生物反应工程习题精解
生物反应工程试题答案高中
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。
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。
生物反应工程原理习题解答
（3）
4-3
解细胞对底物的C-mol得率系数
(1)
山梨糖对底物则为：
(2)
二氧化碳对底物则为：
(3)
由式(2)和式(3)可得：
(4)
又因为
代入式(4)，可得：
(5)
式(1)和式(5)相加，得出：
由于 ，则 。又由 ，代入上式，得到：
4-4
解
（1） 如下图所示。
（2）选取 的（ ）数据对作线性拟合，得出：
（5）
将式（4）和（5）代入（1）式，有
2-3
解
0.0288
0.0331
0.0405
0.0482
0.0475
0.0032
0.0049
0.0062
0.0080
0.0095
线性拟合方程， ， ， 。计算结果与使用最小二乘法的结果完全相同。
2-4
解
由， ，有
由， ，有
2-5
解
0.0100
0.00667
0.00500
1.79
1.33
1.18
1.00
0.781
0.719
0.549
，
，
基本不变，认为是竞争性抑制。
当 ，有
当 ，有
因此有平均值：
2-7
解
312.5
204.1
161.3
125.0
105.3
9.01
6.76
6.54
6.02
5.00
16.9
12.2
10.3
8.93
8.00
由L-B法，可得：
无抑制时， ，相关系数 ；
3-7
解
（1）
生物反应工程习题精解
试根据稳态假设，求其速率方程式。 解：由题意可知：
rs = k4CES dC ES = k+1CE CS − k−1CES − k+2CES CS + k−2CSES + K +3CES = 0 dt dCSES = k C C − k C − k C = 0 +2 ES S −2 SES +2 SES dt C = C + C + C E ES SES E0
k + 2 & k − 1说 明 中 间 产 物 分 解 速 率 远 小 于 中 间 产 物 分 解 为 产 物 的 速 率 那么限制步骤在于中间产物的生成 ∴ 总 反 应 速 率 rs = k + 1C S C E
2.4 一分 批 进行的均相酶催化反应，底物的 初始 浓度为 3 × 10-5mol/l,Km=1 × 10-3mol/l,,经过 2min 后，底物转化了 5% ，假定该反应符合 M-M 方程，试问当
2.3 某酶催化反应机理式为
k+2 +1 !!! " E + S #!! →E + P ![ ES ] k
−1
k
若假定上述反应机理式中，k+1<<k+2 , k-1<<k+2 ,试推导其速率方程。 解： ∵ k + 2 & k + 1说 明 中 间 产 物 产 生 速 率 远 小 于 中 间 产 物 分 解 为 产 物 的 速 率
由上述方程组可推出：
⇒ CSES =
k+2 CES CS = KCES CS k−2 + k+3
4
生物反应工程答案
生物反应工程答案【篇一：生物反应工程原理习题答案(部分)贾士儒版】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：td/t g= ln 2/ lnn ，式中： td 为倍增时间，tg为世代时间。
13.缺15.缺第五章复习题第三章复习题4.解5．【篇二：生物反应工程习题】1. 名词解释：生物工程；生化工程生物技术（biotechnology）又称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段，对生命有机体在分子水平、细胞水平、组织水平、个体水平进行不同层次的创造性设计和改造，使之能定向组建具有特定性状的新物种或新品系，从而造福人类的现代应用技术。
（百度定义：应用生命科学及工程学的原理，借助生物体作为反应器或用生物的成分作工具以提供产品来为社会服务的生物技术。
包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程等。
）：（①生物技术是一门多学科、综合性的科学技术；②过程中需要生物催化剂的参与；③其最终目的是建立工业生产过程或进行社会服务。
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。
生物反应工程计算题解析
生物反应工程计算题解析《生物反应工程》讲稿（生物反应工程与生物反应器）课程简介：1绪论1.1生物反应工程的发展过程20世纪40年代抗菌素工业诞生，对无菌操作、通风溶氧技术十分拍切，吸引了大量化学工程人员参与技术攻关，于是有微生物学、生物化学、化学工程形成了一门交叉学科——生物化学工程（生化工程），当初的生化工程研究的核心，通风搅拌无菌操作。
1942年monod研究连续发酵，研究的目的就是提高发酵速率，60-70年代，单细胞蛋白生产，污水处理的重视，对菌体生长速率、底物的反应速率等的研究越来越重视，于是人们就把微生物反应动力学的研究与生物反应器结合起来形成了生化工程的一个重要分支-——生物反应工程。
这门课（生物反应工程）是一门以生物反应动力学为基础，研究生物反应器的设计、放大和生物反应过程的优化操作和控制的学科。
生物反应工程课程有好多名称，在上世纪80年代初，江南大学（原轻工业学院）王鸿祺教授给研究生开设了《生化反应动力学与生化反应器》，科技大学贾士儒教授给研究生开设了《生物反应工程与生物反应器》，后来改为《生物反应工程原理》。
90年代出版了高校教材《生物化工原理》，化工大学戚以政、王叔雄编著了《生化反应动力学与反应器》（1995年第二版），以后有编写了《生物反应工程》。
本学学院最早给研究生开这门课名称是《生物反应工程与生物反应器》，2010年改为《生物反应工程》。
1.2生物反应工程的主要容1）生物反应动力学研究生物反应过程速率及其影响因素，是理论基础。
微观动力学（本征动力学，是研究分应的固有速率，与温度、浓度、PH、催化剂等有关，与传递无关。
另一种反应是宏观动力学，也称反应器动力学。
与反应器的传质、传热及物料流动类型有关。
实验室研究可以看作微观动力学，从工程角度要研究的是宏观动力学。
2）生物反应器设计、优化与放大（设计包括结构型式、操作方式及尺寸的确定），实际生物反应器设计是将生化反应动力学特征和生化反应器特征结合的设计。
生物反应工程原理 第三版 课后答案
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。
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k + 2 & k − 1说 明 中 间 产 物 分 解 速 率 远 小 于 中 间 产 物 分 解 为 产 物 的 速 率 那么限制步骤在于中间产物的生成 ∴ 总 反 应 速 率 rs = k + 1C S C E
2.4 一分 批 进行的均相酶催化反应，底物的 初始 浓度为 3 × 10-5mol/l,Km=1 × 10-3mol/l,,经过 2min 后，底物转化了 5% ，假定该反应符合 M-M 方程，试问当
叫双倒数法） 。 M－M 方程经变换后得线性方程
K 1 1 1 ， 以 1/rS 对 1/CS = + m rS rmax rmax CS
作图，可得一直线，该直线的斜率为 K m / rmax ，与纵轴交于 1/ rmax ，与横轴交于
−1/ K m ； （2）Hanes-Woolf（简称 H-W 法） 。M－M 方程经变换后得线性方程 CS C S K m ，以 CS/rS 对 CS 作图，可得一直线，该直线的斜率为 1/ rmax ，与纵 = + rS rmax rmax
rS =
rmax CS C ，积分后得方程 rmax t = CS 0 − CS + K m ln S 0 。 K m + CS CS
2
生物反应工程习题精解
第二章 均相酶催化反应动力学
6、动力学参数求取 对 M-M 方程，由于是非线性方程，直接求取动力学参数有一定的困难。为此要 将方程线性化，通常有四种作图方法。 （1）Lineweaver-Burk（简称 L-B 法，也
10、双底物酶反应动力学最基本的三种形式：随机机制、顺序机制、乒乓机制。 11、影响酶催化反应速率的因素有很多，从内部因素来看，包括酶的结构特性和 底物的结构特性；从外部因素来看，包括各种物质的浓度因素（如酶浓度、底物 和产物的浓度、抑制剂的浓度等）和操作条件（如温度、压力、离子强度、pH 等） 。其中 pH 值的影响主要是由于酶分子中不同氨基酸解离形式不同而造成的， 通常呈现为“钟”型曲线；温度对酶催化反应的影响较为复杂，在较低的温度范 围内，反应速率随温度升高而加快，当超过某一温度时，酶反应速率随温度的升 高而降低。 12、酶的热失活包括有储存稳定性失活和操作稳定性失活。
rmax CS ， Km
积分后得方程 rmax t = K m ln
CS 0 ；当 Km $ CS，该曲线近似为一水平线。此时酶催 CS
化反应可看作为零级反应 rS ≈ rmax ，积分后得方程 rmax t = CS 0 − CS ；当 CS 与 Km 的 数量处于同一数量级时，该曲线符合 M-M 方程。此时酶催化反应动力学为
说，即 k+1CE CS = k−1CES 或
dCES = k+1CE CS − k−1CES − k+2CES ≈ 0 。 dt
简单酶动力学推导： 主要是两种方法， 即 Michaelis-Menten 法和 Briggs-Haldane 3、 法。前者采用快速平衡的假设，中间产物生成速度远大于产物生成速度；后者采 用稳态平衡的假设，中间复合物生成速度与产物生成速度相差不大。
2.5Eadie 在 1942 年测量了乙酰胆碱（底物）在某酶上进行水解反应的初始速率， 数据如下： 反应初速率 反应初速率 底物浓度/（mol/l） 底物浓度/（mol/l） mol/(l·min) mol/(l·min) 0.0032 0.111 0.0080 0.166 0.0049 0.148 0.0095 0.200 0.0062 0.153 试用（1）L-B 法； （2）H-W 法； （3）E-H 法估计其动力学参数值。 解：由题中数据进行变换后可达下表： CS CS/rS rs/Cs rs 1/VS 1/CS
二、习题精解 2.1 假设某酶有两个活性中心，它要经过下述机理步骤，底物才能转化为产物：
+1 !!! " E + S #!! ![ ES ] k −1
k
k+2 !!! " [ ES ] + S #!! ![ SES ] k
−2
[ SES ] →[ ES ] + P
k+3 k+4 [ ES ] →E + P
2.6 某酶催化反应，其 Km=0.01mol/l 。为了求其最大反应速率 rmax 值，现通过实 验测得该反应进行到 5min 时，底物已转化了 10%，已知 CS0=3.4×10-4mol/l,并假 定该反应可用 M-M 方程表示。试求： （1）最大反应速率 rmax 为多少？ （2）反应 15min 后，底物浓度为多少？ 解：`
试根据稳态假设，求其速率方程式。 解：由题意可知：
rs = k4CES dC ES = k+1CE CS − k−1CES − k+2CES CS + k−2CSES + K +3CES = 0 dt dCSES = k C C − k C − k C = 0 +2 ES S −2 SES +2 SES dt C = C + C + C E ES SES E0
非竞争性抑制
rmax /(1 +
3
生物反应工程习题精解
第二章 均相酶催化反应动力学
反竞争性抑制
rmax /(1 +
CI ) KI
K m /(1 +
CI ) KI rSI 。 rS
9、 抑制百分率 I 是为了表ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抑制剂对酶催化反应抑制程度， 其定义式为 i = 1 − i 值越大，表示抑制的程度越大；i 值越小，表示抑制的程度越小。
由上述方程组可推出：
⇒ CSES =
k+2 CES CS = KCES CS k−2 + k+3
4
生物反应工程习题精解
第二章 均相酶催化反应动力学
k−1 + k+2CS − k−2 ⇒ CE =
k k k+2 − +3 +2 k−2 + k+3 k+3 + k−2 k−1 + k+2CS − k−2 KCS − k+3 KCS = CES = k ' CES k+1CS k+1CS
将数据代入 (CS 0 − CS ) + K m ln 可得：rmax = 2.72*10−4
轴交于 K m / rmax ，与横轴交于 − K m ； （3）Eadie-Hofstee（简称 E-H 法） 。M－M 方 程经变换后得线性方程 rS = rmax − K m
rS ，以 rS 对 rS/CS 作图，可得一直线，该直 CS
线的斜率为 − K m ，与纵轴交于 rmax ，与横轴交于 rmax / K m ； （4）积分法。对于不 能够求出反应速率而只能获得不同时间的底物（或产物）浓度时，就无法采用以 上三种方法进行线性化，需要对 M－M 方程进行积分，经变换后得线性方程
生物反应工程习题精解
第二章 均相酶催化反应动力学
第2章
均相酶催化反应动力学
一、基本内容 均相酶反应是指酶与反应物处于同一相――液相的酶催化反应， 不存在相间 的物质传递。均相酶催化反应动力学反映了该反应过程的本征动力学关系，是分 子水平上的反应。 均相酶反应动力学是研究酶催化反应以及设计反应器和操作的 基础。本章主要研究：简单酶催化反应反应动力学、有抑制酶反应动力学、复杂 酶反应动力学、影响酶动力学的因素、酶失活动力学。 1、简单酶催化反应机理： 根据活性中间体学说，简单酶催化反应分为两步，首先是酶 E 与底物 S 形 成中间体复合物[ES]，然后再分解为产物 P 和酶 E，如下：
5
生物反应工程习题精解
第二章 均相酶催化反应动力学
该反应经过 10min、30min 和 60min 时，该底物转化了多少？
1 1 解：由于 CS 0 远小于 K m ，因此需要采用式 2-29 来计算 rmax = K m ln t 1− X S 1 1 代入数据可得： rmax = *1*ln = 2.56*10−5 mol / Limin 2 1 − 0.05 代入不同时间 10min、 30min 和 60min， 可得转化率分别为： 22.6%； 53.6%； 78.5%。
7、酶抑制剂可分为可逆抑制与不可逆抑制两大类。其中可逆抑制又可分为竞争 性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制。 8、竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制酶动力学方程的比较。见下表： 抑制形式 最大速率 米氏常数 无抑制 rmax Km
竞争性抑制
rmax
K m (1 + CI ) KI Km
CI ) KI
−1 −2
k
k
试分别利用（1）M-M 方程推导方法和（2）B-H 方程推导方法，求其速率方程 式。 解：根据题意采用两种方法进行列方程组，见下： M − M法
rs = k+3CES 2 dC ES 2 = k+2CES 1 − k+3CES 2 − k−2CES 2 = 0 dt dCES 1 = k C C + k C − k C − k C = 0 +1 E S −2 ES 2 −1 ES 1 +2 ES 2 dt C = C + C + C E ES 1 ES 2 E0 B − H法 rs = k+3CES 2 k C C = k C +1 E S −1 ES 1 k+2CES 1 = k−2CES 2 C = C + C + C E ES 1 ES 2 E0