推动力，则：)()(**c c K p p K v L G N -=-=由亨利定律得：P=HC* p i =Hc i p*=HcNL N G v cc K v p p K -=-=**11L G G LG i i i i NL k Hk K k k H N c c N H p p N cc N c c v cc K +=+⋅=-+⋅-=-+-=-=11111**同理可以证明：对于易溶气体，如氨，H 极小，因此 K G ≈k G ，说明氨溶于水的速率是气膜阻力控制的。
对于O2，氢气，H 极大，因此 K L ≈k L ，说明氧气溶于水的速率是液膜阻力控制的。
