生物反应工程-化学反应工程共35页文档

1.微生物反应与酶促反应的主要区别？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。

微生物反应是生物化学反应，通常是在常温、常压下进行；原料多为农产品，来源丰富。

（5）微生物反应产前准备工作量大，相对化学反应器而言，反应器效率低。

对于好氧反应，需氧，故增加了生产成本，且氧的利用率不高。

（6）相对于酶反应，微生物反应废水有较高BOD值。

2. 何为连续培养的稳定状态？当时，一定是微生物连续培养的稳定状态吗？答：连续培养是将细胞接种于一定体积的培养基后，为了防止衰退期的出现，在细胞达最大密度之前，以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基；与此同时，含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出，以保持培养体积的恒定。

连续培养的稳定状态时，此时反应器的培养状态可以达到恒定，细胞在稳定状态下生长。

在稳定状态下细胞所处的环境条件如营养物质浓度、产物浓度、pH值可保持恒定，细胞浓度以及细胞比生长速率可维持不变。

稳定状态可有效的延长分批培养中的对数生长期。

理论上讲，该过程可无限延续下去。

细胞很少受到培养环境变化带来的生理影响，特别是生物反应器的主要营养物质葡萄糖和谷氨酰胺，维持在一个较低的水平，从而使他们的利用效率提高，有害产物积累有所减少。

《生物反应工程》实验讲义及实验报告班级：学号：姓名：成绩：实验一 游离酶与固定化酶酶学性质比较实验目的：掌握测定酶动力学参数的实验方法，作图法计算酶动力学参数，掌握固定化酶的方法，以及固定化酶后动力学参数的变化。

实验原理：要建立一个完整的酶动力学方程，必须要通过动力学实验确定其动力学参数。

对M —M 方程，就是要确定r max 和K m 值。

但直接应用M —M 方程求取动力学参数所遇到的主要困难在于该方程为一非线性方程。

为此常将该方程加以线性化，通过作图法直接求取动力学参数。

通常有下述几种作图方法。

Lineweaver —Burk 法(简称L-B 法)。

将M —M 方程取其倒数得到下式：sr m sC K r r 111maxmax+=(1)以1／r s 对1／C s 作图可得一直线，该直线斜率为K m ／r max ，直线与纵轴交于1／r max ，与横轴交于一1／K m 。

此法又称双倒数图解法。

Hanes —Woo1f 法(简称H —W 法)。

将式(1)两边均乘以Cs 得到maxmaxr C r K r C s m ss += (2)以C s ／r s 对C s 作图，得一斜率为1／r max 的直线，直线与纵轴交点为K m ／r max ，与横轴交点为一K m 。

(3)Eadie —Hofstee 法(简称E-H 法)。

将M —M 方程重排为ss ms C r K r r -=max （3）以r s 对r s ／C s 作图，得一斜率为一K m 的直线，它与纵铀交点为r max ，与横轴交点为r max ／K m 。

固定化酶亦称固相酶或水不溶酶。

它是通过物理或化学的方法使溶液酶转变为在一定的空间内其运动受到完全约束、或受到局部约束的一种不溶于水，但仍具活性的酶。

它能以固相状态作用于底物进行催比反应。

固定化酶的主要优点是，在催化反应以后很容易从反应系统中分离出来，不仅固定化酶可以反复使用，而且产物不受污染容易精制，固定化后的酶大多数情况下其稳定性增加，仅有少数的稳定性下降，固定化酶有一定的形状和一定的机械强度，可以装填在反应器中长期使用，便于实现生产连续化和自动化。

化学工程中的生物反应工程生物反应工程是化学工程中一门重要的学科，它以生物反应为研究对象，主要涉及到微生物代谢、发酵工程等方面的内容。

随着生物技术的不断发展，生物反应工程在医药、食品、化妆品、生态环境等领域都有着重要应用。

下面，我们将从生物反应工程的定义、主要内容和应用等方面进行探讨。

一、生物反应工程的定义生物反应工程是以规范的微生物发酵过程作为研究对象，研究生物反应系统中的生物过程、化学过程、传质过程及系统操作控制等问题的学科。

生物反应系统可通过添加适当营养成分而使微生物代谢，产生所需的物质或产生有用生物学成分，实现各种用途。

在生物反应工程中，经常需要对生物学功效进行修饰或加工，以获得更好的效果。

二、生物反应工程的主要内容（一）微生物代谢微生物代谢是生物反应工程的核心内容之一，它包括微生物生长、能量代谢、合成代谢等方面。

微生物代谢的特点是脆弱易变、条件苛刻、基因突变等，在实际应用过程中，需要掌握微生物代谢的规律，选择适合的微生物菌株，以及优化培养条件等。

（二）发酵工程发酵工程是微生物代谢的一部分，其主要目的是通过微生物发酵过程来生产某种物质。

发酵过程包括各种生物反应、传质以及控制的过程。

对这些过程的研究和优化，将直接影响到生产过程的稳定性和产品的质量。

（三）生物传质学生物传质学是研究生物反应系统中传质和扩散过程的科学。

在生物反应过程中，物质的扩散和传输将直接影响微生物的代谢和生长，因此必须对传质规律和传质过程进行深入研究。

（四）生物过程的建模和仿真生物过程的建模和仿真是了解生物反应过程的关键步骤之一。

模型的建立可以提高研究的效率和准确性，为更加精细的优化提供了有力的支持。

与此同时，生物过程的仿真也可以通过计算机模拟等方法，不仅可以预测生物反应系统的动态行为，还可以进行控制策略的设计和优化。

三、生物反应工程的应用生物反应工程的应用非常广泛，主要集中在医药、食品、化妆品、生态环境等领域。

（一）医药生物工程技术的发展为药物的合成和生产提供了新的思路和技术手段。

化学反应与生物反应工程的比较分析化学反应与生物反应工程是两种不同类型的反应工程。

化学反应工程通常涉及纯化化学品、设计反应条件和开发化学过程。

而生物反应工程则是在生物学和工程学的交界处，旨在利用微生物或酶产生机械能、化学能或电能。

对于化学反应工程和生物反应工程的性质和应用，存在很大的不同。

在这篇文章中，我们将通过详细比较分析这两种反应工程，在不同方面的异同点，来更好地理解这两种不同的反应工程，并探索它们的不同用途。

1. 计量学在化学反应工程中，通常会涉及到量的测量和精确控制。

这包括化学品的准确配比、温度的调整和反应物的加入。

此外，化学反应工程还将化学品的特性、配比和反应的动力学等方面考虑在内，以制定最佳的反应条件。

在生物反应工程中，重点是生物过程和反应机理。

在这种情况下，处理和测量“生物物质”的方法就必须考虑到这些动态因素。

如何对生物反应进行测量和控制，是生物反应工程中的一个重要方面，需要长期积累和不断学习。

2. 实验条件化学反应通常在“干净”的实验室环境中进行，以确保实验数据或结果正确。

实验室应用现代化技术，如计算机、自动化技术、智能控制等，以确保实验过程的高效性和准确性。

生物反应工程通常在工业规模下进行，需要在特定环境条件下致力于工程化处理。

这类工程需要额外考虑生物质的生长、代谢和其他复杂的失衡情况。

在这种情况下，需要具备专业知识和经验，以对生产批次进行复杂而全面的计划、管理和监控。

3. 安全性在化学反应工程中，实验室和工厂中需要标准化的系统安全措施。

化学品可能会发生爆炸、自燃和氧化，并且有毒性，尤其是在化工设备中尤为重要。

因此，在进行化学反应前，需要进行充分的安全检查，并采取列出的措施。

在生物反应工程中，安全问题是生物学和环境学领域中的关键领域。

严密的监控和严格的现场管理是生物反应工程成功的关键。

例如，在培养环境中维持杂质的控制、卡片和标识的显著标记以及保持主要设备的清洁和创新。

4. 意义化学反应工程所达到的最终目标是纯化化学品、改进石油提炼过程和优化食品加工。