第四章 微生物反应器操作习题
4第四章 微生物的生理 练习题(含答案)
4第四章微生物的生理练习题（含答案）四第四章微生物的生理练习题（含答案）第四章微生物生理学一、名词解释1.酶：是一种由细胞产生的具有活性中心和特殊构象的生物大分子，可在体内或体外进行催化，包括蛋白酶和核酸酶。
2.酶的活性中心：指酶的活性部位，是酶蛋白分子中直接参与和底物结合，并与酶的催化作用直接有关的部位。
酶的活性部位中心有两个功能部位：结合部位和催化部位。
3.辅酶：在整个酶中与酶蛋白结合的非蛋白质小分子有机物或金属离子。
只有当酶蛋白和辅酶或辅助基团同时存在时，整个酶才能起作用。
4.酶的专一性：一种酶只作用一种物质或一类物质，或催化一种或一类化学反应，产生相应的产物。
酶的第五专一性包括结构专一性和立体异构专一性。
5.微生物代谢：微生物不断从外部环境中吸收营养，通过一系列生化反应转化为细胞成分，产生废物并排泄到体外。
这是微生物与环境之间的物质交换过程。
6.生长因子：是调节微生物正常代谢所必需的有机物质，但不能通过简单的碳氮源合成。
主要包括维生素、碱、嘌呤、嘧啶、生物素和烟酸。
7.培养基：根据各种微生物对营养的需要，包括水、碳源、氮源、无机物及生长因子等按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质。
8.选择性培养基：根据微生物的特殊营养要求或对各种化学品的敏感性差异而设计和制备的培养基。
可向培养基中添加染料、胆盐、金属、酸、碱或抗生素中的一种，以抑制非目标微生物的生长，并使待分离的目标微生物生长和繁殖。
9.鉴别培养基：几种细菌由于对培养基中某一成分的分解能力不同，其菌落通过指示剂显示出不同的颜色而被区分开，这种起鉴别和区分不同细菌作用的培养基叫作鉴别培养基。
10.富集培养基：由于样品中细菌数量少，或营养要求相对严格，难以培养，因此是用特殊物质或成分配制的培养基，以促进微生物的快速生长。
这种用特殊物质或成分制备的培养基称为浓缩培养基。
11.主动运输:是指物质逆浓度梯度，在载体的协助下，在能量的作用下运进或运出细胞膜的过程。
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第一章 绪论1.什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2.生化反应工程研究的主要内容是什么？3.生化反应工程的研究方法有那些？4.解释生物反应工程在生物技术中的作用？5.为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？6.何为系统生物学？7.简述生化反应工程的发展史。
8.如何理解加强“工程思维能力”的重要性。
9.为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？第二章生物反应工程的生物学与工程学基础1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。
生物工程与生物科学、发酵工程与生物工程、速率和速度、反应速率与传质速率2. 何为准数和雷诺准数？并解释后者的物理意义3. 工程思维的具体含义是什么？4. 简述酶的催化特性与调节功能。
5. 在一个实际的生物催化过程中如何确保生物催化剂（如酶）的稳定性，并提高催化效率？6. 酶在应用过程中有哪些不同于化学催化剂和微生物作为生物催化剂的地方？7. 微生物培养过程中微生物的世代时间与倍增时间是否是同一概念。
8. 在生物工业中，微生物细胞的量一般采用干重表示，为什么？9. 为什么要固定化酶或微生物细胞？10. 进行生物催化剂（酶或微生物细胞）催化机理研究时，采用固定化酶或微生物细胞是否更有利于清楚了解催化过程机理？11. 何为生物分子工程？ 12. 在微生物培养过程中，操作工人观察到发酵罐上的压力表中的读数为0.025MPa,罐中的发酵液深度为10米，试问在罐底处的微生物细胞承受多大压力？在发酵液表面呢？ 13. 如果在2小时完成生物反应器中70m 3的装液量，请计算物料输入管的管径。
如果要求50分钟将反应液排空，请计算物料输出管的管径。
第三章 酶促反应动力学1. 简述酶促反应的特征及其与化学反应的主要区别是什么？。
2 .应用直线作图法（Lineweaver —Burk 法；Haneswoolf 法；Eadie —Hofstee 法和积分法）求取米氏方程中的动力学参数K s 和r max ，并比较由各种方法所得结果的误差大小。
生物反应工程原理复习题答案
生物反应工程原理复习题答案一、选择题1. 生物反应器的基本类型包括：A. 搅拌槽式B. 填充床式C. 流化床式D. 所有以上选项2. 微生物生长的四个阶段包括：A. 滞后期B. 对数生长期C. 稳定期D. 衰减期E. 所有以上选项3. 以下哪个不是生物反应器操作模式？A. 批式操作B. 连续操作C. 半连续操作D. 周期性操作二、填空题1. 生物反应器的设计通常需要考虑_________、_________和_________三个主要因素。
2. 在生物反应器中，_________是用来描述微生物生长速率的参数。
3. 微生物的代谢途径可以分为_________代谢和_________代谢。
三、简答题1. 简述批式操作和连续操作的区别。
2. 描述生物反应器中氧气传递的重要性及其影响因素。
四、计算题1. 假设一个生物反应器的体积为1000升，其中微生物的浓度为5克/升。
如果微生物的比生长速率为0.2/小时，计算1小时内生物量的增长量。
2. 给定一个流化床生物反应器，其气体流量为1000升/分钟，气体中氧气的体积分数为21%。
如果反应器的体积为5立方米，计算在30分钟内氧气的总传递量。
五、论述题1. 论述生物反应器中混合和传质的重要性，并举例说明如何优化这些过程。
2. 分析在工业生产中，为什么需要对生物反应器进行规模放大，并讨论规模放大过程中可能遇到的挑战。
六、案例分析题1. 某制药公司使用生物反应器生产抗生素。
在生产过程中，他们发现微生物的生长速率突然下降。
请分析可能的原因，并提出解决方案。
2. 一个废水处理厂使用活性污泥法处理工业废水。
请根据活性污泥法的原理，分析废水处理过程中可能出现的问题，并提出改进措施。
七、实验设计题1. 设计一个实验来评估不同搅拌速度对微生物生长速率的影响。
2. 设计一个实验来测定生物反应器中氧气的溶解度。
八、结束语通过本复习题的练习，希望能够帮助学生更好地理解和掌握生物反应工程的原理，为进一步的学习和研究打下坚实的基础。
生物反应工程试题答案解析
生物反应工程试题答案解析一、选择题1. 生物反应器中，通常用于好氧微生物培养的是哪种气体？A. 氧气B. 氮气C. 二氧化碳D. 氩气答案：A解析：在生物反应器中，好氧微生物需要氧气来进行呼吸作用，因此通常使用的气体是氧气。
氮气、二氧化碳和氩气在好氧微生物培养中不是必需的。
2. 下列哪种微生物代谢方式属于厌氧代谢？A. 硝化作用B. 反硝化作用C. 光合作用D. 有氧呼吸答案：B解析：反硝化作用是一种厌氧代谢过程，其中微生物将硝酸盐还原为氮气。
硝化作用是好氧微生物将氨转化为硝酸盐的过程。
光合作用是植物、藻类和某些细菌利用光能将二氧化碳转化为有机物的过程。
有氧呼吸是大多数生物在氧气存在的条件下进行的能量获取过程。
3. 在生物反应工程中，哪个参数是影响细胞生长和产物形成的关键因素？A. 温度B. pH值C. 氧气供应D. 所有以上选项答案：D解析：在生物反应工程中，温度、pH值和氧气供应都是影响细胞生长和产物形成的关键因素。
适宜的温度可以保证酶的活性和细胞的代谢活动，pH值影响酶的活性和微生物的生长环境，氧气供应对于好氧微生物的生长至关重要。
4. 以下哪种培养基成分不适合用于培养大肠杆菌？A. 蛋白胨B. 酵母提取物C. 氯化钠D. 葡萄糖答案：C解析：氯化钠通常用于培养基中以调节渗透压，但高浓度的氯化钠对大肠杆菌等许多微生物是有毒的，因此不适合用于培养大肠杆菌。
蛋白胨、酵母提取物和葡萄糖是常用的营养物质，可以提供碳源和氮源，促进大肠杆菌的生长。
二、填空题1. 在生物反应器的设计中，通常需要考虑的三个主要因素是________、________和________。
答案：温度、pH值、氧气供应解析：生物反应器的设计需要考虑多种因素，其中温度、pH值和氧气供应是影响微生物生长和产物形成的三个主要因素。
2. 微生物代谢可以分为________和________两种类型。
答案：好氧代谢、厌氧代谢解析：微生物代谢根据氧气的需求可以分为好氧代谢和厌氧代谢两种类型。
教学生物反应器设计与操作考核试卷
D.反应器内压力
11.生物反应器设计时，以下哪些因素会影响细胞的氧气供应？（）
A.反应器类型
B.搅拌速度
C.培养基粘度
D.氧气分压
12.以下哪些是生物反应器操作过程中的常见污染源？（）
A.空气中的微生物
B.未充分灭菌的培养基
C.操作人员的手
D.反应器材料表面的污染物
13.以下哪些生物反应器适用于生产疫苗？（）
2.动物细胞培养反应器注重无菌条件、氧气供应和细胞保护；微生物发酵反应器侧重于混合效率和代谢物控制，设计上更注重发酵条件。
3.通过监测和控制溶解氧浓度，维持适宜的氧气供应，以促进细胞生长和代谢。可通过调整搅拌速度、增加通气量或使用氧气饱和的培养基来实现。
4.放大问题包括混合效果下降、传质限制和细胞生长不均等。解决策略包括优化反应器设计、使用更高效的控制系统和逐步放大以适应细胞生长条件。
C.减少不必要的照明
D.选用合适的反应器材料以减少热量损失
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.生物反应器设计时，需要考虑的主要因素包括反应器类型、生产规模、__________和__________等。
2.在动物细胞培养中，常用的生物反应器类型有搅拌式反应器、气升式反应器以及__________反应器。
A.搅拌速度
B.反应器体积
C.培养基粘度
D.反应器材质
19.关于生物反应器操作，以下哪个环节可能导致细胞死亡？（）
A.培养基配制
B.反应器清洗
C.反应器灭菌
D.细胞接种
20.下列哪个参数不是生物反应器操作过程中的关键参数？（）
A.温度
B.溶解氧
《环境工程微生物学》第4章课后习题答案
第四章微生物的生理1、酶是什么？它有哪些组成？各有什么生理功能？答：酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的，催化生物化学反应的，并传递电子、源自和化学基团的生物催化剂。
组成有两类：1、单组分酶，只含蛋白质。
2、全酶，有蛋白质和不含氮的小分子有机物组成，或有蛋白质和不含氮的小分子有机物加上金属离子组成。
酶的各组分的功能：酶蛋白起加速生物化学反应的作用；酶基和辅酶起传递电子、原子、化学基团的作用；金属离子除传递电子之外，还起激活剂的作用。
2、什么是辅基？什么是辅酶？有哪些物质可作辅基或辅酶？答：p101-1043、简述酶蛋白的结构及酶的活性中心.答：组成酶的20种氨基酸按一定的排列顺序有肽腱连接成多肽链，两条多肽链之间或一条多肽链卷曲后相邻的基团之间以氢键、盐键、脂键、疏水键、范德华力及金属键等相连接而成。
分一、二、三级结构，少数酶具有四级结构。
酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物结合，并起催化最用的小部分氨基酸微区。
构成活性中心的微区或处在同一条台联的不同部位，或处在不同肽链上；在多肽链盘曲成一定空间构型时，它们按一定位置靠近在一起，形成特定的酶活性中心。
4、按酶所在细胞的不同部位，酶可分为哪几种？按催化反应类型可分为哪几类？这两种划分如何联系和统一？答：按酶在细胞的不同部位可把酶分为胞外酶、胞内酶和表面酶。
按催化反应类型可分为水解酶类、氧化还原酶类、异构酶类、转移酶类、裂解酶类和合成酶类。
【按酶作用底物的不同可分为淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶】上述三种分类和命名方法可右击低联系和统一起来。
如：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和纤维素酶均催化水解反应，属于水解酶类；而他们均位于细胞外，属胞外酶。
除此之外的大多数酶类，如氧化还原酶、异构酶、转移酶、裂解酶和合成酶等，均位于细胞内，属胞内酶。
5、酶的催化作用有哪些特征？答：1、酶积极参与生物化学反应，加速化学速度，速度按反应到达平衡的时间，但不改变反应的平衡点。
第四章 微生物反应器操作习题答案
第四章微生物反应器操作习题答案4．答：连续培养的稳定状态，是指菌体的生长与反应液的排放、基质的流加与反应消耗及 反应液排放、产物的生成与反应液排放达到了动态平衡，因此菌体浓度、基质浓度、产物浓度保持恒定，即，并不一定是稳定状态。
如菌体因生长环境不利出现了死亡时，也满足，但不能说是稳定状态，此时是一种静止状态，而不是动态平衡。
5．解：诱导期结束时的菌体量：X = X0 + X AO □ X DO = X0 + f A X0 □ X DO = (1+ fA )X0-X DO菌体在t l 时间后开始指数型繁殖，因此边界条件： t = t l , X = (1+ f A )X0 □ X DO积分，得X = [(1+ f A )X0 □ X DO ]exp[μ (t □ t l )]，如图所示。
当f A = 0, X = (X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )] ；当f A = 0.2, X = (1.2X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]当f A = 0.4, X = (1.4X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]当f A = 0.6, X = (1.6X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]当f A = 0.8, X = (1.8X0 □ X DO ) exp[μ (t □ t l )]6．答：设菌体生长比速为μ，菌体浓度为X，则菌体生长速率为μX。
为保证菌体生长速率 不变，应采取指数流加方式，控制稀释率D = μ ，此时流加操作可达到拟稳态，菌体生长速率DX = uX 。
7．答：微生物的生长可用莫诺方程表达，即分批培养中菌体生长速率连续培养中菌体生长速率：由此可见，有抑制作用时，菌体最大产率下降，D max 下降。
10 解：生长符合莫诺模型，故14．解：由实验数据可知，菌体浓度不断下降，流加操作为动态过程。
对流加操作中的菌体进行衡算：。
第四章 微生物反应动力学(简)
YC =
X 细胞生产量 × 细胞含碳量 ＝Y X S ⋅ C 基质消耗量 × 基质含碳量 SC
（4－7）
式中：XC和SC——单位质量细胞和单位质量基质中所含碳元素量。 YC值一般小于1，为0.4-0.9。 方程式（4－1）中的系数c实际就是YC 。 [例题]4-4
11
（3）基于有效电子数的细胞得率系数
α1 − ΔS C = ⋅ ΔX α2
− ΔS A = (−ΔS − (−ΔS C ))
α1 ΔX = −ΔS (1 − ⋅ ) α 2 − ΔS α1 = −ΔS (1 − ⋅ YX S ) α2
25
A
26
【例4－6】 产气气杆菌在以葡萄糖为唯一碳源的基 本培养基中连续培养时，YX/S＝ 26.1g/mol glu，若α1 ＝0.45 (gC/g cell) ， 求异化代谢的利用分率。
α1 − ΔHc = (− ΔH S )( − Δ[ S ] − ΔX ) − ∑ (− ΔH P )(Δ[ P ]) α2
微生物反应的特点之一是通过呼吸链(电子传递)氧化磷酸化生成ATP。 在氧化过程中，可通过有效电子数来推算碳源的能量。当1mol碳源完全氧 化时，所需要氧的摩尔数的4倍称为该基质的有效电子数。若碳源为葡萄糖， 其完全燃烧时每摩尔葡萄糖需要6mol氧，有效电子数＝6×4＝24。
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第四章 微生物反应器操作
1．请用简图分别给出分批操作、流加操作和连续操作中反应器内培养液体积随时间的变化曲线。
2．用简图给出分批培养中初始基质浓度与最大菌体浓度之间的相互关系。
3．请给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养和连续培养中产物生成速率，并进行比较。
4. 何为连续培养的稳定状态？当0][][===dt
P d dt S d dt dX 时，一定是稳定状态吗？ 5. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量X 0 ，生成的细胞量为X A 0 ，此间死亡细胞量为X DO ，已知A A f X X =00X 。
生成的细胞在接种t l 时间后开始指数型繁殖， t l 以后的细胞量为X，请推导出的关系式。
f A 分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并作图表示出。
)(l t f X =6.一定的培养体系中细胞以一定的比生长速率进行生长繁殖，如果计划流加新鲜培养基，同时保证细胞的生长速率不变，请问如何确定新鲜培养基的流加速度。
7. 试比较微生物分批培养与连续培养两种操作中的细胞生长速率。
微生物的生长可采用Monod方程表达。
8. 面包酵母连续培养中，菌体浓度为10kg/m 3，菌体生成速度为10kg/h，求流加培养基中基质（乙醇）浓度及培养液的量。
稀释率1.0=D h-1,Y X/S =0.5kg/kg （以细胞/基质计），可采用Monod 方程，已知μ max = 0.15h -1,K S = 0.05kg /m 3。
9．恒化器进行具有抑制作用的连续培养，比生长速率可由式S i i S C K C K S
++=)1(max μμ 给出，其中g g Y L g C L g K S X i S /1.0,/05.0,/0.1===（ 以细胞/ 基质计）， L g X L g C S /05.0,/0.100==,，求菌体的最大生产速率与相应的稀释率D max ，并与没有抑制时相比较。
10. 一种细菌连续（恒化器）培养中获得如下数据。
μ 为比生长速率，S 为限制性基质浓
度，若反应适用Monod 方程，求 和。
11. 以碳源为限制基质的连续发酵过程中，有一位研究者在研究温度对细胞得率的影响时，发现当温度高于最适生长温度时，细胞得率下降。
对此现象一般的解释是因为细胞内为维持细胞活力所消耗的能量增加的缘故。
但是，有些研究者研究提出细胞得率在稳态下下降是因为细胞本身活力降低。
这一解释也有道理，因为细胞的死亡率是温度的函数。
（1）请你利用关于连续培养理论，解释上述温度对细胞得率影响的两种理由。
（2）如何设计一些实验来证明在（1）中所导出的方程式的真实性？实验设计应包括实验步骤、所需的分析方法及
数据处理。
12．连续培养是一个求微生物生长参数的好工具。
在一连续培养中，如果稀释率等于0.5h -1 时发生“冲出”现象。
因此，微生物菌悬液的光密度，在4h 中由1.00 降到0.60。
（1）求此微生物的μmax 。
（2）当稀释率降至（把流速降低些）0.2 h -1 后，不再有洗出现象，渐渐达到一稳态；如果此时微生物所用的限制底物的K S 为2g/L，试问在此稳态下，罐内基质浓度为多少？
解：（1）连续培养中，发生冲出现象时，
X D dt
dX )(max −=μ （边界条件：0,0X X t ==） 积分，得：t D X X )(ln max 0
−=μ 故，)(37.00.16.0ln 415.0ln 110
max −=+=+=h X X t D μ （2）连续培养稳态下，罐内基质浓度
)/(35.22
.037.02.02max L g D D K S S out =−×=−=
μ
13．分批式培养酵母菌（葡萄糖为碳源，好氧，30°C），自对数培养期的中期开始，连续流加新鲜培养基，稀释率为。
获得如下结果，已知限制性基质浓度比基质饱和系数大很多，求此条件下酵母菌的？
14．恒化器方法培养中，试证明代谢产物的比生成速率π 的相关式为D Y Y S X S
P =π。
15.乙醇为唯一碳源进行面包酵母培养，获得如下数据。
求 和。