2008-4生物反应工程A答案05级(标准 )
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12.答：随着细胞质量的增加，菌体组成如蛋白质、RNA、DNA、细胞内含水量等的合成
速度不成比例，这种生长称为非均衡生长。
二．判断题（每题2分，共30分）
1. 米氏方程中饱和常数的倒数1/K
s
可表示酶与底物亲和力的大小。
它的值越大，表示酶与底物亲和力越大。
（√）
2. 稳态学说中所谓的稳态是指中间复合物ES的生成速率与分解速率相等，达到动态平
衡。
（√）
3. 分配效应是由于固定化载体与底物或效应物之间的的亲水性、疏水性及静电作用引起微环境和宏观环境之间物质的不等分配，改变了酶反应系统的组成平衡，从而影响反应速率的一种效应。
（√）
4.固定化酶的表观速率是假定底物和产物在酶的微环境和宏观环境之间的传递是无限迅速，也就是在没有扩散阻力情况下的反应速率。
（×）
5. 在酶促反应中，不同的反应时间就有不同的最佳反应温度。
（√）
6. 固定化酶的分配系数Kp＞1,表示固定化酶固液界面外侧的底物浓度大于内侧的底物
浓度。
（×）
7. 微生物反应是自催化反应，即在目的产物生成的过程中生物自身要生长繁殖。
（√）
8. Monod方程属于微生物生长动力学确定论的结构模型。
（×）
9. 按产物生成速率与细胞生成的关系，次级代谢物的生成属于相关模型。
（×）
10. 在微生物反应器的分批操作中，与其它操作方式相比，易发生杂菌污染。
（×）
11. 流加操作的优点之一是可任意控制反应器中的基质浓度。
（√）
12. 连续式操作一般适用于大量产品生产的场合。
（√）
13. 在单级连续培养中，一般由于[S
in ]＞＞K
s
，所以根据Monod方程可以认为D
cri
≈μ
max。
（√）
14. 在连续培养中，如果一种杂菌进入反应器，它的比生长速率小于培养所使用菌的比
生长速率，那么杂菌可被洗出。
（√）
15. 动物细胞的培养方式有悬浮培养和贴壁培养两种方式。
（√）
三．推证题（每题5分，共20分）（只要每步推导正确，最后得证即可得分）
1. 利用稳态法建立非竞争性抑制动力学方程。
设酶促反应机制为：
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学院 系 专业班级 姓名 学号 (密封线外不要写姓名、学号、班级、密封线内不准答题，违者按零分计) ……………………………………………………………………密…………………………封…………………………
试推导其速率方程为
,[]
[]
([])(1)
p MAX p m I
r S r I K S K =
++ 推导：根据稳态学说有：
112[][][]()[]d S k E S k k ES dt +-+=-+，（2分）；稳态时，[]
d S dt
=0，
又因为：0[][][][][]E E ES EI EIS =+++,（0.5分）；
[][][][][][]I E I ES I k EI EIS =
=,（0.5分）； [][]
[]
s E S k ES =，（0.5分）；121m k k k k -+=，（0.5分）；
,max 02[],p r E k =2[]p r ES k =（0.5分）；
把上面式子整理可得：
,[]
[]
([])(1)
p MAX p m I
r S r I K S K =
++（0.5分）。
2. 试推导代谢产物的比生成速率（π）与微生物细胞的比生长速率（μ）、基质的比消耗速率（γ）有如下关系：
π=[]d P Xdt
=Y P/X μ=-Y P/S γ
推导：
π=
[]d P Xdt =
[]//d P dX
Xdt dX
= Y P/X μ=[]/[]/[]d P d S Xdt d S =/[]P X d S Y Xdt ⨯=-Y P/S γ
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3. 试推导在微生物恒化器法单级连续培养中，当达到稳态时，细胞的比生长速率等于稀释率，即 μ=D
其中稀释率D=F
V
，F 为培养液流入与流出速率，L/h;V 为反应器内培养液的体积，L 。
推导：对微生物菌体进行物料平衡计算：
dX V V X FX dt μ⨯=-，（2分）；方程两边同除以V 得：dX F X X dt V μ=- ，因为D=F
V
（1分）
； 所以dX X DX dt μ=-。
达稳态时dX
dt
=0，所以有X DX μ-=0 所以D μ=（2分）。
4. 在微生物反应器的分批操作中，设静止期菌体浓度为X st ，死亡速率常数为K d ，推导残留菌体浓度与时间的关系式。
解：在考虑微生物生长的同时，也有一部分细胞死亡，此时Monod 方程 改写为：max []
[]
s S k S μμ=
+-Kd,（2分）； 即
max []
[]
d s S dX X K X dt k S μ=-+。
在衰退期，由于底物已全部耗尽，因此，d dX K X dt
=-。
（1分）；当ｔ＝０时，Ｘ＝Ｘｓｔ，（1分）；积分上式，则：d K t
st X X e -=（1分）。
四．计算题（每题5分，共20分）
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，释放出二氧化碳0.121kg ，并消耗了氧气0.0672kg ，求酵母细胞得率Y X/S 和呼吸商RQ 。
解：[]0.2,0.0746,S kg X kg ∆=∆=0.0746
0.373/[]0.2
X S X Y kg kg S ∆∴===∆（2.5分）；
ＲＱ＝
0.121100044
1.30.0672100032
⨯÷=⨯÷（2.5分）。
2.葡萄糖为碳源进行酿酒酵母培养，呼吸商为1.04，氨为氮源。
消耗100mol 葡萄糖和48mol 氨生成菌体48mol 、二氧化碳312mol 和水432mol 。
求氧的消耗量和酵母菌体的化学组成。
解：根据题意写出如下反应方程式：
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学院 系 专业班级 姓名 学号 (密封线外不要写姓名、学号、班级、密封线内不准答题，违者按零分计) ……………………………………………………………………密…………………………封…………………………
261263221004848312432w X y z aO C H O NH C H O N CO H O ++→++（2分）；
元素平衡：Ｃ：100648312W ⨯=+（0.5分）； Ｈ：10012483484322X ⨯+⨯=+⨯（0.5分）；
Ｏ：21006483122432a y +⨯=+⨯+（0.5分）；
Ｎ：48148z ⨯=，（0.5分）；
又因为：ＲＱ＝
312
a
（0.5分）；解上述方程得： ａ＝３００；ｗ＝６； ｘ＝１０； ｙ＝３ 所以酵母的化学组成为：6103C H O N （0.5分）
3. 一种细菌连续（恒化器）培养中获得如下结果：
µ(=D) (h -1)
0.080 0.20 0.25 0.26 0.27 [S](g/l) 0.05 0.3 1.0 2.0 3.0
µ为比生长速率，[S]为限制性底物浓度，若反应适用Monod 方程，求µmax 和K s 。
解： 把Ｍｏｎｏｄ方程变形为：max max 111[]s K S μμμ=+，（2分）；以1[]S 为横坐标，1μ
为纵坐
标，作出如下图。
在纵坐标截距为３.４５，与横坐标相交于－７.３３，所以1
0.14/7.33
s K g L =
=（3分）。
（说明：由于本题属于作图求解，故所求数据稍有不同应得分）。
4.下表是在间歇操作的釡式反应器中进行的一组实验数据，试用Monod 方程拟合上述实验数据的菌体生成速率方程，并求其动力学参数。
△t 为两次取样的时间间隔，[]S 为两次取样的平均基质浓度，X 为两次取样的菌体浓度。
max
11[]S μ+X t ， max
11
[]S μ+1
[]
S 作图，图为一条直线，表明微生物的生长符合Monod 方程，并由该图确定动力学参数：0.033-，∴0.74X r ∴0.74[30.3X μ=。
