生物反应工程习题
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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。
最新生物反应工程原理习题答案(部分)贾士儒版
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)= μtt=t d,, X/X0=2,所以td=ln2/μ13.缺15.缺第五章复习题第三章复习题4.解5．20.本文为网上收集整理所得，仅供大家参考学习之用。
中国轮廓图的画图要领描绘中国轮廓图，找出并熟记以下几个互相对应的点，就能画的快而准。
（1）找出帕米尔高原与辽东半岛（旅大）大致成东西对应的位置，这样就确定了中国的最西端与东北的最南端；（2）找出旅大与漠河大致成南北对应的相关位置，其南北距离大约为上述东西距离的1/3，这样就确定了东北（也是中国）的最北端；（3）根据漠河、帕米尔、雷州半岛三地大致成一个正三角形的相关位置，用以确定中国大陆的最南端；（4）根据东北角与西北角大致东西对应的事实，确定中国的东北端和西北端。
生物反应工程习题
1-6试根据下列实验数据确定r max、K m和K I值，并说明该酶反应是属于竞争性抑制还是属于非竞争性抑制。
r S0 / (^mol/(L・min))1-7 某一酶反应K m=4.7x10-5 mol/L, r max=22 p mol/(L・min), c S=2x10-4 mol/L，C[=5x10-4 mol/L，K1=5x10—5 mol/L。
试分别计算在竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。
1-8 Eadie测量了存在和不存在某种抑制剂情况下乙酰胆碱在某酶作用下进行水解反应的初始速率，数据如下：(1)判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性？(2)用L-B法求在有抑制剂存在时的动力学参数。
1-10 在某种水解酶的作用下葡萄糖-6-硫酸可以分解为葡萄糖和硫酸。
在一定的酶浓度下，测得M-M 方程中的的参数K m=6.7x10-4 mol/L，r^「3x10-7 mol/(L.min)。
对该反应，半孚1 糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。
当c S0=2x10-5 mol/L，q0=1x10-5 mol/L 时，测得反应速率r SI =1.5x10—9 mol/(L.min)。
试求K*m 和K I的值。
第二章习题2-1 以葡萄糖为底物进行面包酵母的培养，其反应方程式可用下式表达。
C6H12O6+ 3O2 + a NH3 ― b C6H10NO3 （酵母）+ c H2O + d CO2试求其计量关系式中的系数a、b、c和d。
2-2 在需氧条件下，以乙醇为底物进行酵母生长的反应式可表示为：C2H5OH + a O2 + b NH3 - c CH1 704N0 149O0 408 + d CO2+ e H2O试求：（1）当RQ=0.66 时，a、b、c、d和e的值；（2）确定Y XX/S 和Y X/O 值。
2-3 通过微生物混合需氧培养以进行苯甲酸的降解反应表示 为：C H COOH + a O + b NHc C H NO +d H O +e CO试求：（1）当 RQ=0.9 时，a 、b 、c 、d 和 e 的值；（2）确定 Y X/S 和Y X/O 值；（3）求底物和细胞的还原度。
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）
生物反应工程原理第三版课后答案(贾士儒)
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。
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1-6 试根据下列实验数据确定r max、K m和K I值，并说明该酶反应是属于竞争性抑制还是属于非竞争性抑制。
1-7 某一酶反应K m=4.7×10-5mol/L，r max=22 μmol/(L·min)，c S=2×10-4 mol/L，c I=5×10-4 mol/L，K I=5×10-5 mol/L。
试分别计算在竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。
1-8 Eadie测量了存在和不存在某种抑制剂情况下乙酰胆碱在某酶作用下进行水解反应的初始速率，数据如下：
（1）判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性？（2）用L-B法求在有抑制剂存在时的动力学参数。
1-10 在某种水解酶的作用下葡萄糖-6-硫酸可以分解为葡萄糖和硫酸。
在一定的酶浓度下，测得M-M方程中的的参数K m=6.7×10-4 mol/L，r max=3×10-7 mol/(L·min)。
对该反应，半乳糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。
当c S0=2×10-5mol/L，c I0=1×10-5 mol/L时，测得反应速率r SI=1.5×10-9mol/(L·min)。
试求K*m 和K I的值。
第二章 习题
2-1 以葡萄糖为底物进行面包酵母的培养，其反应方程式可用下式表达。
612623610322
C H O + 3O + NH C H NO () + H O + CO a b c d →酵母
试求其计量关系式中的系数a 、b 、c 和d 。
2-2 在需氧条件下，以乙醇为底物进行酵母生长的反应式可表示为：
2523 1.7040.1490.40822C H OH + O + NH CH N O + CO + H O
a b c d e →
试求：
（1）当RQ=0.66时，a 、b 、c 、d 和e 的值；（2）确定Y X/S 和Y X/O 值。
2-3 通过微生物混合需氧培养以进行苯甲酸的降解反应表示为：
652357222C H COOH + O + NH C H NO + H O + CO a b c d e
试求：
（1）当RQ=0.9时，a 、b 、c 、d 和e 的值；（2）确定Y X/S 和Y X/O 值；（3）求底物和细胞的还原度。
2-4 下面是Monod 在其发表论文时候提供的另一组有关在乳糖溶液中进行菌种分批培养时得到的实验数据：
序号
Δt
/h c S
/(g/L)
c X /(g/L)
1 0.5
2 158 15.8~22.8 2 0.38 124 22.8~29.2
3 0.32 11
4 29.2~37.8 4 0.37 94 37.8~48.
5 5 0.3
6 25 48.5~59.6 6 0.3
7 19 59.6~66.5 7 0.38
2
66.5~67.8
试根据上述数据，按Monod 方程确定其动力学参数。
2-5 在有氧条件下，杆菌以甲醇为底物进行生长，在进行分批培养时得到数据如下所示：
时间/h
c X
/(g/L)
c S
/(g/L)
0 0.2 9.23
2 0.211 9.21
4 0.30
5 9.07
8 0.98 8.03
10 1.77 6.8
12 3.2 4.6
14 5.6 0.92
16 6.15 0.077
18 6.2 0
试求：（1）μmax和K S值；（2）Y X/S值；（3）细胞质量倍增时间t d。
2-6 在一连续操作的机械搅拌实验反应器中用乳糖培养大肠杆菌，该反应器体积为1 L，加入乳糖的初始浓度为c S0=160 mg/L。
当采用不同加料速率时，得到下述结果。
F / (L/h)
c S
/(mg/L)
c X
/(mg/L)
0.2 4 15.6
0.4 10 15
0.8 40 12
1.0 100 6
试求大肠杆菌生长的动力学参数。
2-7 在一连续操作的机械搅拌反应器，体积为1 m3，加入底物的初始浓度为500 mol/m3，不同进料量时均维持反应器出口中生成的酵母的量相同，为100 g/h。
当进料量为0.5 m3/h时，得到c S=100 mol/m3，当进料量为1 m3/h时，得到c S=300 mol/m3。
酵母的生长可表示为Monod方程，试确定其动力学参数值，并求Y X/S值。
2-8 Andrew 提出用下列模型描述某底物抑制剂的细胞生长动力学：
max
S S S SI
11K c c K μμ=++
假设在一连续操作的机械搅拌槽式反应器中进行研究。
已知V R =1 L ，不同加料速率和进口底物浓度以及测得稳态下出口底物浓度数据如表中所示：
加料速率 F / (L/h) 进口底物浓度 c S0 /(mg/L) 出口底物浓度 c S /(mg/L) 0.20 30 0.5 0.25 30 0.7 0.35 30 1.1 0.50 30 1.6 0.70 30 3.3 0.80 30 10 0.50 60 30 0.60 60 22 0.70
60
15
试确定：
该反应动力学参数μmax 、K S 和K SI 值。
2-9 在需氧条件下进行E.coli的连续培养，以葡萄糖为限制性底物。
在一连续操作的机械搅拌槽式反应器中进行，若已知c S0 = 5 g/L，Y X/S = 0.4，加料速率为F = 0.2 L/h，反应器有效体积V R = 1 L。
试用下述方程确定流出物中细胞和葡萄糖的浓度分别为多少？并对其结果进行评论。
（1）Monod方程：μmax = 0.25 h-1，K S = 100 mg/L；
（2）Tessier方程：μmax = 0.25 h-1，K S = 100 mg/L；
（3）Moser方程：μmax = 0.25 h-1，K S = 100 mg/L，n = 1.5；（4）Contois方程：μmax = 0.25 h-1，K S = 100 mg/L。