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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？

3

13. 如果在2小时完成生物反应器中70m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Ks和rmax，并比较由各种方法所得结果的误差大小。

3. 在pH对酶促反应速率影响的研究中，试证明对任一底物浓度S，产物生成速率rP与pH的相关性为一左右对称的钟形曲线。 4. 某酶反应机理为

catE?S?E?S?k??E?P

k?1k?1若假定上述反应机理式中，k+1<< kcat，k-1<

catE?S?E?S?k??E?Pk?1k?1E?I?E?Ik?3k?3

I为抑制剂，EI为非活性复合物。 6. 许多酶催化水解反应的机理式为

k?2E?S?ES????ES'?P1k?1?3ES'?H2O????E?P2k?1

k整个反应分两个阶段进行，分别采用快速平衡法和稳态法建立反应动力学方程，均可写成如下形式：

ke?S ?rs?calKm?S试比较采用上述两种方法所获得的反应方程中的kcal和Km与k+1、kcat、k+3和k-1，[H2O]有何关系，写出相关式子。

7. 有人研究了不同温度对酶的稳定性与酶活力的影响，得到如图所示结果。基于此，他得到结论是：该酶在50℃以下是稳定的，并且最适反应温度为30℃。这一结论正确与否，请说明。

图3-13 实验结果

（a）无底物存在时，保温10min后残存活力。 （b）在0.5M底物存在下,保温10min后产物生成量。

8. 一般对于同一种酶促反应，在进行连续反应时的实际操作温度比分批实验所求得的最适温度要低。请从实际反应时间较长来说明，并说明原因。 9. 利用稳态法建立可逆反应酶促反应的动力学方程。

10. 某种酶以游离酶形式进行酶促反应时所得动力学参数Km?0.05mol/L和

该酶在某种载体颗粒表面固定化后进行同一酶促反应，所得动力学参rmax?10mol/(L?min)。

''?0.10mol/L和rm数为Km求底物浓度为1[mol/L]时，该固定化酶的效率ax?6mol/(L?min)。

因子η。

11. 试举例说明评价酶的固定化效率。

12. 实验测得分配系数Kp分别为（a）Kp＞1,（b）Kp=1,（c）Kp＜1，试从概念上说明载体颗粒与反应液之间的固液界面处底物浓度的变化情况。 13. 书中在讨论内扩散对固定化酶促反应时，是以酶促反应符合米氏反应规律为基准的，试讨论如果酶促反应以一级或零级反应规律进行时，底物的稳态浓度分布与?的计算方法。 14. 已知酶的失活过程为二步串联方式：

?1?2式中k1和k2分别为失活常数，φ1和φ2分别为E1和E2在总酶活中所占百分比。试求时间t时酶的残存活性比率φ（t）为多少？

15. 根据以下反应及其反应常数，建立酶促反应的底物抑制动力学方程。 E?S?ESES?S?ESSES?E?P 16. 酶促反应机理式为E?S?ES'?ES\?E?P，证明采用稳态法获得反应速度为

k2k1k3k412E???E1???E2kkr?E?k?kk(k?k)rmaxS，式中：rmax?034;K?432；S:底物浓度；E0:酶总浓度；E:酶浓度；

k3?k4k1(k3?k4)K?SP:产物浓度；k1、k2、k3、k4:反应速度常数

17. 一酶促反应，其米氏常数Km为1mmol，底物初始浓度为3mmol。2 min后，5%的底物被转化，试求10 min、30 min、60 min后，底物转化率分别为多少? 18. 底物S0=2mol/L和酶e0=0.001mol/L加到分批式生化反应器中，反应至4.1min时底物的

3

转化率为90%，试证明此反应的动力学方程是-rs=10e0S/(1+S)。

若制造和操作一连续进料的全混式生化反应器，已知S0=2mol/L,e0=0.001mol/L，为使90%的底物转化，空时τ应为多少？

19. 基于表3-3中的公式，试探讨影响?西勒(Thiele)准数的主要因素。

20. 蔗糖酶固定在直径为1mm的球形离子交换树脂上，反应器中酶量为0.05Kg/m3，在一小的柱形反应器中装有20 cm3固定化酶颗粒。浓度为16mmol/L的75mL蔗糖溶液快速流过固定化酶层。在另一个反应器等量的游离酶与同体积蔗糖溶液相混合，并假定游离酶和固定化酶的动力学特征是相同的，即Km=8.8mol/m3,kcat=2.4×10-3mol/(g﹒s),蔗糖在离子交换树脂中有效扩散系数De为2×10-6 cm2/s。试求：

（1）游离酶的反应速率是多少？ （2）固定化酶的反应速率是多少？

第四章 微生物反应动力学

1.微生物反应的特点，其与化学反应的主要区别有那些？ 2.简要回答微生物反应与酶促反应的最主要区别？

3.进行微生物反应过程的物量衡算有何意义，请举例说明。

4.Monod方程建立的几点假设是什么？Monod方程与米式方程主要区别是什么？ 5.举例简要说明何为微生物反应的结构模型？

6.以葡萄糖为单一碳源，进行某种微生物好氧或厌氧培养。已知此菌的比生长速率μ、葡萄糖的比消耗速率γ、细胞、葡萄糖、二氧化碳和各产物中的碳元素含量α1、α2、α3和αi，利用这6个常数给出此菌的与生长相关的物量衡算式。

7.葡萄糖为碳源的复合培养基进行干酪乳杆菌（Lactobacillu caset）的厌氧培养，1 mol葡萄糖可生成乳酸或乙酸或乙醇或甲酸为0.05mol、1.05mol、0.94mol和1.76mol，试讨论各分解代谢的碳元素的衡算及生成ATP的摩尔数。

8.荧光假单胞菌（Psenudomonas fluorescens）好氧培养，已知：YXS?180g/mol，

YXO?30.4g/mol每消耗1mol葡萄糖可生成2molATP，氧化磷酸化的P：O比为1，求YATP？

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，并计算酵母得率YX/S和呼吸商QR。 10. 微生物繁殖过程中分裂一次生成两个子细胞，也有4分裂祸分裂的，试证明当n分裂时，有如下式子：tdtg?ln2lnn，式中td为倍增时间，tg为世代时间

11.分别采用含有蛋白胨和酵母膏的复合培养基、含有20余种氨基酸的合成培养基和基本培养基进行运动发酵单胞菌厌氧培养，碳源为葡萄糖，获得如表所示结果。已知细胞的含碳量为0.45g碳源/g细胞，求采用不同培养基时的YkJ。

培养基 基本 合成 复合 YX/S（g /mol）（以细胞/葡萄糖计） 4.1 5.0 8.0 YP/S （mol /mol）（以乙醇/葡萄糖计） 1.5 1.5 1.6 YP/S（mol /mol）（以乳酸/葡萄糖计） 0.2 0.2 0.2 细胞中由葡萄糖所来碳元素的量 1.0 0.62 0.48

12. 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，生成细胞48mol、二氧化碳312mol和水432mol。求氧的消耗量和酵母细胞的化学组成。 13. 以葡萄糖为唯一碳源的最低培养基进行Candida utilis培养，Yx/s=91.8[g-细胞/mol葡萄糖]，求YkJ。已知葡萄糖的燃烧热为2830[KJ/mol]。

14. 以葡萄糖为碳源，对绝对好氧菌进行好氧培养。通过氧的恒算，已知：

maxm0?5.5?10?3mol/(g?h)；YGO?13g/mol。若YATP分别为5和10g/mol时P/O各为多少？并求出各自的ATP维持常数mA。

15. 以葡萄糖为唯一碳源的基本培养基厌氧培养产气气杆菌, Yx/s= 26.1 g细胞/mol葡萄糖,试求分解代谢消耗葡萄糖的量占总消耗量的分率? 已知每克细胞含0.45g碳,每mol葡萄糖含72g碳,且△S=△S合成 +△S分解。

16. 一个新发现的微生物在每一次细胞分裂时，可产生三个新细胞由下列生长数据求：1、此微生物的比生长速率μ（hr-1）；2、两个细胞分裂的平均间隔时间；3、此微生物细胞的平均世代时间。

0 0.5 1.0 1.5 2.0 时间/h

0.15 0.23 0.34 0.51 细胞干重/（g/L） 0.10

17. 在一连续稳定进出料的搅拌罐中进行以葡萄糖为碳源生成酒精的动力学研究中反应方程式可表示为：S(glucose)?P(酒精)?X(酵母)，试验结果见下表。

X0?0P?0 S/[g/L]

1/S/[L/g]

X0?0P?20[g/L]

S/[g/L] 1/S/[L/g] ?/h

0.054 18.52 11.90 0.070 14.29 0.079 12.66 10.00 0.095 10.53 0.138 7.25 6.25 0.182 5.49 0.186 5.38 5.05 0.250 4.00 0.226 4.42 4.13 0.384 2.60 已知Pmax?120gL，求包括葡萄糖消耗及酒精抑制酵母生长的速率方程式。 18. 以甲醇为基质，进行某种微生物好氧分批培养，获得如下数据：

时间[h] 0 2 4 8 10 12 14 16 18 X[g/L] 0.2 0.211 0.305 0.98 1.77 3.2 5.6 6.15 6.2 S[g/L] 9.23 9.21 9.07 8.03 6.8 4.6 0.92 0.077 0

求：?max；YXS；倍增时间td；饱和常数KS和t=10h时微生物细胞的比生长速率。

酵母?/h 11.90 10.00 6.25 5.05 4.13 19.通过实验测定，已知反应底物十六烷烃和葡萄糖中有2/3的碳转化为细胞中的碳。 （1）计算下述反应的计量系数， 十六烷烃：

C16H34?aO2?bNH3?c?C4.4H7.3O0.86N1.2??dH2O?eCO2

葡萄糖：

（2）计算上述两反应的得率系数YX/S(g干细胞/g底物)和YX/O(g干细胞/g氧)。

C6H12O6?aO2?bNH3?c?C4.4H7.3O0.86N1.2??dH2O?eCO2第五章 微生物反应器操作

1. 请用简图分别给出分批培养、反复分批培养、流加培养、反复流加培养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细胞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

dXd[S]d[P]???0时，一定是稳定状态吗？ dtdtdt5. 在微生物分批培养的诱导期中，细胞接种量X0，生成的细胞量为XA0，此间死亡细胞量为XD0，已知XA0X0?fA。生成的细胞在接种tl时间后开始指数型繁殖，tl以后的细胞量为X，请推导出X?f?tl?的关系式。fA分别等于0，0.2，0.4，0.6，0.8，并

做图表示出。

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，细胞浓度为10 kg/m，细胞生成速率为10 kg/h，求流加培

-1

养基中基质(酒精)浓度及培养液的量。稀释率D=0.1 h，YX/S=0.5 kg细胞/kg基质，

-13

可采用Monod 方程，已知μmax=0.15 h， KS=0.05 kg/m。 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??3

KS?1?IKI??[S]?max[S]给出。其中KS=1.0 g/L，I=0.05 g/L，YX/S =0.1 g细胞/g基质，KI=0.01 g/L，μmax=0.0 -1

5h，I为抑制物浓度。基质浓度与细胞浓度分别为[S]0=1.0g/L，X0=0.05g/L，求细胞的最大生产速率与相应的稀释率Dmax，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(=D)(h-1) [S] (g/L)

0.080 0.20 0.25 0.26 0.27 0.05 0.3 1.0 2.0 3.0

max

μ:比生长速率; [S]:限制性底物浓度,若反应适用Monod方程,求 μ 和 Ks

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之故。但是，近来有些研究者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0.5 h-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）

-1

求此微生物的μmax。（2）当稀释率降至（把流速降低些）0.2 h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KS为2g/L，试问在此稳态下，罐内基质浓度为多少？ 13. 酒精分批发酵结果如下： 发酵时间（h）

12

15

18

21

27

32

42

酒精浓度（g/L） 2.0 4.0 6.2 10.0 16.1 30.5 56.5 发酵时间（h） 48 51 54 57 60 66 72 酒精浓度（g/L） 75.5 85.0 96.0 103.5 107.5 110.5 113.5 假定这些数据适合于100 L的全混罐(单级连续培养)，发酵醪的流加速度F=4.0L/h，在稳定状态下运转，试推算发酵罐出口醪液中的酒精浓度。连续发酵的生产能力与分批发酵的生产能力各是多少？

14.分批式培养酵母菌（葡萄糖为碳源，好氧，30℃），自对数培养期的中期开始，连续

-1

流加新鲜培养基，稀释率为D=1.0h。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?max？

时 间 （h） 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 细胞浓度比（X/X0） 1.0 0.86 0.67 0.50 0.43 0.33 0.26 0.2 15. 恒化器方法培养中，试证明代谢产物的比生成速率?的相关式为??16. 某种微生物培养，获得如下结果:

S（g/L） 0.40 0.33 0.18 0.10 0.071 0.049 0.038 0.020 0.014 -1μ（h） 0.161 0.169 0.169 0.149 0.133 0.135 0.112 0.0909 0.0735 求: μmax和Ks

YPSYXS?D。

第六章 动植物细胞培养

１. 简述动、植物细胞培养的特点与难点，并与微生物细胞培养相比较。 ２. 植物细胞培养的基本技术包括哪几方面内容。 ３. 影响植物次生代谢产物积累的因素有那些？ ４. 生产用动物细胞的要求与获得方法。 ５. 动物细胞培养的方法及要点。

６. 目前由动物细胞大规模培养的产物包括哪几类？请分别举出2~3个产物。 ７. 什么是悬浮培养？悬浮培养有何优缺点。

８. 灌注培养是连续培养吗?为什么它是动物细胞生物制品的主要生产方式？存在哪些优缺点，谈谈改进意见。

９. 同样是Monod模型，在动植物细胞与微生物中的使用有何异同？ 10. 如要通过人工培养紫草细胞生产紫草宁，请设计一个实验方案。

第七章 生物反应器中的传质过程

1. 为什么解决好氧传递问题是好氧发酵过程设计的关键？简述氧传递过程的特征。 2. kLa测定方法有哪几种，简述各方法的基本原理。

3. 能否说，提高好氧发酵中氧传递速率的最好的方法是提高搅拌。怎样做更为有效？ 4. 一定的搅拌转速和通风（45℃~65℃）条件下，测定kLa的结果如表所示

-1*3

?(mPa?s) 温度t(℃) kLa(h) C(kg氧/m) 45 212 6．65×100． 648

-3

50 222 6．35×10 0． 591 55 241 —— 0． 531

-3

60 246 5．93×10 0． 497 65 255 —— 0．463

如果在所试验的温度范围内，气泡直径一定，试比较此条件下氧传递最大速率与温度的关系，从理论的角度说明产生这种现象的原因。

5. 利用鼓泡式反应器进行好氧培养，反应器中分散上升的气泡没有显著的差别。因此，

-3

可以假定以单一气泡来代表反应器内气体的变化，假定气泡处于同一状态。已知kL与气泡直径dB和气泡的上升速度wB相关。由表面更新理论可知，kL与wB和dB有相关式：kL?(wBdB)12。另外，反应器内气体滞留量为H0?F?HL(wB?VL)，式中F为通气速率，HL为培养液深，VL为培养液体积。试推出kLa与操作参数相关的方程；如果小型生物反应器的通风比为1.0 vvm，与其对应放大125倍的大型反应器中的通风比多少为宜?

6. 试验测定气液比表面积a和气体滞留量H0，培养液体积为10L，通入空气后，气液体积变为12L，测定培养液中气泡直径为5mm，假定气泡直径一致，计算该反应器内传质的气液比表面积a和气体滞留量H0。

7. 进行某种微生物培养，培养液体积为50m3，细胞浓度为24kg/ m3，培养液饱和溶氧浓度为0.267mol/m3。(1) 已知??0.20h?1，YXO?1.0，求微生物的耗氧速率；(2) 若反应器的溶氧系数满足：kLa?31.52Q0.8VL(h?1) ，试求通风量Qg；(3) 求空气中氧的利用率（按标准空气计）。

8. 采用装有两只六弯叶涡轮搅拌器的生物反应器，已知反应器直径为2.2m，工作容积为12m3，通风量（标准状态下），Q=5m3/min，通气时的搅拌功率为11.6kw，搅拌转速为119rpm。反应器内空气中氧的平均分压为0.21?1.013?10?5Pa，试计算当液相中溶氧浓度为0.48mg/L、24mg/L及4.8mg/L时的氧传递效率，即氧的利用率。

9. 全混式曝气池中活性污泥的需氧量可表示：Vd[O2]dt?aF(S0?S)?bVX，式中V为曝气池中液体体积m3；d［O2］/dt为耗氧速率kg/（m3·d）；a和b为经验常数，分别等于0.5kg /kg（以氧／BOD计）和0.3kg /（kg·d）（以氧／MLSS计）；F为新鲜废水的流速m3/d；S0为新鲜废水的BOD，kg/m3；S为曝气池出口的BOD，kg/m3；X为活性污泥浓度，kg/m3。若活性污泥的BOD负荷为FS0VX?0.4kg/(kg?d)（以BOD／MLSS计），BOD去除率为90％，计算每除去1kgBOD的需氧量。

10. 某微生物氧的饱和常数为KO2=0.1mg/L， ?max?0.21h?1，比呼吸速率

QO2??/YX/O(g/h?g)，YX/O?1.0g/g。若反应器的kLa?300h?1，液相中饱和溶氧浓度为c??6.9mg/L，试求当微生物的培养浓度X分别为6.12g/L、20 g/L、40.8 g/L时，培养液

中的溶氧浓度c与耗氧速率。

第八章 生物反应器

1. 分别采用通用式发酵罐与气生式生化反应器进行微生物反应，试从多角度比较两者的长处与不足。

2. 采用通用式发酵罐进行微生物分批培养，在培养过程中DO降为0。此时计划通过增大通风量或增加搅拌使DO达到50%，以上两种方法那一个更为有效。

3. 通用式发酵罐放大时，放大比例一般为10，若放大前后以下参数中的一个保持一定不变，其余参数将如何变化？(1)Pg/VL（单位体积功耗）；(2)N（搅拌转速）；(3)NDi（搅

2

拌浆顶端线速度）；（4）DiNρ/μ（搅拌雷诺准数）。 4. 带有挡板的通用式发酵罐，罐直径D1=0.5m，安装涡轮搅拌器，转速为150rpm，若以单位体积搅拌功率一定，放大至D2=1.5m，问大型罐涡轮搅拌器的转速N2为多少？另外，若两罐内的液体循环速度相同，N2为多少？假定以上各状态反应液均为湍流状态。 5. 某一酶促反应可以米氏方程表达，已知Km=0.03mol/L，rmax=13mol/（L·min），底物流量F=10L/min，入口底物浓度S0=10mol/L，底物的95%转化为产物，计算如下反应器条件下所需反应器体积，CSTR条件下；CPFR条件下。

6. 初始浓度为0.1mol/m的麦芽糖在酶的作用加水水解生成葡萄糖，底物流量

3-32

F=0.002m/s，转化率X=80%，反应符合米式反应规律，rmax=4.39×10mol/（m·s），

3

Km=1.03mol/m。求（1）采用单级CPFR反应器时所需体积；（2）采用单级CSTR反应器时所需体积；（3）其它条件不变，采用2个等容CSTR反应器时的反应体积；比较上述3种情况。

7. 通用式发酵罐中含有传质系数kL的席伍德准数与搅拌雷诺准数和液体相关的斯密特准数的关系为：kLDiD??(Di2?N???)?(?(??D))?，式中Di为搅拌器直径（m）；D为反应液中氧的分子扩散系数（m/s）；N为搅拌转速；液体的密度（kg/m）；?液体的粘度；?,?,?为系数或指数(常数)。采取kL相同的原则进行放大，此时，放大条件得以满足的条件是单位反应液体积的搅拌功率应满足以下方程：

(PgVL)2(PgVL)1?(Di2Di1)2?3(2??1)/?，式中，下角1 2分别与小、大罐对应，液体混

2

3

3

合状态为湍流，另外反应液的物系保持恒定。

8. 利用海藻酸钙凝胶包埋法固定化葡萄汁酵母(Saccharomyces uvarum)，采用填充床式反应器，连续加入葡萄糖底物，产物为乙醇。试设计一确保转化率?=0.80的反应器。

'?axS(Km??S) 来描述，已知rm生物反应可采用米氏方程rp?rmmol/(m3?s)；ax?0.983??1.74?102mol/m3。操作条件为YPS?2.0mol?ethanol/mol?glucose；反应液中的Km分子扩散系数D?5?10?10m2/s；空隙率??0.4；入口底物浓度Sin?10mol/m3；底物流量F?5.0?10?3m3/s；固定化酶颗粒直径(假定为球形)dp?0.005m；固定化酶密度?b?1200kg/m3；反应液粘度?L?0.001Pa?s；反应液密度?L?1000kg/m3。

9. 有一发酵产品，采用具有六弯叶涡轮搅拌器的通用式发酵罐进行实验。经小罐到大

罐逐步放大，试验证明：这种发酵能有效地采用单位体积等功率地放大方法。最后在500L中间规模试验发酵罐中，得到最高产率时地工艺条件是：搅拌转速为300r/min；

333

风量比0.3m/（m?min），并测得在通风情况下得功率消耗为0.53kW。现放大到10m，求大罐的工艺条件。罐的装填系数为0.7。

10. 现需将某小试反应器放大64倍（VL2／VL1＝64），试分别按Q/VL、Q/NDi、wS、kLa相等的放大原则，将通风量放大。假设搅拌功率按单位体积功率相等放大，即

2/3

n2/n1=(Di1/Di2)。计算结果以下表形式表示之，并对其计算结果进行讨论。 放大标准 Q/VL相等 Q/NDi相等 33

wS相等 kLa相等 (Q/VL)2/(Q/VL)1 1 wS2/ wS1 1 2/311. 反应器放大时，若通风量按(Q/VL)2/(Q/VL)1＝(D1/D2)，搅拌功率按Pg/VL相等放大，试推导大小反应器通气情况下搅拌功率之比Pg2/Pg1和单位体积搅拌功率之比(Pg/VL)2／（Pg/VL）

1

。假定反应器通气情况下的搅拌功率符合下列计算式：Pg?P2NDi3Q0.56??0.45或

Pg?P2NDi3Q0.08??0.39

12. 已知采用平桨式搅拌桨的生化反应器其溶氧系数可表示为：kLa?(PgVL)0.95ws0.67，而通气时的搅拌功率可用Michel式计算。若搅拌功率按溶氧系数相等进行放大，试推导大小反应器的搅拌转速之比N2/N1。

2/3

13. 一中试反应器，几何尺寸按几何相似放大，通风比按(Q/VL)2/(Q/VL)1＝(D1/D2)放大，搅拌功率按P/VL相等放大，所得放大结果及中型反应器的主要数据如下： 333 VL（m） D(m) Di(m) Vs(m/min) N(rpm) NDi(m/s) P/VL(kW/m) Pg/VL(kW/m) 试验罐 0.34 生产罐 42.5 0.63 0.21 1.09 3.15 1.05 1.86 300 103 1.05 1.80 1.44 1.44 0.82 1.11 (1) 如果发酵生产所使用的菌种对剪切作用较为敏感，其NDi值不得超过1.50m/s，试对上述放大结果在搅拌功率不变的情况下，重新调整N和Di值，使之NDi＝1.5m/s. 如果发酵生产所使用的菌种要求较高的溶氧速率，而对剪切作用不敏感，试对上述放大结果在搅拌功率和通风量均不变的情况下，重新调整N和Di值，使kLa值提高15％。

第九章 酶促反应工程领域的拓展

1. 多底物酶解反应的特点有哪些？研究多底物酶解反应有何意义？ 2. 比较三类蛋白质酶解反应动力学模型的特点。

3. 多糖酶解动力学与蛋白质酶解反应动力学的主要区别？

4. 牛血清白蛋白（bovine serum albumin BSA）- 胰蛋白酶（trypsin）模型体系各实验条件下的酶解曲线按指数形式方程b值如下： [S]0（g ? L-1）

2.439

d(DH)?aexp??b(DH)?进行非线性回归分析，求得的a、dtT（℃） 40

a 6.068 3.273 1.141 0.375 4.674 1.162 0.527 0.371 0.290 0.237 0.234 0.197

b 0.223 0.224 0.221 0.228 0.234 0.217 0.204 0.184 3.602 4.664 6.540 16.493

0.256 0.972 1.745 2.440 0.244

e0（g ? L-1） 0.489 0.099 0.050 0.024 0.024

40

0.024

3.602 4.664 6.540 16.493

请根据a、b值变化规律并结合表9-2中模型参数表达式，判断该体系的反应机理；进一步，根据表9-3中的算图坐标，分别以1/a~[S]0/e0，1/b~[S]0及a/b~e0/[S]0作图，根据线性回归分析结果，由三条直线斜率及截距求取该体系模型参数KS、kd、k2、Km；并根据公式[S]opt=KmKs求算对应于rmax值的最适底物浓度。

5. 根据酪蛋白（casein）- 胰蛋白酶（trypsin）体系不同酶浓度及不同底物浓度时的水解时程曲线，按9.1.1.3模型推导中所述双倒数作图法，由实验数据可求得相应的DHmax、t1/2及r0值如下：

DHmax [S]0（g ? L-1） e0（g ? L-1） t1/2（min-1） r0（g L-1min-1）

0.6288 0.1300 0.3047 3.8086 0.05031 1.5835 0.1300 0.2195 5.9034 0.05888 2.7183 0.1300 0.2167 8.1922 0.07190 3.7540 0.1300 0.2044 9.2332 0.08310 6.2858 0.1300 0.1913 14.1201 0.08516 2.5000 0.0163 0.1637 37.5367 0.01090

2.5000 2.5000 2.5000

*

0.0325 0.0533 0.1265 0.1784 0.2053 0.2194 21.8845 22.5323 12.3412 0.02038 0.02278 0.04444

pH=8，T= 40℃

请根据模型推导所述方法：联立 （9-20）和（9-21）式，求算不同底物浓度和酶浓度时，任意DH值对应的反应速率r；再通过1/r~1/[S]双倒数作图法，由直线

1Km1的??rrmax[S]rmax斜率及截距求出相应DH值时的Km及kcat值；进一步，经非线性拟合建立各动力学常数与DH之间的函数关系式（方程形式参考（9-26）式）；最终根据（9-25）式经积分计算建立对应于该体系的DH、t、[S]0、e0四者间的函数关系式（方程形式参考（9-27）式）。 6. 简述广义的非水介质反应体系包含那几个方面的内容？ 7. 双液相酶促反应的特点有那些？

8. 为什么说有机溶剂和水的含量是影响双液相酶促反应的主要因素？ 9. 何为反向胶团，其应用特点是什么？ 10. 何为超临界相态？简述其有何特性？ 11. 超临界相态下进行酶促反应的是否可行？ 12. 试设计一个多相体系的酶促反应系统。

第十章 微生物反应工程领域的拓展

1. 怎样从微观与宏观相结合的方法研究基因表达的动力学变化？ 2. 如何从反应动力学的角度探讨DNA复制与表达行为？ 3. 简述在超临界相态下进行微生物发酵的可行性。

4. 有人研究了SC-CO2条件下梨头霉孢子的活性变化，当压力在6MPa以上时，孢子的存活率下降，可否说明，存活率的下降只是压力造成的？ 5. 如何定量描述菌体形态？

6. 生物反应中微生物菌体形态与操作条件关系密切，试讨论菌体形态与菌体的特定基因是否有必然联系。

7. 请说出自然界存在的界面现象，在界面上微生物存在的形式。

8. 为什么说固态发酵是微生物在气-固界面上的一种生长繁殖现象？试分析其在实际生产中的优缺点。

9. 试说明两相发酵与界面发酵的异同点。

10.试举例说明是否可利用双液相发酵提高生产效率？

11.从一定角度讲，代谢工程是建立在生物反应动力学与分子生物学理论的基础之上的，怎样看待生物反应动力学在代谢工程中的作用。

12.基因工程菌株高密度培养过程中应注意问题有哪些？

13. 什么是代谢工程，代谢工程的特点和本质，它和基因工程有何区别？ 14. 代谢工程包括哪些基本原理和技术？

15. 代谢途径的分支点通常有几种？其在代谢工程实践中有何意义？ 16. 代谢途径的操作实践可以划分为几种？各举一例说明其具体含义？

17. 何为辅因子的代谢工程？试述两种主要的辅因子再生的主要方法及其原理？ 18. 何为代谢网络的计量学模型，如何建立？

19. 试述基因组重排的主要概念和原理？举例详细说明基因组重排在代谢工程应用中的作

用。

20. 代谢通量分析的基本原理是什么？何为正定系统、超定系统以及不确定系统？对不同系

统的具体处理方法是什么？

21. 同位素标记的代谢通量分析的基本原理？和计量学的代谢通量分析相比其主要优势是

什么？试述其主要的实验步骤以及分析平台和计算方法？

22. 什么是代谢控制分析？通量控制系数和弹性系数的具体含义是什么？ 23. 系统生物学的基本含义是什么？简述系统生物学的研究框架？

24. 简述代谢物组学的研究必要性？代谢物组学的主要研究步骤以及关键的分析技术和数

据分析方法？

25. 简述代谢网络相关的数学模型的分类？代谢网络重建所需要的主要数据库以及关键方

法和步骤？

26. 何为通量平衡分析、代谢途径分析？其基本的研究原理和内容是什么？

22. 什么是代谢控制分析？通量控制系数和弹性系数的具体含义是什么？ 23. 系统生物学的基本含义是什么？简述系统生物学的研究框架？

24. 简述代谢物组学的研究必要性？代谢物组学的主要研究步骤以及关键的分析技术和数

据分析方法？

25. 简述代谢网络相关的数学模型的分类？代谢网络重建所需要的主要数据库以及关键方

法和步骤？

26. 何为通量平衡分析、代谢途径分析？其基本的研究原理和内容是什么？

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