《发酵工程与设备》习题 名词解释 VVM: YX/s: s: Yp/S H: KL: kLa; ka: D: Derit: Ks: Km; YP/X: Hmax qco2: qo2: td YAⅣ;补料分批发酵;临界氧浓度;呼吸商:过滤效虑;雷诺准数:比热死速率常数(K) 活塞流反应器(PF):连续式全混流型反应器( CFSTR):返混:连续培养:高密度培养; 补料培养:生产强度;固定化酶:固定化细胞;传氧效率 思考题 1、举出几例微生物大规模表达的产品,及其产生菌的特点? 2、工业化菌种应具备哪些特点? 3、什么是培养基?发酵培养基的特点和要求? 4、什么是前体?前体添加的方式? 5、什么是生长因子?生长因子的来源? 6、培养基设计的一般步骤? 7、什么是种子的扩大培养? 8、种子扩大培养的目的与要求及一般步骤? 9、在大规模发酵的种子制备过程中,实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上 各有何特点? 10、什么是接种量?对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少? 11、什么时发酵级数?发酵级数对发酵有何影响,影响发酵级数的因素有哪些? 12、比较接种、倒种和双种三者之间的区别 13、影响微生物需氧的因素有哪些?如何调节摇瓶发酵的供氧水平?如何调节通气搅 拌发酵罐的供氧水平? 14、测定Kla的方法有哪些?发酵液中Kla的调节可以采取哪些措施? 15、氧的供需研究与反应器设计与放大的关系? 16、准确判断发酵终点有什么好处?依据哪些参数来判断 7、p对发酵的影响表现在哪些方面?发酵过程的pH控制可以采取哪些措施? 18、发酵过程温度的选择有什么依据? 19、染菌对发酵有什么危害,对提炼有什么危害?有哪些原因会引起染菌?染菌以后应采 取什么措施?
1 《发酵工程与设备》习题 一、名词解释 VVM；Yx/s；qs ；YP/S ；μ；KL；kLa；kd；D；Dcrit；Ks；Km；YP/X；μmax；qCO2；qO2；td； YATP；补料分批发酵；临界氧浓度；呼吸商； 过滤效虑；雷诺准数；比热死速率常数（K）； 活塞流反应器（PF）；连续式全混流型反应器（CFSTR）；返混；连续培养；高密度培养； 补料培养；生产强度；固定化酶；固定化细胞；传氧效率 二、思考题 1、 举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点？ 2、 工业化菌种应具备哪些特点？ 3、 什么是培养基?发酵培养基的特点和要求？ 4、 什么是前体？前体添加的方式？ 5、 什么是生长因子？生长因子的来源？ 6、 培养基设计的一般步骤？ 7、 什么是种子的扩大培养？ 8、 种子扩大培养的目的与要求及一般步骤？ 9、 在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上 各有何特点？ 10、 什么是接种量？对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少？ 11、 什么时发酵级数？发酵级数对发酵有何影响，影响发酵级数的因素有哪些？ 12、比较接种、倒种和双种三者之间的区别。 13、 影响微生物需氧的因素有哪些？ 如何调节摇瓶发酵的供氧水平？如何调节通气搅 拌发酵罐的供氧水平？ 14、测定 Kla 的方法有哪些？发酵液中 Kla 的调节可以采取哪些措施？ 15、 氧的供需研究与反应器设计与放大的关系？ 16、 准确判断发酵终点有什么好处？依据哪些参数来判断？ 17、 pH 对发酵的影响表现在哪些方面？ 发酵过程的 pH 控制可以采取哪些措施？ 18、 发酵过程温度的选择有什么依据？ 19、 染菌对发酵有什么危害，对提炼有什么危害？ 有哪些原因会引起染菌？染菌以后应采 取什么措施？
20、为什么会感染噬菌体?感染了噬菌体后应采取哪些措施? 21、泡沫对发酵有哪些有益之处,哪些有害之处? 22、发酵中泡沫形成的原因是什么?常用的消泡剂有哪几类?对于黏稠的发酵液应选怎样 的消泡剂,对于较稀的发酵液应选怎样的消泡剂? 用于在线检测的传感器必须符合哪些要求? 24、pH电极的指示电极能测定pH值的原理是什么? 25、pH电极的测量范围有没有限制?使用时应注意哪些问题? 26、溶氧电极能够测定液体中溶氧浓度的原理是什么?影响溶氧电极测定的灵敏度和准确 性的因素有哪些? 27、高密度培养的意义是什么?难以实施的原因是什么? 8、试回答什么是生物反应过程中的直接参数和间接参数,并各举5个实例。 29、连续发酵技术与分批培养技术相比,有哪些优越性?为什么连续培养不能无限期地连续 下去,请简述之? 30、机械搅拌发酵罐中,搅拌器的搅拌作用是什么?搅拌转速的高低对不同种类微生物的生 长、代谢有何影响? 31、什么是间歇培养?间歇培养时细胞生长过程中包括哪几个阶段? 32、机械搅拌发酵罐的基本结构包括哪些部件? 33、根据无抑制细胞生长动力学( Monod方程),试述μ与Cs(基质浓度)之间的关系。 34、氧从气相传递到液相的推动力是什么?并简述影响推动力的因素有哪些? 35、泡沫的控制方法可分哪两大类?请简述之。 为何在单级恒化器培养微生物时,D很大或很小时,Yx/s会偏离Yxs=X/(S0-S)? 37、获得所培养细胞的生物量,可采用什么方法进行测定,试举2~3例? 37、影响分批发酵过程总的体积产率的因素有哪些?你认为生产上提高发酵产率可采用哪些 可行性措施? 39、以下三种酶反应抑制的LB图中分别判断各为什么性质的抑制,并说明抑制剂对Km 和rmax有什么影响? 2
2 20、 为什么会感染噬菌体？感染了噬菌体后应采取哪些措施？ 21、 泡沫对发酵有哪些有益之处，哪些有害之处？ 22、 发酵中泡沫形成的原因是什么？常用的消泡剂有哪几类？对于黏稠的发酵液应选怎样 的消泡剂，对于较稀的发酵液应选怎样的消泡剂？ 23、 用于在线检测的传感器必须符合哪些要求？ 24、 pH 电极的指示电极能测定 pH 值的原理是什么？ 25、 pH 电极的测量范围有没有限制？使用时应注意哪些问题？ 26、溶氧电极能够测定液体中溶氧浓度的原理是什么？ 影响溶氧电极测定的灵敏度和准确 性的因素有哪些？ 27、高密度培养的意义是什么？难以实施的原因是什么？ 28、试回答什么是生物反应过程中的直接参数和间接参数，并各举 5 个实例。 29、连续发酵技术与分批培养技术相比，有哪些优越性？为什么连续培养不能无限期地连续 下去，请简述之？ 30、机械搅拌发酵罐中，搅拌器的搅拌作用是什么？搅拌转速的高低对不同种类微生物的生 长、代谢有何影响？ 31、什么是间歇培养？间歇培养时细胞生长过程中包括哪几个阶段？ 32、机械搅拌发酵罐的基本结构包括哪些部件？ 33、根据无抑制细胞生长动力学（Monod 方程），试述μ与 Cs(基质浓度)之间的关系。 34、氧从气相传递到液相的推动力是什么？并简述影响推动力的因素有哪些？ 35、泡沫的控制方法可分哪两大类？请简述之。 36、为何在单级恒化器培养微生物时，D 很大或很小时，Yx/s 会偏离 Yx/s=X/（S0-S）？ 37、获得所培养细胞的生物量，可采用什么方法进行测定，试举 2~3 例？ 37、影响分批发酵过程总的体积产率的因素有哪些？你认为生产上提高发酵产率可采用哪些 可行性措施？ 39、以下三种酶反应抑制的 L-B 图中分别判断各为什么性质的抑制，并说明抑制剂对 Km 和 rmax 有什么影响？
C 40、判断下图为何种生物反应器?请简述其操作原理。 空气 P 41、指出下列分批发酵中的产物合成各属于哪种动力学模型,并简述之
3 A B C 40、判断下图为何种生物反应器？请简述其操作原理。 41、指出下列分批发酵中的产物合成各属于哪种动力学模型，并简述之
生物量--代谢物 42、发酵操作方式可分为分批、流加和连续三种,试述三种方法的优缺点。 43、 MONOD方程与米氏方程有何区别? 44、全混流反应器与活塞流反应器的优缺点? 45、深层过滤的对数穿透定律。 46、什么是双膜理论? 47、试述流变模型的定义?发酵液流体的类型共有哪几种? 48、生物反应器的放大方法有哪些? 49、什么是选择性培养基?它在工业微生物学工作中有何重要性?试举一例并 分析其中的选择性原理 50、以氨基酸代谢为例,说明为什么有些突变菌株对末端代谢产物的结构类似物 具有抗性? 三、计算题 1、在一定培养条件下,培养大肠杆菌,测定实验数据如下 S(mg)100 153 u(h)|0667070607540773|0.815 求(1)在该培养条件下,大肠杆菌的最大比生长速率μwx,饱和常数K (2)比生长速率为μwx时的倍增时间τd 2、某菌株的比生长速率为0.15h,试求该微生物的倍增时间。 3、设计一台通风量为50M/min的棉花活性炭空气过滤器,空气压力为0.4MPa(绝对压力), 已知棉花纤维直径d=16微米,填充系数α=8%,空气线速度为0.1M/sec,若进入空气 过滤器的空气含菌量是5000个/M,要求因空气原因引起的倒罐率为0.1%,发酵周期100
4 A t r B t r C t r ——生物量 ┄ ┄┄代谢物 42、发酵操作方式可分为分批、流加和连续三种，试述三种方法的优缺点。 43、MONOD 方程与米氏方程有何区别？ 44、全混流反应器与活塞流反应器的优缺点？ 45、深层过滤的对数穿透定律。 46、什么是双膜理论？ 47、 试述流变模型的定义？发酵液流体的类型共有哪几种？ 48、生物反应器的放大方法有哪些？ 49、什么是选择性培养基？它在工业微生物学工作中有何重要性？试举一例并 分析其中的选择性原理。 50、以氨基酸代谢为例，说明为什么有些突变菌株对末端代谢产物的结构类似物 具有抗性？ 三、计算题 1、在一定培养条件下，培养大肠杆菌，测定实验数据如下： S（mg/L） 100 120 153 170 220 μ（h -1） 0.667 0.706 0.754 0.773 0.815 求(1)在该培养条件下，大肠杆菌的最大比生长速率μMAX,饱和常数 KS (2)比生长速率为μMAX 时的倍增时间τd。 2、某菌株的比生长速率为 0.15h-1，试求该微生物的倍增时间。 3、设计一台通风量为 50M /min 的棉花活性炭空气过滤器，空气压力为 0.4 MPa(绝对压力)， 已知棉花纤维直径 d=16 微米，填充系数 α= 8%，空气线速度为 0.1 M/sec，若进入空气 过滤器的空气含菌量是 5000 个/M ，要求因空气原因引起的倒罐率为 0.1%，发酵周期 100
hr。工作温度为40℃,平均气温为20℃,计算空气过滤器的尺寸(过滤介质厚度和过滤器 直径)。 表1纤维直径d=16微米,填充系数a=8%时棉花纤维的K'值 空气流速v|0.050.10 1.0 2 k’(1/cm)|0.1930.135 0.195 4、 Monod在其发表的论文中首次提出了以他的名字命名的著名 monod方程。作为该方程的 实验基础,他提供了在一间歇操作的釜式反应器中进行的四组反应实验结果。反应器中进行 的是在乳糖溶液中培养细菌的生长。下面摘录了其中一组实验数据,试用 MoOd方程拟合上 述实验数据,并求其动力学参数(实验数据见表2) 表2 序号 3 ∠t 0.54 0.36 0.33 0.35 0.37 0.38 0.37 137 114 2 C 15.5~23.0230-30.030~38.8388-48.5485-583583-613613~62.5 5、某一发酵过程是在一连续搅拌的釜式反应器中进行,反应基质连续稳定地加入,反应产 物连续稳定流出。假设其发酵反应可表示为S十X-X十P若已知Cx0=0,Cp0=0,反 应器有效体积为1L。现改变加入反应器内基质的流量和浓度,同时测定反应器出口未反应 基质和细菌的浓度,得到的数据列在表3。试根据上述数据,确定其速率方程式 表3 序号v,L/hcs,mol/l.cs,mol/Lc,g/L 22 17.8 100 85 5.0 6、室温下蔗糖在蔗糖酶的催化作用下水解得到产物。蔗糖的初始浓度Cs=1.0mmO,酶 的初始浓度CEo=0.0 ammol/L。现在一间歇式操作的实验反应器测得了不同时间下蔗糖的 浓度(见表4),根据实验提供的数据确定,(1)该反应速率能否用MM方程描述?(2)如可以
5 hr。工作温度为 40℃，平均气温为 20℃，计算空气过滤器的尺寸(过滤介质厚度和过滤器 直径)。 表 1 纤维直径 d=16 微米，填充系数 α= 8% 时棉花纤维的 K'值 空气流速 v (M/sec) 0.05 0.10 0.50 1.0 2.0 3.0 k' (1/cm) 0.193 0.135 0.1 0.195 1.32 2.55 4、Monod 在其发表的论文中首次提出了以他的名字命名的著名 monod 方程。作为该方程的 实验基础，他提供了在一间歇操作的釜式反应器中进行的四组反应实验结果。反应器中进行 的是在乳糖溶液中培养细菌的生长。下面摘录了其中一组实验数据，试用 MoMod 方程拟合上 述实验数据，并求其动力学参数(实验数据见表 2)。 表 2 序号 1 2 3 4 5 6 7 ⊿t 0.54 0.36 0.33 0.35 0.37 0.38 0.37 CS 137 114 90 43 29 9 2 CX 15.5~23.0 23.0~30.0 30~38.8 38.8~48.5 48.5~58.3 58.3~61.3 61.3~62.5 5、某一发酵过程是在一连续搅拌的釜式反应器中进行，反应基质连续稳定地加入，反应产 物连续稳定流出。假设其发酵反应可表示为 S 十 X—X 十 P 若已知 Cx0＝0，Cp0＝0，反 应器有效体积为 1L。现改变加入反应器内基质的流量和浓度，同时测定反应器出口未反应 基质和细菌的浓度，得到的数据列在表 3。试根据上述数据，确定其速率方程式。 表 3 6、室温下蔗糖在蔗糖酶的催化作用下水解得到产物。蔗糖的初始浓度 Cs0＝1.0mm0l/L，酶 的初始浓度 C E0＝0.01lmmol/L。现在一间歇式操作的实验反应器测得了不同时间下蔗糖的 浓度(见表 4)，根据实验提供的数据确定，(1)该反应速率能否用 M—M 方程描述?(2)如可以
试求动力学参数Km和k+2的值。 表4 Cs(mmol)0.840680.530380.270.160090040.0180.0060.005 7、在含有相同酶浓度的五个反应物系中,分别加入不同浓度的底物,并测定其初始速率, 然后再在同样五个反应物系中分别加入浓度为22×10mmol/L的抑制剂,并测其初始的 反应速率,其数据见表5。试根据表中数据决定其其抑制类型及动力学参数值 表5 底物初始浓度Cs 无抑制时邀率s 有抑制时速率 mmol/L mmol/(L·min) mnol/(L·min) 36 20
6 试求动力学参数 Km 和 k+2 的值。 表 4 t(h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Cs(mmol/L) 0.84 0.68 0.53 0.38 0.27 0.16 0.09 0.04 0.018 0.006 0.005 7、在含有相同酶浓度的五个反应物系中，分别加入不同浓度的底物，并测定其初始速率， 然后再在同样五个反应物系中分别加入浓度为 2.2×10-1mmol／L 的抑制剂，并测其初始的 反应速率，其数据见表 5。试根据表中数据决定其其抑制类型及动力学参数值。 表 5