下载文档原格式
生物反应工程试题答案高中一、选择题1. 生物反应工程主要研究的是：A. 生物物质的物理性质B. 生物体内化学反应的过程C. 生物过程的工程控制与优化D. 生物分子的结构与功能答案：C2. 下列哪个不是生物反应器的类型？A. 批次反应器B. 连续搅拌反应器C. 固定床反应器D. 热交换器答案：D3. 在生物反应过程中，细胞生长的最适pH值通常是多少？A. 4.0-6.0B. 6.0-7.0C. 7.0-8.0D. 8.0-10.0答案：C4. 以下哪种微生物是好氧型的？A. 乳酸菌B. 酵母菌C. 硫酸盐还原菌D. 硝化细菌答案：D5. 在生物反应工程中，通常用来表示细胞生长速率的参数是：A. 底物浓度B. 产物浓度C. 细胞密度D. 比生长速率答案：D二、填空题1. 生物反应工程的核心是利用__________原理来设计和控制生物过程，以达到提高生物产品产量和质量的目的。
答案：生物化学2. 在生物反应过程中，__________是影响细胞生长和产物形成的重要因素，需要严格控制。
答案：环境条件3. 生物反应器的设计需要考虑的因素包括温度、pH值、氧气供应、搅拌速度等，以确保生物过程的__________和效率。
答案：稳定性4. 通过__________技术可以有效地提高产物的浓度，这是现代生物反应工程中常用的一种方法。
答案：分离纯化5. 微生物代谢工程是一种通过基因工程手段改变微生物的__________，从而提高特定产物的产量。
答案：代谢途径三、简答题1. 简述生物反应工程在食品工业中的应用。
答：生物反应工程在食品工业中的应用主要包括利用微生物发酵生产酒类、啤酒、酸奶等传统食品，以及通过生物转化过程生产食品添加剂、酶制剂等。
此外，生物反应工程还用于开发新型食品和改善食品的营养价值和安全性。
2. 描述生物反应过程中底物抑制现象，并举例说明。
答：底物抑制是指在生物反应过程中，底物浓度过高时会抑制微生物的生长和代谢活动。
简答题1、说明动物细胞培养反应器中流体剪切力的主要来源？P210主要来源为：机械剪切力、气体搅拌剪切力2、说明固定化酶反应的Φ模数的物理意义，它与那些变量与参数有关？ P103Φ = 表面浓度下的反应速率 / 内扩散速率= 最大反应速率的特征值 / 最大内扩散速率的特征值 一级反应：e1V P P1D k S V =Φ Φ1 = Φ1 (V P ，S P ，k V1，D e ) Φ与内扩散速率、反应速率、内扩散阻力、对反应速率的限制程度、有效因子η等有关，而内扩散的有效因子又和颗粒粒度、颗粒活性、孔隙率、孔径、反应温度等有关3、哪些传递过程特性与流体流动的微观效应有关？P223，P298 7-30，PPT P1图4、从反应器内物料混合的角度说明反应器放大过程中传递过程特性的变化？ P235有流体流变特性、流体剪切作用、传质特性、氧的传递、质量传递5、说明生物反应器中对流体剪切力的估计参数有哪些？P210通过混合，可使反应器中物料组成与温度、pH 分布更趋于均匀，可强化反应体系的传质与传热，使细胞或颗粒保持悬浮状态(1) 宏观混合：机械搅拌反应物流发生设备尺寸环流，物料在设备尺度上得到混合，对连续流动反应器即为返混(2) 微观混合：物料微团尺度上的混合，反映了反应器内物料的聚集状态6、生物反应器操作选择补料分批培养的理由有哪些？P131，P177(1) 积分剪切因子 I ．SF = ΔμL / Δx = 2πNd / (D -d) (2) 时均切变率 γave(3) 最小湍流漩涡长度λ7、说明临界溶氧浓度的生理学意义？P62，P219补料分批操作的特点是：可调节细胞反应过程环境中营养物质的浓度，一方面可避免某些营养成分的初始浓度过高而出现底物抑制的现象；另一方面又可防止某些限制性营养成分在反应过程中被耗尽而影响细胞生长及产物形成。
同时还可解除产物的反馈抑制及葡萄糖的分解阻遏效应等。
故在细胞反应过程中，实施流加操作可有效对反应过程加以控制，以提高反应过程的水平。
生物反应工程考试试卷标准答案一、名词解释(10分)流加式操作：先将一定量基质加入反应器内，在适宜条件下将微生物菌种接入反应器中，反应开始，反应过程中将特定的限制性基质按照一定要求加入反应器内，以控制限制性基质浓度保持一定，当反应终止时取出反应物料的操作方式。
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。
返混：不同停留时间的物料的混合，称为返混。
搅拌器轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的转速回转时，用以克服介质的阻力所需用的功率，简称轴功率。
它不包括机械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不是电动机的轴功率。
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。
二、请列出下列物理量的数学表达式 (10分)停留时间：fV =τ 呼吸商：22/O CO Q Q RQ = 稀释率：VF D =Da 准数： mmN r Da =转化率：00S S S t-=χ 三、判断题(10分)1、单罐连续培养稳态下，D=μ。
( √ )2、流加培养达到拟稳态时，D=μ。
( √ )3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。
( ⨯ )4、Da 准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数，Da 准数越大，外扩散效率越高。
( ⨯ ) 5．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。
( ⨯ )四、图形题（15分）图1为酶促反应1/r ~1/S 曲线，指出曲线Ⅰ、Ⅱ中哪条代表竞争性抑制，哪条代表无抑制情况。
图2为流体的流变学曲线，试说出每条曲线所代表的流体类型。
图1 图2图3为连续培养的数学模型，请在图中标出临界稀释率D crit 和最大生产强度下的稀释率D m 。
图4为微生物生长模型，请图示说明如何判断限制性基质？图3 4S crit 如图所示。
若S<S crit ，此基质为限制性基质ⅠⅡ1/rSXDX五、简答题 （25分）1、莫诺方程与米氏方程的区别是什么？答：莫诺方程与米氏方程的区别如下表所示。
第四章复习题
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
5．举例简要说明何为微生物反应的结构模型？
答：由于细胞的组成是复结的，当微生物细胞内部所含有的蛋白质、脂肪、碳水化合物、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。
8.缺
9．在啤酒酵母的生长试验中，消耗了0.2kg 葡萄糖和0.0672kgO2，生成0.0746kg 酵母菌和0.121kgCO2，请写出该反应的质量平衡式，计算酵母得率YX/S 和呼吸商RQ。
解：假设反应的质量平衡式为：
10.微生物物繁殖过程中分裂一次生成两个子细胞，也有4 分裂或8 分裂的，试证明当n 分裂时，有如下式子：t d/t g= ln 2/ lnn ，式中：td 为倍增时间，tg为世代时间。
dX/Xdt=μ, 边界条件，t=0,X=X0,
积分得ln(X/X0)= μt
t=t d,, X/X0=2,所以td=ln2/μ
13.缺
15.缺
第五章复习题
第三章复习题4.解
5．
20.。
《生化反应工程专论》复习题一、名词解释 1、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。
2、固定化酶的位阻效应是载体的遮蔽作用（如载体的空隙大小、固定化位置或方法不当）给酶的活性中心或调节中心造成空间障碍，使底物和效应物无法与酶接触等引起的。
3、Y ATP消耗1摩尔ATP 所获得的干菌体克数，g/mol.4、微生物生长动力学的非结构模型不考虑细胞结构，每个细胞之间无差别，即认为细胞为单一成分。
这种理想状态下建立起来的动力学模型称为非结构模型。
5、搅拌器轴功率是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。
6、搅拌器输入搅拌液体的功率是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。
也称搅拌器的轴功率7、深层过滤的对数穿透定律进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。
21lnN KL N =- 8、搅拌雷诺准数雷诺准数是惯性力与液体粘滞力之比,即Re du ρμ=,而在搅拌容器中,液体的代表速度 u= n Di ,并以搅拌器直径 Di 代替管径 d,此时的雷诺准数称为搅拌雷诺准数2Re i nD m ρμ=9、全挡板条件是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。
要达到全挡板条件必须满足下式要求：(0.1~0.12)0.5b Dn n D D⋅=⋅= D-发酵罐直径，b-挡板宽度，n-挡板数10、气体截留率在通风液体中由于充气而导致的体积增加率。
通风前液体体积为 V L ,通风时体积的增加量为 V g ,则气体截留率为g L gV V V ε=+二、简答题1、简述生化反应工程中涉及到的工程学基本概念（1）恒算概念：通过质量衡算、热量衡算、动量衡算达到物料和能量有效集成。
质量、热量和动量衡算概念是保证技术上可行性和经济上合理性的重要工程措施和环节。
（2）速率概念：速率问题是理论上正确性和技术上可行性的一个重要衡量标志和判断标准，也是技术先进性的反映，更是生物反应工艺、工程探索结果的表现。
《生物反应过程优化与控制》复习题一、名词解释生长（生化工程）：生物化学工程是生物化学反应的工程应用，主要包括代谢工程、发酵工程和生物化学传感器等分化：细胞在结构和功能上发生差异的过程。
P/O商：是指每消耗1mol原子氧所产生的ATP的物质的量，也可以看做是当一对电子通过呼吸链传递至氧气所产生的ATP分子数。
维持能：载体：可以插入核酸片段、能携带外源核酸进入宿主细胞，并在其中进行独立和稳定的自我复制的核酸分子。
基因工程中广泛应用的载体多来自人工改造的细菌质粒、噬菌体或病毒核酸等。
多数载体是DNA 分子，但某些RNA分子也能用做载体。
通道：分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力的作用。
组成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。
能量耦合作用：是指一种能量上可行的反应推动另一种在能量上不可行的反应进行的过程。
共价修饰：酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这一过程称为酶的共价修饰或者化学修饰。
协同作用：两种或多种物质协同地起作用，其效果比每种物质单独起作用的效果之和大得多的现象。
分解代谢物阻遏：如果微生物利用葡萄糖等易于代谢的碳源，代谢产生的物质会使细胞内的环腺苷酸浓度降低，造成某些酶终止合成，这种现象叫分解代谢物阻遏。
反馈抑制：代谢的末端产物对酶（往往是代谢途径的第一个酶）活力的抑制。
反馈阻遏：在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的一系列酶的量调节,所引起的阻遏作用。
生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的化学反应。
氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。
发酵作用：没有任何外援的最终电子受体的生物氧化模式呼吸作用：有外援的最终电子受体的生物氧化模式底物水平磷酸化：是在某种化合物氧化过程中可生成一种含高能磷酸键的化合物，这个化合物通过相应的酶作用把高能键磷酸根转移给ADP，使其生成ATP。
代谢调节：是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。
代谢控制：是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。
末端产物阻遏：由于终产物的过量积累而导致的生物合成途径中酶合成的阻遏。
酶活性的调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。
前馈激活：指代谢途径中后面的酶促反应可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。
反馈激活：指代谢中间产物对该代谢途径的前面起激活作用。
次级代谢：某些微生物为了避免代谢过程中，某种代谢产物积累造成的不利作用，而产生的一类有利于生存的代谢类型，通常在生长后期合成。
碳分解代谢产物调节：指能迅速被利用的碳源（葡萄糖）或其分解代谢产物，对其他代谢中的酶（包括分解酶和合成酶）的调节。
萃取发酵：向发酵罐内加入难溶于水的有机溶剂，选择性地萃取抑制生长的物质，从而减轻有毒产物对发酵速率的抑制作用。
代谢工程：把量化代谢流及其控制的工程分析方法与根据分析结果制定的遗传修饰方案付之实施的分子生物学技术结合起来，以反复分析、校验和修正的方式进行实际操作，改善微生物的产物形成的能力和微生物的细胞性能，从而满足人类对生物的特定需求的生物工程的分支。
生源：是指次级代谢产物分子构建单位的来源，一般次级代谢产物的生源都是直接或间接来自于微生物代谢过程中产生的一些中间产物和初级代谢产物。
协同诱导：是指一种诱导剂可以同时诱导产生若干种酶的现象。
顺序诱导：是指一种诱导剂可以连续诱导产生一系列酶的现象。
能量收率：能量收率ηh：定义为基质中传递给氧的电子分数，也是每个有效电子所释放的热量Q0。
半间隙操作：半间隙操作，又称流加操作，是指在反应过程中将某种特定的限制性底物（一种或两种成分以上均可以）流加到反应器中，而目的生成物（菌体或菌体以外的代谢产物）则要到反应结束收获时才从反应器中提取出来的操作方式.工业上为了提高目的产物的产量常采用这种操作方式。
非结构模型：把细胞视为单组分，则环境的变化对细胞组成的影响可被忽略，即细胞的生长处于所谓的平衡生长状态，此基础上建立的模型称为非结构模型结构模型：由于细胞内各组分的合成速率不同而使各组分增加的比例不同，即细胞生长处于非均衡状态时，必须运用从生物反应机理出发推导得到的结构模型。
ATP再生系统：可定义为一个需要ATP的生物酶反应系统与一个ATP生物合成系统所构成的耦合系统。
代谢控制分析：是以生化反应体系的敏感性分析为基础，研究分析代谢控制在各途径之间的分配规律，是一种以系统的观点对细胞内代谢调控进行定量分析的理论和实验方法。
底物：底物是一种存在于初始非生物相或者摄入物中起作用的可交换的化合物。
代谢产物：代谢产物是一种作为代谢物产生于某代谢途径进入非生物相的化合物。
固定化酶：固定化酶也称固相酶或水不溶性酶，它是通过物理或化学的方法使溶液酶转变为在一定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、但是仍具有活性的酶。
内部随程萃取：是指萃取剂在反应器中与培养基直接接触，以便将产物萃取到溶剂中去。
外部随程萃取：是指萃取剂和培养液在反应器外的萃取装置中逆流接触，从而萃取产物的过程。
代谢流量分析：根据代谢路径中各反应的计量关系，以及实验的某些底物、产物的流量和细胞组成等确定整个代谢网络的流量分布。
二、判断题1、生物反应过程优化的基础是进行生物反应宏观动力学和生物反应器的研究。
（√）2、生物反应动力学的研究内容是有关生物的、化学的与物理过程之间的相互作用，诸如生物反应器中发生的细胞生长、产物生成、传递过程等。
（√）3、建立动力学模型的目的是为描述细胞动态行为提供数学依据，以便进行数量化处理。
（×）4、生物反应动力学研究的目的是为了模拟实验过程，对适用性很强的动力学模型，还可以推测待测数据，进而确定最佳生产条件。
（×）5、生化反应工程的核心是生物反应过程的数量化处理和动力学模型的建立，实现生物反应过程优化则是生物反应工程的研究对象。
（√）6、所谓流加发酵即Fed-batch fermentation，是指在分批发酵过程中间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方法。
（√）7、主动过程顺着浓度梯度进行运输，需要输入一定的吉布斯自由能。
（×）8、NADPH主要消耗于合成代谢中，NADH则主要消耗于分解代谢途径。
（√）9、细胞合成所需要的结构单元都是从12种前体代谢物合成得到的，这些前体代谢物就是分解代谢反应的中间产物，因此分解代谢在细胞生长过程中起着双重的作用。
（√）10、次级代谢产物定义为“在细胞生长所需要的反应中形成的产物”。
（√）11、初级代谢产物定义为“在那些对于细胞生长不重要的反应中形成的产物”。
（√）12、Y O C值在实践中对推导元素平衡方程很重要，对与氧化磷酸化有关的理论问题也有重要意义。
（√）13、有机废水的厌氧发酵过程通常可分为酸性发酵阶段和甲烷化阶段两阶段。
（√）14、产甲烷阶段主要是有机废水中小分子有机酸被产甲烷菌利用转化为甲烷。
（√）15、代谢工程仅指用重组DNA技术导入新的生化反应来改进蛋白质分子的性质。
（×）16、代谢工程中的遗传手段是指采用基因工程技术。
（×）17、代谢工程的实质是指对代谢流量及其控制进行定量分析的方法与用来实现预期的遗传修饰的分子生物学技术的结合。
（×）18、代谢工程要解决的主要问题是改变某些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质流在不同途径中的流量分布。
（√）19、代谢工程的最终目标是改变代谢流提高产物产率，其依据是代谢节点的判断。
（√）20、当空气流量和单位体积的功率消耗不变时，通气效率随高径比的增大而减小。
（）21、一般反应器可装4块挡板，装得太多，通气效率也不会有太大的提高。
（√）22、含有死菌体的培养液，k L a总是随菌体浓度的增大而增大。
（×）23、添加多种盐类，反应液的离子强度会增加，从而体积传质系数值下降。
（×）24、随着反应器体积越来越大，热量移去和温度控制逐渐成为反应器设计和操作的关键限制因素。
（√）25、次级代谢是某些微生物为了避免在代谢过程某种产物的积累造成不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。
（√）26、青霉素是含有6-APA的一类化合物的总称。
（√）27、青霉素分子由两部分组成：一部分是脂酰基侧链，另一部分是母核。
（×）28、链霉素是由链霉胍、链霉糖和N-甲基-D-葡萄糖胺通过糖苷键装配而成的化合物，属于氨基糖苷类抗生素。
（×）29、四环素族抗生素包括金霉素、土霉素、四环素、6-脱甲基四环素等，共同核心结构是6-APA。
（×）30、青霉素合成中的酰基转移酶、链霉素合成中的脒基转移酶等次级代谢关键酶都在合成阶段被合成。
（×）31、变异株不能在和亲本相同的培养基上生长。
（×）32、代谢途径是将一组特定的流入和流出代谢物质联系在一起的一个生化反应序列。
（√）33、代谢网络可视为由若干个串联或并联且通过节点相连的简单子途径组成。
（√）34、呼吸链的重要性在于它能把每一步取得的自由能转换为化学能而加以保存。
（√）35、厌氧呼吸是一类呼吸链末端的氢受体为外源有机氧化物的生物氧化。
（×）36、反硝化作用是以无机盐为最终电子受体的有氧呼吸类型。
（×）37、在发酵工业上，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。
（√）三、选择题1、生物反应过程优化的主要内容有 ABDE 。
A、细胞生长过程研究；B、生物反应的化学计量；C、多尺度研究；D、生物反应过程动力学研究；E、生物反应器工程。
2、实现生物反应过程优化与控制必须解决的问题有 ABCDE 。
A、系统动力学；B、生物模型；C、传感器技术；D、适用于生物过程的最优化技术；E、相关接口技术。
3、流加发酵所取得的重大进展有 ACD 。
A、20世纪70年代中后期对流加发酵过程的动力学解析；B、反复补料分批操作；C、结合发酵过程的可测参数对流加过程进行反馈控制；D、流加发酵的最优化研究；E、流加过程的物料衡算。
4、流加发酵最优化的研究内容包括 ADE 。
A、结构模型的建立；B、状态方程的建立；C、非结构模型的建立；D、目标泛函的确定；E、最优化底物流加方式的求解。
5、可采用流加发酵方式的情况有 ABCDE 。
A、所用底物在高浓度时对菌体生长有抑制作用；B、高菌体浓度培养即高密度培养系统；C、非生长耦联性次级代谢产物；D、利用营养突变体的系统；E、营养缺陷型菌株的培养。
