生物反应工程深刻复习资料
生物反应工程复习资料
生物反应工程复习资料(总7页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除生物反应工程原理复习资料生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。
生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。
酶和酶的反应特征酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。
酶的来源：动物、植物和微生物酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。
2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等固定化酶的性质固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。
与游离酶的区别：游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用）固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性）固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化单底物均相酶反应动力学米氏方程快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以破坏这个平衡稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不P E ES +←ES S E ⇔+P E ES +→0=dtdC ES会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3）中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即双倒数法（Linewear Burk ）： 对米氏方程两侧取倒数得 以 作图 得一直线，直线斜率为 ，截距为根据直线斜率和截距可计算出Km 和rmax抑制剂对酶反应的影响：失活作用（不可逆抑制）抑制作用（可逆抑制 ）：竞争抑制 、反竞争抑制 、非竞争抑制 、 混合型抑制竞争抑制反应机理：非竞争抑制反应机理：可逆抑制各自的特点：P37多底物均相酶反应动力学 (这里讨论：双底物双产物情况)强制有序机制顺序机制 西-钱氏机制 双底物双产物反应机制：随即有序机制乒乓机制注意在工业级反应中， 反应速度一般是由改变所用酶浓度和（或）反应时间，而不是改变底物浓度来控制的，并且要测定的最重要参数是可测的转化率，而不是反应速度酶失活的因素有哪些？酶会由于种种因素发生失活。
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。
生物反应工程原理总复习
扩散效应 传质机理仅为
常数 扩散系数视为
5、底物分配系数是1。
6、固定化酶颗粒处于稳态之下。
7、底物和产物的浓度仅沿r方向而变化。 数学模型简化
第四章 细胞反应过程动力学
4.1 细胞反应的主要特征
1. 细胞是反应的主体。 2. 细胞反应过程的本质是复杂的酶催化反应体系。 3. 细胞反应与酶催化反应也有着明显的不同。
生物反应工程的研究方法
用数学模型方法进行研究： 机理模型：或称结构模型，从过程机理出发推导得到的。 半经验模型：对过程机理有一定了解基础上结合经验数据 得到 经验模型：在完全不了解或不考虑过程机理的情况下，仅 根据一定条件下的实验数据进行的数学关联。
2.1.1 酶的催化共性
它能降低反应的活化能，加快生化反应的速率；但它不能 改变反应的平衡常数，而只能加快反应达到平衡的速率。 酶在反应过程中，其立体结构和离子价态可以发生某种变 化，但在反应结束时，一般酶本身不消耗，并恢复到原来状 态。
2.2 简单的酶催化反应动力学
1、什么是简单的酶催化反应动力学 2、活性中间复合物学说 3、简单的酶催化反应机理 4、推导方程的假设条件 5、“平衡”假设、“拟稳态”假设 6、米氏方程的参数及其物理意义
k +1 + E+S ⎯2 ES ⎯ k⎯→ E + P k −1
1 dns rs = − v dt
4.3.2 分批培养时细胞生长动力学
1、生长历程 2、Monod方程
目前，常使用确定论的 非结构模型是 Monod 方程 µ max ⋅C S µ＝ ( 3 − 34 ) K S + CS
第五章 生化反应器的设计与分析
间歇操作搅拌槽式反应器 Batch Stir Tank Reactor (BSTR) 连续操作的搅拌槽式反应器 Continuous Stir Tank Reactor (CSTR) 连续操作的管式反应器 continuous plug Flow Reactor (CPFR)
《生物反应》复习资料
绪论生物技术是指应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂的作用将物料加工以提供产品成为社会服务的技术。
将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程称为生物反应过程。
典型的生物反应过程：(1)原材料的预处理。
(2)生物催化剂的制备。
(3)生化反应器及反应条件的选择与监控。
(4)产物的分离纯化整个生物反应过程以生物反应器为核心。
生物反应工程(BioreactionEngineering)：是生物反应过程的一个部分，主要围绕生物反应器进行研究，研究生物反应过程中有关反应器设计放大等具有共性的工程技术问题，以达到在工业规模的反应器中给生物反应提供一个最佳的反应环境。
生物反应工程的研究内容：1.生物反应动力学2.生物反应器生物反应器的研究内容(1)生物反应器中的传递特性。
(2)生物反应器的设计与放大。
(3)生物反应器的优化与控制。
第一章酶催化反应动力学酶的催化反应特性1.高效的的催化活性2.高度的专一性3.辅因子的参与4.酶的催化活性可被调控5.酶易变性和失活1.优点⏹在常温、常压、中性范围条件下进行；⏹由于酶促反应的专一性，副产物较少；⏹与微生物相反应相比，体系简单，易控制最适条件2.不足⏹酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应，与微生物体系相比，在经济上有时并不理想；⏹ 酶促反应条件温和，但一般周期较长，有发生染菌可能；⏹ 固定化酶反应体系有许多有利于酶反应体系的优点，但并非是最佳的生物催化剂。
1.米氏方程[快速平衡说]P E ES S E k k k k +−−←−→−−−←−→−+-+-+2211 4点假设：1. 在反应过程中，酶的浓度保持恒定，即[E]tot =[E]free + [ES]2. 与底物浓度[S]相比，酶的浓度是很小的，因而可以忽略由于生成中间复合物而消耗的底物。
3. 产物的浓度是很低的，因而产物的抑制作用可以忽略，即不必考虑逆反应的存在。
换言之，据此假设所确定的方程仅适用于反应初始状态。
《生物反应工程》课程笔记
《生物反应工程》课程笔记第一章绪论1.1 定义、形成与展望生物反应工程，简称BRE（Bioreaction Engineering），是一门应用化学工程原理和方法，研究生物反应过程和生物系统的科学。
它涉及到生物学、化学、物理学、数学等多个学科，是一门典型的多学科交叉领域。
生物反应工程的研究对象包括微生物、细胞、酶等生物催化剂，以及它们在生物反应器中的行为和相互作用。
生物反应工程的形成和发展与生物技术的快速崛起密切相关。
生物技术是指利用生物系统和生物体进行物质的生产、加工和转化的技术。
随着生物技术的不断发展，生物反应工程逐渐成为生物技术领域的一个重要分支，为生物制品的生产提供了重要的理论支持和实践指导。
展望未来，生物反应工程将继续在生物技术领域发挥重要作用。
随着科学技术的进步和生物产业的发展，生物反应工程将不断完善和发展，为人类的生产和生活带来更多的便利和福祉。
特别是随着合成生物学、系统生物学等新兴学科的发展，生物反应工程将面临新的机遇和挑战，有望在生物制造、生物医药、生物能源等领域取得更大的突破。
1.2 生物反应工程的主要内容生物反应工程的主要内容包括以下几个方面：（1）生物反应动力学：研究生物反应过程中反应速率、反应机理和反应物质量的变化规律。
包括酶促反应动力学、微生物反应动力学、细胞反应动力学等。
（2）生物反应器设计：根据生物反应的特性和要求，设计合适的生物反应器，使其能够高效、稳定地进行生物反应。
包括反应器类型的选择、反应器尺寸的确定、反应器内部构件的设计等。
（3）生物反应器操作：研究生物反应器中生物反应的运行规律，优化操作条件，提高生物反应的效果。
包括分批式操作、流加式操作、连续式操作等。
（4）生物反应器优化：通过对生物反应器的设计和操作进行优化，提高生物反应的产率和质量。
包括过程优化、参数优化、控制策略优化等。
（5）生物反应器控制：研究生物反应过程中的控制策略和方法，实现对生物反应过程的稳定控制。
生物反应工程试题及答案
生物反应工程试题及答案试题一：生物反应工程概述在生物反应工程中，我们利用生物体的代谢能力来合成化合物、转化物质或产生能量。
以下是对生物反应工程的一些基本概念的题目，请选择正确答案。
1. 生物反应工程是利用（）的能力实现生产和转化化合物的过程。
a) 生物体b) 化学物质c) 物理装置d) 电子设备2. 生物反应工程最主要的应用领域是（）。
a) 药物生产b) 石油化工c) 电子制造d) 金属冶炼3. 生物反应工程最重要的一项技术是（），通过它，可以以较低的能耗和环境影响生产大量化合物。
a) 化学合成b) 高压工艺c) 傅里叶变换d) 发酵4. 生物反应工程所处理的化工过程是（）。
a) 纯物理过程b) 纯化学反应c) 物理和化学相结合的过程d) 电子和光学相结合的过程5. 生物反应工程中，所使用的生物体通常是（）。
a) 细胞b) 分子c) 元素d) 蛋白质答案：1. a) 生物体2. a) 药物生产3. d) 发酵4. c) 物理和化学相结合的过程5. a) 细胞试题二：生物反应器设计生物反应器是生物反应工程中最关键的设备之一。
以下是关于生物反应器设计的问题，请回答问题并填写正确答案。
1. 生物反应器设计的目的是（）。
2. 生物反应器的主要组成部分包括（）3. 生物反应器的操作条件包括（）4. 生物反应器的分类方式有（）5. 生物反应器的性能评价指标有（）答案：1. 实现生物过程的控制和优化2. 反应器本体、搅拌装置、进料和排出装置、温度和pH控制装置等3. 温度、pH值、压力、氧气含量、营养物质浓度等4. 根据不同的特点和应用，可以分类为批式反应器、连续流动反应器、循环流化床反应器等5. 反应物转化率、产物收率、反应速率、混合程度等试题三：生物反应工程中的微生物应用微生物在生物反应工程中起着至关重要的作用。
请根据问题选择正确答案。
1. 微生物在生物反应中的作用是（）。
2. 哪种微生物常用于生物反应生产中的蛋白质？3. 哪种微生物常用于生物反应生产中的酒精？4. 哪种微生物常用于生物反应生产中的纤维素酶？5. 微生物工程常用的培养基包括（）。
生物反应工程复习重点(无习题)
1.生物反应工程的定义:一生物反应动力学为基础,将传质过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学方法生物过程方面的知识相结合，进行生物反应过程分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制。
2.生物反应动力学：主要研究生物反应速率和各种因素对反应速率的影响。
生物反应器的研究内容：（1）生物反应器中的传递特质即传质、传热及动量；（2）生物器的设计与放大；（3）生物反应器的优化与控制，包括优化操作与优化设计。
3.生物反应器的研究内容（1-34）(1)生物反应器中的传递特性。
(2)生物反应器的设计与放大。
(3)生物反应器的优化与控制。
3.酶促反应中竞争性抑制动力学方程4.酶促反应中非竞争性抑制动力学方程5.酶促反应中反竞争性抑制动力学方程6.判断酶促反应中竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制曲线竞争型非竞争型反竞争型7.比较酶促反应中竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制Km、rmax的变化8.双底物酶催化反应的机理有哪些？随机机制：两个底物S1和S2随机地与酶相结合，产物P1和P2也随机地释放出来。
许多激酶类的催化机制属于此种。
顺序机制：两个底物S1和S2与酶结合形成复合物是有顺序的，酶先与底物S1结合形成ES1复合物，然后ES1再与S2结合形成具有催化活性的ES1S2。
乒乓机制：最主要的特点是底物S1和S2始终不同时与酶结合，其机理式。
转氨酶9.固定化酶的优点：(1) 可连续稳定地生产产物；(2) 反应产物地纯度高、质量好；(3) 生产的副产物少；(4) 反应的动力学常数、反应的最佳pH和反应温度可能按意愿经固定化调整；(5) 固定化酶、细胞在使用时可以再生或回收，可反复使用；(6) 容易实现连续自动控制，节约劳动力；(7) 可大大提高酶、细胞的比生产能力10.酶固定化的方法：（1）载体结合法：将酶或细胞利用共价键或离子键、物理吸附等方法结合于水不溶性载体上的一种固定化方法。
水不溶性载体：纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等。
生物反应工程复习
21. 莫诺方程的双倒数作图，得到的直线在横轴上的截距为______ ， 纵轴上的截距为______ 。 22. 在分批培养中，根据微生物生长速率的不同，可将其生长曲线 划分为 _____ 、 _____ 、 _____ 、 _____ 、 _____五个阶段。
23. 在传氧阻力中，____阻力是控制因素。 24. 双底物酶反应按动力学机制可分为___ 、 ___和 ___ 。 25. pH值影响酶活力的原因可能有以下几方面：影响 ____ ，影响____ ，影响____ ，影响____ 。 26. 固定化酶的优点包括____ ， ____ ， ____等。 27. 影响培养基灭菌的因素有___ ， ___ ， ___ ， ___ ， ___ ， ___ 。 28. 单级恒化器连续培养细胞的稳态操作条件____。 29. 生化工程模型可分为 ____ 、____。 30. 固定化酶（细胞）反应器____ 、 ____、 ____。
86. 单级恒化器连续培养某种酵母达一稳态后，流出液中菌体浓度 是培养时间的函数。 87. 动态法测量Kla不能用于有菌体繁殖的发酵液。 88. 控制好氧发酵的溶氧浓度一定小于微生物的临界溶氧值。 89. 微生物的比生长速率是指单位时间内菌体的增量。 90. 在单级连续培养中，一般由于[S0]＞＞Ks，所以根据Monod方程 可以认为Dcri≈μmax。 91. 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。 92. .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。 93. 在微生物培养过程中有可能存在多种限制性底物。 94、 间歇培养微生物的减速生长期，微生物的比生长速率小于零。 95、微生物营养细胞易于受热死灭，其比热死亡速率常数K值很高。
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生物反应工程原理复习资料生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。
生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。
酶和酶的反应特征酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。
酶的来源：动物、植物和微生物酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。
2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等固定化酶的性质固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。
与游离酶的区别：游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用）固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性）固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化单底物均相酶反应动力学米氏方程PE ES S E k k k +→+⇔-211低CS （2）不考虑这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以破坏这个平衡稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑这个可逆反应（3）中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即 ES S E ⇔+PE ES +→PE ES +←0=dtdC ES双倒数法（Linewear Burk ）：对米氏方程两侧取倒数 得 以 作图得一直线，直线斜率为 ，截距为根据直线斜率和截距可计算出Km 和rmax抑制剂对酶反应的影响：失活作用（不可逆抑制）抑制作用（可逆抑制 ）：竞争抑制 、反竞争抑制 、非竞争抑制 、 混合型抑制 竞争抑制反应机理： Sm C r K r r 111max max +=SC r 1~1maxr K m max1r PE ES S E k k k +→+⇔-211EII E IK ⇔+非竞争抑制反应机理：PE ES S E k k k +→+⇔-211EII E IK ⇔+ESI I ES IK ⇔+可逆抑制各自的特点：P37多底物均相酶反应动力学 (这里讨论：双底物双产物情况 )强制有序机制顺序机制 -钱氏机制双底物双产物反应机制：随即有序机制乒乓机制注意在工业级反应中， 反应速度一般是由改变所用酶浓度和（或）反应时间，而不是改变底物浓度来控制的，并且要测定的最重要参数是可测的转化率，而不是反应速度酶失活的因素有哪些？QP B A +→+冷却、机械力化学因素有：酸、碱、盐、溶剂、表面活性剂、重金属、蛋白酶。
酶失活过程的动力学未反应时的失活动力学表征方法（数学模型）：一级失活模型注: E--具有活性的酶D--失活的酶kd--衰变常数模型中：D E dk→δ＝0时，酶完全被底物所保护0<δ<1时，底物对酶有部分保护作用δ>1时，底物加速酶的失活因此，称δ为底物对酶稳定性影响系数影响固定化酶促反应的主要因素:子构象的改变、位阻效应、微扰效应、分配效应（可用Kp 定量描述）、扩散效应（可定量描述）评价酶反应器指标：转化率、产率、选择性、停留时间均相酶反应器的分类：批式反应器（间歇反应器）按操作方式连续反应器半间歇反应器批式反应器将底物一次加入反应器内，在反应的过程中无底物和产物的输入和输出，底物和产物的浓度连续反应器底物等连续输入反应器，产物连续从反应器输出，反应器的任何部位的各组分均不随反应时间变化（稳定态）半连续反应器在一次反应的过程中，底物分次补入批式全混型反应器（间歇式搅拌罐反应器）（batch stirred-tank reactor，BSTR）连续全混型反应器（连续式搅拌罐反应器）（continuous stirred-tank reactor，CSTR ）活塞流反应器（plug flow reactor，PFR）全混流——流入的液体在装置内瞬间完全混合。
也就是说，各组分的浓度及粒子的分散无论在什么地方都完全相同。
活塞流——反应器内反应液象活塞样的流动。
通过装置的液体在垂直于从入口到出口的流向的方向上的速率完全相同，在流动方向上既没有混合也没有扩散。
非均相酶反应器用于由固定化酶催化的非均相反应的反应器非均相酶反应器的类型及结构设计要考虑：固定化酶更换操作难易底物性质反应体系粘度PH值范围控制等因素非均相酶反应器有：搅拌罐反应器可以是：批式的BSTR（一般只适用于实验室研究，如用于工业生产，则每批反应结束都要进行固液分离）固定床反应器是最广泛适用的固定化酶反应器。
缺点：对固定化酶颗粒的强度要求高；液相的连续流动致温度和PH控制难。
优点：连续操作、负载力大、效率高、生产能力大等操作：液相的流速和Re数都采用较小值、延长停留时间将有利于达到一定的转化率流化床反应器流化流速范围窄，不易工业应用。
缺点：流化态要求流体流速必须提高到一定程度致停留时间不足、转化率不能足够高（克服办法：部分反应液回补再循环）优点：1液相和固相的微环境较易控制2传热、传质性能好3不会堵塞4 能处理微小粉末状底物5固定化酶颗粒可以做得足够小（可以足够高）细胞反应工程细胞的基本特征：菌体成分：由80%左右的水分，以及蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素和无机物等构成。
物理性质：密度：单细胞微生物的密度会因培养条件而异；菌体絮凝物及菌丝团的湿密度近似于水（流化速率低）；低浓度单细胞菌体悬浮液为牛顿流体；一般，含菌丝的培养液显示非牛顿流体特性；分泌了大量高分子化合物的菌体悬浮液为非牛顿流体（非牛顿流体的搅拌和通气效果很差）微生物反应的特征：特点：常温常压不爆炸、主要原料碳源价廉源广、反应过程受生物的自控、产高分子和特异反应易进行、细胞本身也是产品、遗传改变可大幅度改良性能或获得新性能但是：1底物相当多地用于繁殖；2副产物较多、反应条件影响产品品质；3容易发生遗传变异，有利于维持性能稳定的固定化技术不成熟细胞反应的计量得率系数YX/S=生成菌体的干重 / 消耗底物的质量=微生物生长速率 / 底物消耗速率 产物得率：YP/S=代谢产物的生成量 / 底物消耗量 碳得率（碳转化率）：YC=生成物含碳量/消耗的碳量=生成的菌体量×菌体含碳量/消耗的碳源量×碳源的含碳量 细胞反应的化学平衡通式对忽略产物生成的细胞生长过程的计量关系可表示为C m H n O l +a O2+b NH3 c C αH βO δN γ+d CO2+e H2O底物碳源 氮源 细胞对C 元素： （1）对H 元素： （2） 对O 元素： （3） 对N 元素： （4）上述4个细胞反应的计量方程，不足以计算a 、b 、c 、d 、e 等5个未知量，因而再寻找1个方程 如在好氧型培养时，可定义呼吸商（仪器测定）作为第5个方程；（5） 或采用还原度平衡的方法（C=4，H=1，N=-3，O=-2，P=5，S=6）联立1～5式，有解得细胞反应方程的a 、b 、c 、d 、e 等5个系数例：某以葡萄糖为底物的微生物细胞培养过程，有2/3的碳转化为细胞。
其细胞培养的反应方程为 dc m +⋅=αec b n 23+⋅=⋅+βed c a l ++⋅=+22δc b ⋅=γad RQ /=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----0001000010120220300100l n m e d c b a RQ γδβα葡萄糖 微生物细胞 （1）试确定计量系数a 、b 、c 、d 、e ； （2）试计算其细胞对底物的得率YX / S ； （3）试计算呼吸商RQ 。
解：（1）细胞反应的方程式系数的计算1mol 葡萄糖所含有的C 元素为72g ，根据题意1mol 葡萄糖转化为微生物细胞的C 元素为：g则有：转化为CO2的C 元素为： g 则： ， 对N 元素平衡，有：对H 元素平衡，有：对O 元素平衡，有： ， 所以：a = 0.782，b =1.473，c=0.909，d =3.855，e =2()483/272=⨯909.0124.448=⨯=c 244872=-e 1224=2=e 782.086.0==c a dc a 23.7312+=+855.32909.03.7782.031223.7312=⨯-⨯+=-+=ca d ed c b 22.126++=⨯+473.12622855.3909.02.12622.1=-⨯++⨯=-++=e d c bC6H12O6+0.782NH3+1.473O2=0.909C4.4H7.3O1.2N0.86+3.855H2O+2CO2 （2）细胞对底物的得率YX / S 的计算（3） 呼吸商RQ 的计算呼吸商的计算比消耗速率比生成速率微生物反应动力学模型的分类：有，按是否对细胞的生长进行平衡生长化假设，分的类型：结构模型、非结构模型（非平衡生长时，采用结构葡萄糖细胞葡萄糖细胞)(g /g 461.0180028.83/mol g 028.83134.91909.011486.0162.113.7124.4909.0/===⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=S X Y 358.1473.12O CO 22====b e RQ 的消耗速率的生成速率有，按是否考虑细胞群体中的个体的随机（即时）变化，分的类型：随机性模型、确定性模型（当细胞浓度在104个/ml 以下时，需足够重视个体的影响，采用随机性模型如，灭菌动力学；发酵过程中，细胞浓度经常在107~1010个/ml 范围内，可忽略个体的影响，采用确定性模型） 平衡生长条件下微生物细胞的生长速率rx 的定义式为式中X 为微生物的浓度，μ为微生物的比生长速率，其除受细胞自身遗传信息支配外，还受环境因素所影响。
由上式可知，μ与倍增时间(doubling time) td 的关系为：定义，比生长速率 （1/h ）：为细胞的生长速率（g.DCW/L.h ）； 为细胞的质量浓度（g.DCW/L ）Monod 方程注： --------比生长速率（h-1）--------最大比生长速率（h-1）--------饱和常数（g/L ）--------限制性底物浓度（g/L ） 代谢产物的生成动力学根据产物生成速率与细胞生成速率之间的关系，将其分成三种类型。
相关模型,是指产物生成与细胞生长呈相关的过程。